第十五章 数字地面模型建立与应用
测绘技术中的数字地球模型生成与效果展示
测绘技术中的数字地球模型生成与效果展示近年来，随着科技的快速发展，测绘技术在地理信息领域中得到了广泛的应用。
其中，数字地球模型（Digital Earth Model，DEM）作为一种重要的测绘技术手段，在空间数据的生成与展示方面发挥着重要的作用。
本文将就数字地球模型的生成与效果展示进行探讨。
数字地球模型的生成是指通过采集、处理和分析地理空间数据，利用数学模型将地球上的地形、地貌等信息进行数字化表示的过程。
其核心技术是数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）的生成。
DEM通过使用各种测量技术，如卫星遥感、全球定位系统（GPS）等获取地表高程数据，并将其存储为数字化的栅格数据。
通过对DEM的构建和处理，我们可以获取到地球表面的三维高程数据。
数字地球模型的生成涉及到多种技术，其中最常用的是雷达测高技术。
雷达测高技术通过发射和接收雷达波，利用波的反射信号来测量目标地物的高程。
这种技术具有遥感范围广、解析度高、数据获取快速等优势。
此外，地形的绘制和高程数据的分析也是数字地球模型生成过程中的重要环节。
地形的绘制使用地图编辑软件等工具来完成，通过绘制高程等等线、等高线、等高面等形式，将地球上的地形特征进行可视化的展示。
数字地球模型的效果展示是将生成的三维地球模型以图像、动画、交互等形式呈现给用户的过程。
通过数字地球模型的效果展示，我们可以直观地感受到地球的真实面貌，获得地形、水系、植被等信息。
数字地球模型的效果展示大致可分为静态展示和动态展示两种形式。
静态展示主要是通过图像或影像来展示数字地球模型的特征。
通过对数字地球模型进行二维化处理和数据压缩，可以将其呈现为高分辨率的图像。
这种展示方式可以非常清晰地显示出地球的地形特征和地貌变化。
同时，借助计算机图形学的发展，我们还可以对静态展示进行进一步地增强，例如添加虚拟光照、纹理等效果，使得数字地球模型的呈现更加逼真。
动态展示是通过动画或视频等方式展示数字地球模型的兴趣点、特定地理现象的演变过程等。
浅谈数字地面模型在公路路线设计中的应用
浅谈数字地面模型在公路路线设计中的应用近年来，我国公路建设处于前所未有的高速发展时期。
由于公路建设任务重，时间紧，对公路设计工作也提出了更高的要求。
如何加快测设速度、缩短设计周期、优化设计方案、提高设计质量成为公路设计人员所面临的重要任务。
对此，本文对数字地面模型概念进行了简要的介绍，并建立数字地面模型基本方法，以宛坪高速公路内乡至西坪（省界）段为例，重点介绍数字地面模型在公路路线设计中的应用。
标签：数字地面模型；公路路线设计；应用在常规公路路线测设方法中，与奥从地形图上或航测模型上量测地形数据，或直接从野外现场实测得到初定路线纵、横断面地面线资料，然后输入计算机，再进行路线设计，显然已不太适应形势发展的要求。
特别在公路CAD系统研究不断深入，应用日趋普及的今天，如何在快速获取地形资料基础上，使计算机能自动识别、处理地形资料，成为公路设计过程中亟待解决的问题。
数字地面模型的出现、发展，使这一问题得以解决。
一、数字地面模型的概念及发展1955年，美国麻省理工学院的ChairesLMiller教授，以如何應用从摄影测量获得的数据通过数字化计算的方法来加快公路设计为研究目的，首先提出数字地面模型这一概念，即digitalterrainmodel，简称DTM。
DTM是一个表示地形特征的、空间分布的、有规则的数字阵列，是一种将地形表面用密集的三维坐标X、Y、Z表示的数学表达形式。
它除了适合于计算机处理的地貌形式的数字表示外，还包括插值运算和各种实用程序。
数模最初的含义只考虑地貌要素，随着数模理论的发展和数模应用的普及，在数模的研究中，逐渐增加了地物、各种人工构造物、水系等多种因素，使数模对地形的适应能力更强，应用更为广泛。
二、地形数据的采集及数字地面模型的建立第一，建立数模，将数模应用于公路路线设计，首先要获得建立数模所需的原始地形数据。
数模原始地形数据的来源主要有3种：一，由航测仪器从航空照片上获得；二，从已有地形图上由数字化仪输入；三，由可记录量测数据的电子经纬仪、全站仪等仪器从野外实测获得。
数字地面模型的建立与应用
2.数字地面模型的概念及其形式
地形表面形态等多种信息的一个数字表示
DTM是定义在某一区域D上的m维向量有限序 列：
{Vi ,i 1,2, , n}
➢数字高程模型DEM（Digital Elevation Model）或 DHM(Digital Height Model) 是表示区域D上地形的三维向量有限序列
根据参考点上的高程求出其它待定点 上的高程，
整体函 数内插
局部函 数内插
逐点 内插法
2. 移动曲面拟合法步骤
•建立局部坐标
对DEM每一个格网点，将坐标原 点移至该DEM格网点P（Xp，Yp）
Xi Xi X p Yi Yi Yp
•选取邻近数据点 y
di
X
2 i
Yi 2
R
•列出误差方程式
{Vi ( X i ,Yi , Zi ), i 1,2, , n}
3.数字高程模型DEM 表示形式
➢规则矩形格网
基础信息＋高程
Dx Dy
(X0,Y0)
Xi X 0 i DX (i 1,2, , NX 1) Yi Y0 j DY (i 1,2, , NX 1)
➢不规则三角网TIN
是地理信 息的基础 数据
军事上用于导航及导弹制导
原始影像
凸包
表面模型
原始影像
三维模型（有纹理） 三维模型（无纹理）
50年代末是其概念的形成
60年至70年代对DTM内插问题进行研究
70年代中、后期对采样方法进行了研究
80年代以来，对DTM的研究涉及到 DTM系
统的各个环节
著名的DTM软件包
8、DEM的建立及应用
二、 DEM内插方法
移动曲面内插方法 多面函数内插法 有限元内插方法 数字高程模型的精度及存储管理
