第六讲 数字高程模型及应用
数字高程模型及其应用
德国使用的DHM
(Digital Height Model)
英国使用的DGM (Digital Ground Model) 美国地质测量局USGS使用的DTEM (Digital Terrain Elevation Model)和 DEM (Digital Elevation Model)
1) 数字地面模型DTM（Digital Terrain Models）
TIN
TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中
任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。
TIN的数据存储方式比格网DEM复杂，它不仅要存储每个点的高程，还 要存储其平面坐标、节点连接的拓扑关系，三角形及邻接三角形等关系。
有许多种表达TIN拓扑结构的存储方式，一个简单的记录方式是： 对于每一个三角形、边和节点都对应一个记录，三角形的记录包括三个 指向它三个边的记录的指针；边的记录有四个指针字段，包括两个指向 相邻三角形记录的指针和它的两个顶点的记录的指针；也可以直接对每 个三角形记录其顶点和相邻三角形 。
其余则不然。 三角形准则是建立三角形网络的原则，应用不同的准则将 会得到不同的三角形网络。 一般而言，应尽量保持三角网络的唯一性，即在同一准则 下，由不同的位置开始建立三角形网络，最终得到的形状 应是相同的。在这一点上，空外接圆准则、最大最小角准 则、张角最大原则都可以做到，对角线准则含有主观因素， 现今使用的不多。
4）张角最大准则
一点到基边的张角为最大。
5）面积比准则 三角形内切圆面积与三角形面积或三角形面积与周长平方之比 最大。 6）对角线准则准则
两三角形组成的凸四边形的两条对角线之比，这一准则的比值
限定支取给定。即当计算值超过限定值才进行优化。
第六章(内插)数字高程模型
式中有16个待定系数，须列出16个线性方程，才能确定它们的 数值。已知A，B，C，D四个角点，将它们的三维直角坐标量 测值代人式中，可列出4个线性方程，其余12个方程根据下述力 学条件建立，这些力学条件为：
(1)相邻面片拼接处在X和Y方向的斜率都应保持连续； (2)相邻面片拼接处的扭矩连续。
第20 页
多面叠加的一个重要的优点是：如果希望对地形增加各种约束 和限制，则可以设计某一函数将其增加到多面叠加的函数体内。
比如希望在内插中考虑地面坡度的信息，就可以设计具有坡度
特性的函数。在数字高程模型中，如果在数据点密度较小和数 据点精度很高的情况下，要优先采用多面叠加的内插方法。但 在一般情况下，地球表面特征都很复杂，难以确定某一特定函 数严格表示地形变化(人工地物除外)。另外这种方法处理烦琐，
曲面在相邻边上的一阶导数是连续的，因此，整个区域的曲面
连接是光滑的。
数字高程模型
第23 页
2.1分块内插（二元样条函数内插）
与整体内插不同，样条函数保留了微地物特征，拟合时只需与 少量数据点配准，因此内插速度快，同时也保证了分块间连接
处为平滑连续的曲面。这意味着样条函数内插法可以修改曲面
的某一分块而不必重新计算整个曲面。 应该指出的是，在分块上展铺样条曲面时，对相邻多项式分 片曲面间的拼接，采用了弹性力学条件，而地表分块不是狭义 的弹性壳体，并不具备采用弹性力学条件的前提，所以，尽管
(1)Arthur，Q(d)＝exp(-25d2／a2)，其中d为两点之间的距离，
a为一参数，为各数据点间最大距离。 (2)吕言法，以三次曲面为核函数，Q(d)＝1+d3。
(3)针对上述Hardy选用的二次函数进行各种改进，由值为o，
数字高程模型及其应用
限定支取给定。即当计算值超过限定值才进行优化。
准则评述
理论上可以证明： 空外接圆准则、最大最小角准则、张角最大原则是等价的，
其余则不然。 三角形准则是建立三角形网络的原则，应用不同的准则将
会得到不同的三角形网络。 一般而言，应尽量保持三角网络的唯一性，即在同一准则
2）构建狄洛尼三角网
任何一个Delaunay三角形的外接圆的内部不能包含 其它任何点[Delaunay 1934]。（空外接圆准则）
采用最短距离和准则选择候选点，应用空外接圆准 则构建狄洛尼三角网。
6.4 DTM的空间内插方法
DTM空间内插的概念十分简单，即在一个由x、y坐标 平面构成的二维空间中，由已知若干离散点Pi的高程，估 算待内插点的高程值。由于DTM采样的数据点呈离散分布 形式，或是数据点虽按格网排列，但格网的密度不能满足 使用的要求，这就需要以数据点为基础进行插值运算。
对于给定的初始点集P，有多种三角网剖分方式，而 Delaunay三角网有以下特性： 其Delaunay三角网是唯一的； 三角网的外边界构成了点集P的凸多边形“外壳”； 没有任何点在三角形的外接圆内部，反之，如果一个三角网满足 此条件，那么它就是Delaunay三角网。 如果将三角网中的每个三角形的最小角进行升序排列，则 Delaunay三角网的排列得到的数值最大，从这个意义上讲， Delaunay三角网是“最接近于规则化”的三角网。
在上式中，当m＝l且fi为对地面高程的映射，(up，vp)为矩阵行列
号时，上式表达的数字地面模型即所谓的数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)。
数字高程模型DEM是表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的 形式描述为：
数字高程模型的创建与应用技巧
数字高程模型的创建与应用技巧数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种利用数字化的方法来描述地球表面地形特征的模型。
它可以通过测绘、遥感和地理信息系统等技术手段将地理空间中的地形信息转换为计算机可处理的形式。
数字