• 数字高程模型的建立过程
不规则分布点
规则分布
等高线分布
4
3
2
11
(0,1)
(1,1)
y
4 z
3 (0,1)
2 (1,1)
5
0
1 x
• ＤＥＭ内插方法分类
规则分布内插
数据分 布
不规则分布内插 等高线数据内插
1．地面测量：利用测量仪器在野外实测
野外测量：全站仪、GPS、移动测绘系统 特 点：精度高、效率较低 适合范围：小范围数据采集
• 数据获取方法
2．现有地图数字化 ：用数字化仪对已有地图上的信
息，进行数字化的方法。手扶跟踪数字化仪;扫描数
字化仪。
数字化设备：数字化仪、扫描仪
特
点：范围大，速度慢
使 用 范 围：大面积数据采集
能较好地顾及地貌特征点、线，表示复杂地形表面 比矩形格网精确。缺点是数据量较大，数据结构较 复杂，使用与管理也较复杂。
• 数据获取
为了建立DEM，必需量测一些点的三维坐标， 被量测三维坐标的这些点称为数据点。
数据采集是DEM的关键问题，数据的采集密 度和采样点的选择决定DEM的精度。
• 数据获取方法
Z3 4
Z4
S
4
单像修测
•进行单幅影像空间后方交会，确定影像的方位元素 量测像点坐标（x，y）， 取一高程近似值Z。将(x，y)与Z。代入共线方程， 计算出地面平面坐标近似值（X１，Y１） 由（X１，Y１）及DEM内插出高程Z１
单像修测示意图
外方位元素
（x,y)
数字地面模型
1、数字高程模型的定义（DEM）：从狭义角度定义：DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。
从广义角度定义：DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。
2、数字高程模型的研究内容：1)地形数据采样2）地形建模与内插3）数据组织与管理4）地形分析与应用5）DEM可视化6）不确定性分析与表达3、数字高程模型分类：按结构分类：基于面单元的DEM(规则结构：正方形、正六边形格网结构，其他；不规则结构：不规则三角网、四边形。
)、基于线单元的DEM、基于点的DEM；2）按连续性分类：不连续型DEM、连续不光滑DEM、光滑DEM；3）按范围分类：局部DEM、地区DEM、全局DEM；4、DEM基于操作应包括如下主要内容：1）高程内插，即给定一点的平面位置（x,y）,内插计算该点的高程H；2）拟合曲面内插，即对于一组已知点（x,y,z），通过曲面拟合，推求给定位置的高程；3）剖面线计算；4）等高线内插；5）可视区域分析；6）面积，体积计算；7）坡度，坡向，曲率计算；8）晕渲图；5、数字高程模型应用：科学研究应用：（DEM主要用在以下几个领域）1）区域，全球气候变化研究2）水资源野生动植物分布3）地质，水文模型建立4）地理信息系统5）地形地貌分析6）土地分类，土地利用，土地覆盖变化检测等。
商业应用：（数字高程模型的商业潜在用户分布在以下几个主要行业）1）电信2）空中交通管理与导航3）资源规划管理与建设4）地质勘探5）水文和气象服务6）遥感，测绘7）多媒体应用和电子游戏。
工业工程应用：主要包括电信，导航，航空，采矿业，旅游业以及各种工程建设如公路，铁路，水利等部门。
管理应用：主要有自然资源管理，区域规划，环境保护，减灾防灾，农业，森林，水土保持以及与安全相关的各种应用如保险，公共卫生等领域。
军事应用：（DEM在军事上的应用主要在以下几个方面）1）虚拟战场2）战场地形环境模拟3）为作战部队提供作战地图4）军事工程5）基于地形匹配的导引技术6、简单矩阵结构：规则格网DEM的数据在水平方向和垂直方向的间隔相等，格网点的平面坐标隐含在行列号中，故适宜用矩阵形式进行存储，即按行（或列）逐一记录每一个格网单元的高程值。
数字地面模型
DEM模型是DTM模型的一种特例。
从测绘的角度看 DEM模型是新一代的地形图，它通过存储在 介质上的大量地面点空间数据和地形属性数 据，以数字形式来描述地形地貌。 为了表示地形起伏必需存储三维数据，这首先 必需研究三维数字地面模型。
整体 数学方法 局部
傅立叶级数 高次多项式 规则数学分块 不规则数学分块 规则 密度一致 密度不一致 三角网 邻近网
单元或数组元素对应一个高程值。
用规则采样点数据（或把不规则采样点数据内插成 规则点数据），而后，以矩阵形式来表地面形状。 它已成为栅格数据结构中DEM的通用形式。
1.模型的表示
按平面上等间距规则采样，或内插所建立的数字地面 模型，称为基于栅格的数字地面模型，可以写成以下 形式:
DTM＝│Zi,j│,i=l,2,…,m; j=1,2,n
DEM表示方法
点数据 图形法
不规则 典型特征 水平线
山峰、洼坑 隘口、边界
山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线
线数据
垂直线
典型线
DEM的表示方法
7.2 DEM的常用数据模型
一、规则格网(grid)模型
规则格网模型将空间区域分成规则的等距离单元，
每个单元对应一个数值，通常在数学上表示为一个
矩阵，在计算机中表现为一个二维数组，每个格网
根据各局部等值线上的高程点，通过插值 公式计算各点的高程，得到DEM。
2）数据头
DEM数据的起点坐标、坐标类型、格网大小、行列数 等。 3）数据体 行列数分布的数据阵列。
4、规则格网的优缺点 规则格网数据模型的优点：
1）数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作
和存储。尤其适合在栅格数据结构的GIS系统中。 2）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域 地形等。 规则格网是DEM最广泛使用的格式。目前，很多 国家都以规则格网的数据矩阵作为DEM提供方式。
数字地面模型的建立与应用PPT课件
500 6 573.25 573.80 575.55 578.10 579.67 580.00 400 11 571.20 571.83 573.15 575.15 577.05 580.08 582.85 584.60 584.42 582.83 582.00
358.55 357.45 356.50 355.95 356.63 358.38
C D
ZP a00 a10 X P a01YP a11X PYP 153 .39m
42
2、双三次多项式内插
Y
C(0,1) 6
D(1,1)
7
P(X,Y ) 5
8 A(0,0)
4
X
B(1,0)
7
Z
Y
6
C(0,1)
P
5
D(1,1)
4
8
A(0,0)
B(1,0) X
1
2
3
1
2
3
28
《摄影测量学》第七章
第三节 数字高程模型的内插方法
29
主要内容
线性内插方法 移动曲面内插方法 双线性多项式内插方法 多面函数内插方法
30
2020/1/11
31
概述
DEM内插就是根据参考点上的高程求出其它特定点的高程。内插特点： （1）整个地球表面的起伏形态不可能用一个简单的低次多项式来拟合，而 高次多项式的解不稳定且会产生不符合实际的振荡 （2）地形表面既有连续光滑的特性，又可能有由于自然力或人为地原因产 生地形的不连续。 （3）由于计算机内存的限制，不可能同时对很大的范围进行内插数字地面 模型。
统的各个环节
11
著名的DTM软件包
德国Stuttgart大学研制的SCOP程序 Munich大学研制的 HIFI程序 Hannover大学研制的TASH程序
(完整word版)数字地面模型的建立及应用
第六章数字地面模型的建立及应用1.摄影测量4D产品：DOM(数字正射影像图）、DEM(数字高程模型)、DRG（数字栅格地图）、DLG（数字线划地图）※DTM与DEM的区别：DTM中除了包含X，Y，Z三维坐标外还包括地形属性特征。
2.DEM的三种表示形式3.DEM数据采集方法地面测量：利用全站仪在野外实测现有地图的数字化空间传感器数字摄影测量的DEM采集方式4.DEM数据预处理a. 数据的编辑：发现错误、进行补测；b. 数据格式的变换c. 坐标系统的转换d. 栅格数据矢量化e. 数据分块：原因：由于采集方式不同,数据点在计算机内排列的顺序不同方法：先将区域划分为等间隔的格网（比DEM格网大），然后将格网按行列号顺序排列。
6。
DEM的内插的特点1)整个地球表面的起伏形态不可能用一个简单的低次多项式来拟合，而高次多项式的解不稳定且会产生不符合实际的震荡；2）地形表面既有连续光滑的特性，有可能存在由于自然或人为的原因而产生的地形不连续；3）由于计算机内存的限制，不可能同时对很大的范围来内插数字高程模型。
因此要采用局部函数内地形插，并兼顾数据点和地形特征点、线。
7.内插生成DEM的三种方法8.DEM的管理存储、检查、拼接、更新9.三角网数字地面模型的构建（1）角度判断法建立TIN：已知三角形的两个顶点，计算备选第三顶点的三角形内角的大小，选择最大者对应的点为该三角形的第三顶点（2）泰森多边形与狄洛尼三角网10.TIN与DTM存储的差别TIN存储每个网点的高程，平面坐标，网点链接的拓扑关系以及三角形及邻接三角形信息12.三角网中的内插：（1）格网点的检索（2)高程内插11.DEM的应用基于矩形格网的DEM多项式内插等高线绘制立体透视图11.基于矩形格网的等高线绘制步骤1）利用DEM的矩形或方形格网点高程，内插出格网边上的等高线点位置，并将这些等高线点按顺序排列; 2）利用按顺序排列的等高线点的平面坐标进行插补，进一步加密等高线点，并绘制光滑的曲线。
数字地面模型综述
数字地面模型综述摘要：DTM作为地理空间定位的数字数据的集合，在GIS空间数据库中，能够反映地理基础、社会经济、资源与环境和地形等多方面的信息。
本文在综述数字地面模型的数据来源到建立方法的基础上，应用DTM 进行一系列的应用分析，并对应用方法进行总结。
关键词:DTM;数字地面模型;应用前言数字地面模型通常简称为DTM(DigitalTerrain Model),是以数字来表达地球表面形态属性信息,对连续地面可利用任意坐标系中大量选择的、已知x、y、z的坐标点来表示。
数字地面模型不完全等同于数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)。
地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等,数字高程模型是某一范围内依一定规则选取的格网点的平面坐标及其高程的数据集,显然,当数字地面模型中z值为高程属性时,DTM就是DEM,而DEM 是建立DTM的基础数据。
随着计算机的日益普及,数字化成图越来越受到人们的重视,数字地面模型(DTM)作为数字描述地理现象的技术日渐成熟。
数字地面模型(DTM)利用已有的数据进行专业处理,然后利用计算机自动产生各类专业地学数据、图件并进行各类专业分析,为地理信息产品的生产提供数字基础。
例如:某工程需要计算指定区域的图上面积、地表面积、地形剖面分析,建立地形三维模型、计算工程中的区域开挖工作量及土方运输量等均可应用DTM来完成。
数字地面模型(DTM)作为描述地形特征的一种方法要求尽量还原地貌,为生产工程提供一种准确的数字基础。
但是在实际工作中,地形错综复杂,自然地貌、人为地貌交错出现,给数字地面模型(DTM)的建立增加了难度,成为数字化成图的难点。
DTM数据源(1 )航摄像片和航天遥感图像从航空摄影像对可量取密集高程数据，用来建立田划。
这主要适用于大比例尺的数字地形制图，土方估算等对高程精度要求较高的地形测绘和工程技术方面。
从各类资源卫星得到的航天遥感图像经目视识别或计算机识别可提取各种资源环境信息，用来建立D'IM，它主要用作小比例尺数字地形数据源。
数字地面模型
（二）采样点的密度 1、原始数据的分块 由于公路较长，路线所经地形区域较大，构造DTM的原 由于公路较长，路线所经地形区域较大，构造DTM的原 始数据量一般都很大，在应用各种数模内插方法时并不知 道哪一部分数据点在内插范围内，若求算每项一待定点都 对整个原始数据进行扫描，显然是不现实的，因此，应对 原始数据进行分块处理。 2、断裂线 断裂线是建立数字地形模型的重要数据，它对数模的高 程内插精度有相当大的影响。能否有效地处理断裂线 ， 是数据模能否用于工程实际的关键。
2、格网式数模 将路中线左、右一定宽度内的地面划分为大小相等的方格 或长方格，按一定的次序读取网格点高程，输入计算机即 构成格网式数模。 内插高程时，先判断给定点在哪个格网内，然后读出该格 网四个角点高程，采用一定的多项式内插方法内插。 格网数模的优点是只需存储格网节点的高程而不需存储平 面坐标值，检索和内插简单、快速、数据采集方便，选点 不依赖于经验，便于应用等。缺点是不适合地形的突然变 化，因为节点不一定是地形变化点，因此，地形变化大的 地方精度低。
3. 三角网式数字地面模型 三角网式数字地面模型简称三角网数模。它是用许多的平 面三角形逼近地形表面，即将地表面看成是由许多小三角 形平面所组成折面覆盖起来的，读取并存储三角形顶点的 三维坐标，即构成三角网数字地面模型。
三角网数模中任意一待定点高程，由该点所处的三角形平 面而定。 三角网数模的特点是：占用内存较少，数模内插的精度完 全取决于采样点的分布及取网的合理与否，所以要求操作 者具有一定的经验。 道路设计中一般采用的是三角网数模。
（二） 三角网数模的应用
1、内插纵、横地面线
2、建立三维地面模型
3、利用TIN生成等高线 、利用TIN生成等高线
（二） 三角形构网方法介绍
p5数字地形模型及其应用.ppt
第一节 数字高程模型的概念和表示
一、DTM和DEM的概念
DTM 是描述地形表面形态空间位置和地形属性 分布的有序数值阵列。DTM以离散分布的平面点 来模拟连续分布的地形。 数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模 型（DEM）。被描述的地形属性还可是地理空间 上的污染负荷量、绿化率、降雨量、气温、人口密 度等。DEM是DTM的子集，是DTM的一个特例。
1）规则格网模型
对于每个格网的数值有两种 不同的解释：
第一种是格网栅格观点 第二种是点栅格观点
1）规则格网模型
优点： 很容易用计算机进行处理 很容易的计算等高线、坡度、坡向、山体 阴影、自动提取流域地形。
1）规则格网模型
缺点： 地形简单区域存在大量数据冗余，数据量 过大，管理不便 不改变栅格大小，则无法适用于起伏程度 不同的区域 格网不能准确的表示地形结构和细部（格 网的值是网格单元的平均值或中心点处的 值）。为弥补缺憾，附加地形特征点、山脊 线、山谷线以描述地形结构。
2）等高线模型
等高线模型表示高程，高程值的集合是已知的， 每一条等高线对应一个已知的高程值，这样 一系列等高线集合和它们的高程值一起就构 成了一种地面高程模型。
2）等高线模型
等高线是表示地形最常见的形式。 其它的地形特征线也是表达地面高程的 重要信息源，如山脊线、谷底线、海岸线 及坡度变换线等。 等高线通常被存储成一个有序的坐标点 序列，可以认为是一条带有高程值属性的 简单多边形或多边形弧段。
3）不规则三角网（TIN）模型 不规则三角网（Triangulated Irregular Network, TIN）是另外一种表示数字高程模型 的方法[Peuker等，1978]，它既减少规则格网 方法带来的数据冗余，同时在计算（如坡度 ）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。
数字地面模型及其应用
结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，高程矩阵已成为 DEM最通用的形式。高程矩阵特别有利于各种应用。
但Grid系统也有下列缺点： a) 地形简单的地区存在大量冗余数据；
b) 如不改变格网大小,则无法适用于起伏程度不同的地区； c) 对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向被夸大； d) 由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征,如山峰、 洼坑、山脊等；
DTM与DEM的概念
数字地面模型（Digital Terrain Model, DTM) 是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列， 它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
数学的角度 Kp＝fk(up,vp)
(k＝l，2，3，…，m; p＝1，2，3，…，n)
或：DTM={Z i,j},i=1,2,3,…,m；j=1,2,3,…,n
规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规 则网格。规则网格将区域空间切分为规则的格网单元， 每个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为一个矩 阵，在计算机实现中则是一个二维数组。每个格网单元 或数组的一个元素，对应一个高程值，如图所示。
对于每个格网的数值有两种不同的解释。第一种是格网栅格观 点，认为该格网单元的数值是其中所有点的高程值，即格网单元对 应的地面面积内高程是均一的高度，这种数字高程模型是一个不连 续的函数。第二种是点栅格观点，认为该网格单元的数值是网格中 心点的高程或该网格单元的平均高程值，这样就需要用一种插值方 法来计算每个点的高程。
等高线通常被存成一个有序的坐标点对序列，可以认为是简单多 边形或多边形弧段。由于等高线模型只表达了区域的部分高程值， 往往需要一种插值方法来计算落在等高线外的其它点的高程，又因 为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只使用外包 的两条等高线的高程进行插值。
数字地面模型在地图制图中的应用
数字地面模型在地图制图中的应用摘要：在我国经济、科技发展的促进之下，我国的测绘发展状况良好，在这之中数字地面模型的应用逐渐变得越来越广泛。
笔者依据多年的施工经验，从当前的施工现状出发，对于数字地面模型在地图制图之中的应用问题进行具体的分析，进而解决在现实生活之中具体的使用问题。
关键词：数字地面模型；地图制图；应用引言数字地面模型这是我国地理信息系统数据库系统之中非常重要组成环节，主要包括有对空间信息资料的分析以及对于地形来分析数据的剖析等等。
在经济技术发展的推动之下，数字地面模型的应用也变得逐渐地广泛，主要表现在我国的资源环境保护、灾害防治以及国防实力等等领域之中，表现出其强大的作用。
数字地面模型的一系列的基本数据理论和分析方式，可以便于简单整洁在我国地理信息系统的空间信息数据来进行高效的分析，本文主要通过对于数字地面模型概念进行的细腻分析，结合TIN(不规则三角网)建立数字地面模型原理的具体论述，展开具体剖析，以深入了解数字地面模型在地图制图中的具体应用。
1、DTM与DEM的内涵概述数字地面模型主要是通过设定任意的坐标，来选择固定的X、Y、Z的坐标点来选择一段连续地面的数据进行统计，也就是说，DTM指的就是对地形表面简单的数据表示，有比较直接的含义对地形种种信息的空间分布的数据来进行阵列描述，站在数学的角度来说，使用下面的二维函数的取值区间来对数字地面模型内容来进行有效地概述。
数字高程模型可以被称为DEM。
它主要是使用一组有序数值阵列形式来对地面高程表示的一种实体地面模型，这是DTM之中的一个分支，而其它种种地形特征值都是通过它来派生。
通常来说，DTM的描述包括有高程在内的种种地貌因子，比如说坡度、坡向以及坡度变化率等等因子在内的线性以及非线性组合的空间分布，在这之中DEM则是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他的比如说坡度、坡向以及坡度变化率等等地貌特性都可以在DEM的基础之上进行派生。
我们通常研究的地理空间本质上是三维的，然而研究者们的思维习惯是在二维空间之中来进行研究，同时分析相关的数据，诸多的专题图则是平面的地图，我们在数字地面模型之中对一种或多种地理特征空间数据进行记录，主要是依靠在二维空间之中叠加一维或多维地面数据的向量空间，也可以说是地理信息系统（GIS）空间数据之中包含的实体的总和，数字地面模型的本质则是地面二维地理空间定位以及有关数字的描述分析。
纬地道路辅助设计系统教程
纬地道路辅助设计系统教程目录纬地道路辅助设计系统教程( HintCAD V5.0~6.0 )第二章纬地设计向导与项目管理 (16)2.1 纬地设计向导 (16)2.2 项目管理 (20)2.3 纬地项目中心 (27)第三章路线及立交平面线形设计 (23)3.1 前言 (23)3.2 平面线形设计方法之一“曲线设计法”233.3 立交平面线位设计 (25)3.4 四种起点接线方式 (27)3.5 中间曲线段数据输入与搭接 (29)3.6 七种终点接线方式 (30)3.7 曲线拖动 (34)3.8 接线计算和拖动接线计算 (35)3.9 自动接线计算 (35)3.10 平曲线的设计方法之二“交点设计法” (36)3.11 十一种交点法曲线设计计算方式383.12 平面曲线导入/导出 (40)3.13 平曲交点导入 (42)3.14 平面自动分图 (43)3.15 平面移线 (46)第四章纵、横断面数据准备与纵断面设计绘图 (47)4.1 纵断面地面线数据输入 (47)4.2 横断面地面线数据输入 (48)4.3 纵断面动态拉坡设计 (49)4.4 路线纵断面图绘制 (51)4.5 边沟、排水沟沟底标高设计 (52)第五章连接部图和路面标高图绘制 (54)5.1 连接部图（端部设计详图）的绘制545.2 路面标高图绘制 (55)5.3 端部平分线绘制――连接部双向路拱时路脊线绘制 (56)第六章路基设计计算 (57)6.1 路基设计计算 (57)第七章参数化横断面设计绘图 (59)7.1 横断面设计与绘图 (59)7.2 横断面修改 (64)7.3 挖台阶处理 (66)7.4 边坡相交计算 (67)第八章支挡防护构造物录入 (68)8.1 支挡防护构造物录入 (68)8.2 标准构造物录入（标准挡土墙录入）688.3 当前工程项目的挡墙设置 (69)8.4 注意事项 (70)8.5 继续开发 (70)第九章路线总体设计图及公路用地图绘制719.1 路线总体设计图绘制 (71)9.2 公路用地图绘制 (72)9.3 路线透视图绘制 (72)9.3 构造物标注 (74)第十章设计表格输出 (75)10.1 设计表格输出方式 (75)10.2 计算输出“直、曲线转角表”.7510.3 计算输出立交“匝道曲线表”.7510.4 计算输出立交匝道“主点坐标表”7610.5 计算输出“逐桩坐标表” (76)10.6 计算输出纵坡与竖曲线表 (76)10.7 计算输出路基设计表 (77)10.8 计算输出土石方计算表 (77)10.9 计算输出逐桩用地与坐标表 (79)10.10 计算输出超高加宽表 (79)10.11 计算输出路面加宽表 (80)10.12 计算输出边沟、排水沟设计表8010.13 计算输出总里程及断链桩号表8010.14 计算输出主要技术指标表 (81)第十一章电缆管线图绘制 (82)第十二章其它辅助功能 (83)12.1 生成桩号文件 (83)12.2 平面数据转换之Jd→Pm (83)12.3 平面数据转换之Pm→Jd (83)12.4 搜索确定连接部位置 (83)12.5 计算已知桩号的X、Y坐标 (84)12.6 搜索路线中心线上任意点桩号.8512.7 计算两点方位角 (86)12.8 计算任意桩号的设计标高 (86)12.9 计算路线外一点到中心线距离与桩号8612.10 绘制已知桩号的法线 (86)12.11 标注坐标点 (86)12.12 智能标注坐标 (87)12.13 示坡线绘制 (87)12.14 计算桥梁等桩位坐标 (87)12.15 外业放线计算 (88)12.16 土石方数量估算与计算平均填土高度8812.17 坐标换带 (90)12.18 单桩填挖 (91)12.19 线形显示 (91)第十三章数据文件介绍 (92)13.1 平面线形数据文件（*.pm） (93)13.2 交点设计法平面数据文件（*.jd）9413.3 纵断面设计数据文件（*.zdm）9413.4 路幅宽度数据文件（*.wid） (95)13.5 超高过渡数据文件（*.sup） (96)13.6 路基设计中间数据文件（*.lj）9713.7 纵断面地面线数据文件（*.dmx）9713.8 横断面地面线数据文件（*.hdm）9813.9 土方数据文件（*.tf） (99)13.10 设计参数控制数据文件（*.ctr）暨“控制参数录入” (99)13.11 沟底纵坡变坡点数据文件（*.zbg和*.ybg） (104)13.12 平面数据导入文件(*.jdx) (104)13.13 平面交点数据导入文件（*.*）10513.14 三维数模组文件（*.GTM） 10513.15 横断面三维数据文件（*.3DR）105第十四章关于路线测量断链 (106)14.1 关于断链处理 (106)14.2 纬地系统关于断链的处理方法106第十五章数字地面模型建立与应用 (109)15.1 主要功能说明 (109)15.2 数模建立与应用 (111)第十六章平交口设计 (126)16.1 平交口设计命令详细说明 (126)16.2 常见平交口模型建立过程 (130)16.3 深入了解纬地平交口基本模型单元134第二章纬地设计向导与项目管理2.1 纬地设计向导菜单：项目——设计向导命令：Hwizard纬地系统V3.0~V5.6版在国内首先建立起基于现行《公路工程技术标准》和《公路路线设计规范》的纬地路线与立交设计专用标准数据库，并研制开发“纬地设计向导”功能，该功能自动为不同等级和标准的设计项目选取超高与加宽过渡区间、数值，以及填挖方边坡、边沟排水沟等设计控制参数，引导用户更加快捷、方便地完成路线与互通式立交设计工作。
浅谈DEM模型的建立及在测绘中的应用
浅谈DEM模型的建立及在测绘中的应用本文介绍数字高程模型的建立及在测绘中的应用标签数字地面模型（DTM）；数字高程模型（DEM）；不规则三角网（TIN）一、概述数字地面模型DTM（Digital Terrain Model），最初是美国麻省理工学院Miller 教授为了高速公路的自动设计于1956年提出来的。
此后，它被用于各种线路（铁路、公路、输电线路等）的设计及各种工程的面积、体积、坡度的计算，任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。
在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图与地形图的修测等。
它也是地理信息系统的基础数据。
数字地面模型DTM是地形表面形态等多种信息的一个数字表示。
严格地说，DTM是定义在某一区域D上的m维向量有限序列：﹛Vi,i=1,2,…,n﹜，其向量Vi=(Vi1,Vi2,…,Vin)的分量为地形（（Xi,Yi,Zi）,(Xi,Yi)∈D）、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息的定量或定性描述。
DTM是一个地理信息数据库的基本内核，若只考虑DTM的地形分量，我们通常称其为数字高程模型DEM （Digital ElevainModel），其定义如下：数字高程模型DEM是表示区域D上地形的三维向量有限序列：﹛Vi,= Xi,Yi,Zi﹜，i=1,2,…,n),其中(Xi,Yi)∈D是平面坐标，zi是（Xi,Yi)对应的高程。
在实际测绘应用中，许多人习惯将DEM称为DTM，实际上它们是不完全相同的。
DEM有多种表示形式，主要包括规则矩形网格与不规则三角网。
二、数字高程模型的数据获取为了建立DEM，必须测量一些点的三维坐标，这就是DEM数据采集或DEM 数据获取。
被量测的这些点称为数据点或坐标点。
DEM数据点的采集方法主要有以下几种：1、地面测量这是测绘中最常用的DEM点采集方法，利用自动记录的全站仪在野外实测三维坐标点，这种仪器一般都有微处理器，它可以自动记录与显示有关数据，还能进行多种测站上的计算工作。
数字地面模型_DTM_在公路路线方案拟定中的应用
H 现代公路962008 No.1(Jan)TRANSPOW ORLD 数字地面模型的发展过程、概念及基本原理数字地面模型ＤＴＭ （ Ｄｉｇｉｔａｌ ＴｅｒｒａｉｎＭｏｄｅｌ）最初是美国麻省理工学院Ｍｉｌｌｅｒ教授为了高速公路的自动设计于１９５６年提出来的。
此后，它被应用于各种线路（公路、铁路、输电线路、输油管道、水利工程）的设计；各种工程的面积、体积、坡度、工程量计算和任意断面图的绘制；在测绘领域可用于绘制等高线、立体透视图，制作正摄影像地图及数字地图的修测；在军事上可用于飞行器的导航和导弹制导；作为数字地球、地理信息系统（ＧＩＳ ）的基础数据，已广泛应用于土地利用、建设规划、洪水灾情的预报等。
我们常用的地形图是用图解的方法将地面上的信息（地形、地物及各种文字注记等）表示在图纸上。
其优点是比较直观、便于人工利用；缺点是不便于修测、存放和检索管理，特别是无法被计算机直接利用。
随着计算机技术和信息处理技术的发展和工程设计自动化的需要，以及建立地理信息系统的需要，这种传统的地图逐渐被数字化产品取代，其典型产品就是数字地图与数字地形模型。
数字地形模型是一个用于表示地面特征的空间分布的数据阵列，最常用的是用一系列地面点的平面坐标Ｘ，Ｙ以及该地面点的高程Ｚ或属性（如房屋、道路、独立地物等）组成的数据阵列。
若地面按一定格网形成有规则地排列，点的平面坐标Ｘ，Ｙ可由起始原点推算而无需记录，这样地表形态只用点的高程Ｚ来表述，称为数字高程模型ＤＥＭ （ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）。
在实际应用中，许多人习惯将ＤＥＭ称ＤＴＭ，实质上它们是不完全相同的。
ＤＥＭ有多种表示形式，主要包括矩形格网与不规则三角网ＴＩＮ（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｉｒｒｅｇｕｌａｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ ）。
矩形格网ＤＥＭ存贮量小，便于使用和管理，因而被广泛运用，但其缺点是不能准确表示地形的结构与细部，因此用ＤＥＭ描绘的等高线不能准确地表示地貌。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第十五章数字地面模型建立与应用15.1 主要功能说明2000年底纬地道路辅助设计系统的高速三维数字地面模型（DTM即Digital Terrain Model）驱动引擎（核心模块）开发成功，包括三维数据及约束信息读入、数模排序与建立、数模插值与剖切应用等模块。
“纬地3D引擎”不但突破了以往软件对可处理数据量的限制，而且其三角构网的速度是部分国外软件的两倍以上。
纬地“高速三维数模驱动引擎”打破了国内公路行业数模应用由国外软件形成的垄断。
这样，纬地道路CAD系统在保持符合国内专业设计理念习惯、界面友好、上手简便、功能系统全面等优势的基础上，V4.0以后的纬地道路CAD数模版，不仅能够基于国内常用的外业测量数据进行公路与互通式立交的辅助设计,同时也可基于三维数字化地形图（或数据）进行公路和城市道路的直接三维化设计，实现与国际勘测设计的接轨。
系统三维数字地面模型所采用的Delaunay三角化方法（Delaunay Triangulation，简称DT）无论在数学上还是工程上都具有良好的性质。
它所形成的网格具有整体最优特性，是一种最新，也是国际上流行的二维三角网格划分方法,系统在实际应用中还对该理论进行了推广和延伸。
另外，考虑到数模中高程对三角网的影响，在系统中作了必要的优化，可自行剔除平三角形、高程异常及粗差点等情况。
众所周知，三维数字地面模型处理具有相当的难度，不仅需要优秀数模理论支持，更需要较高的计算机软件技术支持。
另外，纬地系统能在一年多的时间内开发，并完成高速的数模处理模块，也离不开对其他许多国外软件的研究和学习，这让我们少走了许多弯路，并进一步克服别人的不足。
“科技无国界”，国外的软件可以引进来，相信中国的纬地也可以走出去！15.1.1 支持多种数模来源或接口（1）DXF格式和DWG格式系统可在不打开dwg/dxf 图形文件的基础上，直接从中提取三维数据。
该数据既可通过地形图矢量化后得到，也可直接由测绘、航测部门提供。
109（2）asc和pol文件格式在*.asc文件中以文本文件格式存储所有与地形图实测点位相对应的高程点的数据，其数据格式每一行分别为：点号，X坐标，Y坐标，Z坐标，层号。
其中点号必须唯一，一般由十进制数字组成。
在*.pol文件中以文本文件格式注明地形图所有等高线的起终点数据。
其格式每一行为：点号，层号。
数据空行表示一条连续等高线、断裂线的结束。
（3）pnt、dgx和dlx格式其中与*.pnt同名的*.dgx和*.dlx文件分别存放所有地形点的坐标与高程数据，等高线上的三维点数据和断裂线的三维点数据。
（4）对其他由地形图三维数字化后所得到的数模格式（但同样需要表明所有三维数据）本系统可根据用户需要，特别开发相应的接口。
15.1.2 输出成果与应用1）进行任意桩号或已知平面坐标点的高程插值。
2）完成路线任意方案的纵、横断面高程插值（即对数模进行任意剖切）。
3）直接输出三维真实地面模型。
4）可沿任意内部边界对数模进行挖空等处理，自动将路线和立交三维模型叠加处理后，得到整个路线与立交方案的三维真实模型。
15.1.3 数模建立精度、容量与速度（1）数模的精度系统采用国际上先进的数模理论DT法形成具有整体最优特性的三角网格，其精度已与许多国外软件作过比较，十分可靠。
在整体最优化三角网的基础上，数模的精度将主要取决于采点的精度和数量。
系统专门开发了三维数模优化模块，可自动剔除数据中的粗差点和提示警告数据中高差突变点。
（2）数模的容量系统支持海量数据处理功能，可将数十、百公里带状数模（几百万个点）一次读入、排序、建立，并进行插值等处理。
目前一些国外软件处理数模时，仍存在一次性可处理数据量的限制，而“纬地3D引擎”完全突破可处理数据点数上的限制，用户的计算机配置越高，110处理的效率越高。
但受AutoCAD图形显示速度等的制约，不便将超过100万个点的数模图形很快的显示和进行操作，建议用户将全线数模进行适当的分块建模处理（一般数模点数在20~60万个左右最为经济可行）。
（3）建模速度由于采用独特的内存管理方式和快速建模排序方法，系统读入、排序并建立100万个点左右的数模所需时间不超过1分钟，但AutoCAD显示整个数模需要的时间却较长一些（还取决于用户计算机的配置情况）。
如果用户不需要对数模进行优化和手工修改编辑（即不需要用AutoCAD 打开并显示全部数模，而只显示其数模轮廓边界的情况），可将路线上百公里一次建模，并进行计算插值等。
在完全保证精度的条件下，纬地系统建立并应用数模的速度至少是目前国外软件的2倍以上。
（以上说明均已经过实际工程的数模应用对比，用户也可进行测试。
）15.2 数模建立与应用15.2.1 开始新数模第一次建立数模，应先点选“数模”→“新数模”菜单项，进行系统初始化。
用户在点选“新数模”菜单项或键入“newDTM”命令后，将出现如图15-1所示“点数据高程过滤设置”对话框，其中的“采用高程过滤器”项用于控制是否在读入数据时自动启动高程过滤器，即可将高程为0或高程超出用户指定范围的粗差点或废弃点自动剔除，以免影响后面构网。
图15-111115.2.2 三维数据读入当用户安装纬地道路系统数模版后，系统安装目录下将自动生成“数模”目录，其下又有“asc-pol”、“dwg-dxf”和“pnt-dgx-dlx”等子目录，分别安装有系统所支持的几种三维地形数据接口数据的示例（均为实际工程示例）。
（1）读入AutoCAD的dwg格式(参见“dwg-dxf”目录下的数据)纬地系统可在不打开dwg图形文件的情况下，直接从中提取并读入三维数据。
一般三维地形图文件按规定均将等高线（计曲线和首曲线），特征线（水系线、断裂线、陡坎线或山脊线等），地形点等三维数据和图形信息分层存放，用户通过手工或其他数字化软件（矢量化软件）所建成的三维图形信息也应分层存放。
用户点选“数模”→“三维数据读入”→“读入dwg和dxf格式”菜单项，根据提示选取所要读入的dwg文件，程序从中提取出所有的图层，列于图15-2所示的对话框中。
用户依次点选存储有三维地形数据的图层，并分别指定其存储的三维数据信息参加构网时的性质，如“地形点”、“约束线”、“非约束线”等。
其中一般“地形点”对应存放所有单个三维散点的图层，而“约束线”对应存放等高线的图层（不论是计曲线还是首曲线）。
一般计曲线和首曲线分别存放在不同的图层中，用户需要将这两个图层指定为“约束线”性质，其他的三维地形信息，如山脊线、陡坎线等也应指定为“约束线”性质。
（纬地系统数模处理模块将所有参与构网并必须沿之构网的等高线、山脊线等统称为“约束线”。
）图15-2在以上指定工作完成后，还应注意对话框中的“SPLINE搜索”选项，用户可以在此选择只读入约束线（如等高线）上的控制点或读入约束线上的拟合圆滑点（一般测绘部门会将等高线在赋于控制点后并将其拟合，以使等高线更加圆滑、112美观）。
请注意，提取拟合圆滑点所得到的点数要远远超过提取控制点所得到的点数。
点按“开始读入”按钮，程序开始从该dwg文件中分类提取数据。
提取完成后，AutoCAD命令行中将显示所提取到的三维点的总数目。
纬地系统支持AutoCAD R14、R2000 和R2002版的dwg格式的三维地形数据。
（2）读入Card/1所支持的asc和pol文本格式的三维数据(参见“dwg-dxf”目录下的数据)在纬地系统数模应用模块未开发完成以前，国内利用数模进行设计的单位主要使用德国的Card/1软件。
该软件主要支持读入asc和pol文本格式的三维数据。
Asc文件存放所有三维点的点号、X、Y、高程等信息，而pol文件中以点号记录来描述所有等高线、断裂线等的关联信息。
纬地系统也支持读入此格式的三维数据。
点选“数模”→“三维数据读入”→“asc和pol格式”菜单项，将出现如图15-3所示对话框。
“同时读入同名pol文件”用于控制系统在读入“*.asc”文件时是否同时读入“*.pol”文件。
“ASC文件中点号前缀长度”用于去除*.asc和*.pol 文件中所有点号的前缀。
为了区别点号数据，Card/1支持在每个点号前用数字或字符组成的前缀。
而纬地系统为了提高数据点排序、检索、构网的速度，不支持带有字符的点号。
用户需在此输入ASC文件中点号字符前缀长度，以便程序在读入时将其去除。
（众所周知，计算机对字符数据排序、检索速度要远远慢于对整数的检索速度。
）图15-3113在“ASC文件格式”中，需由用户根据*.ASC文件的具体格式指定每一行中三维点的X、Y、Z坐标和小数位数。
点击“开始读入”按钮，系统弹出文件选择对话框，用户根据需要选取所要读入的*.asc文件（提示：用户可以一次选择多个文件同时读入然后一次构网，也可以分别读入每个文件建立多个数模添加到一个数模组中），点按“打开”按钮后，程序便显示开始读入数据的过程，并在每一个文件完成后，在命令行中提示已经读入的三维点的总数目。
（3）读入pnt-dgx-dlx文本格式的三维数据（参见“pnt-dgx-dlx”目录下的数据）该三维数据格式也是国内测绘部门提供的一种，其中*.pnt文件存放所有地形点的坐标与高程数据；同名的*.dgx文件中存放所有等高线上的三维点数据；同名的*.dlx文件中存放所有断裂线的三维点数据。
每幅图一般均同时由这三种文件组成。
点选“数模”→“三维数据读入”→“PNT、DGX和DLX格式”菜单项，将出现如图15-4所示对话框。
“同时读入同名DGX和DLX文件”用于控制系统在读入“*.pnt”文件时是否同时读入“*.dgx和*.dlx”文件。
点击“确定”按钮，系统弹出文件选择对话框，根据文件的大小，用户同样可以一次选择多个文件同时打开读入，也可以分别读入后建模。
图15-4另外，纬地系统也可根据用户的需要，特别定制各种形式的数模接口。
在数模理论中不存在平面坐标相同的点（即X、Y坐标完全相同，高程不一定相同），如果三维数据中存在平面坐标相同点时，系统会自动以第一次出现的点来进行构网，其后出现的点将被滤去。
同时系统会将这些平面坐标相同的点记录到“C:\Hint40\lst\Sortpt.err”出错文件中，如果用户需要检查修改这些点，可以依据此文件。
15.2.3 数据预检为了方便用户在三角构网前对原始三维数据进行检查，纬地系统新开发了“数据预检”功能，用户在读完三维数据之后，用户可点选“数模”→“数据预114检”菜单项，程序开始模拟三角构网，对已经读入内存的所有三维点进行排序、检索等操作，同时检查并逐一记录数据中出现的所有问题。
检查的内容主要包括：零高程点和高程为无穷大的点，高程超出合理范围的点，平面位置相同点，断裂线相交点，在断裂线上而未标识的点，平三角形等。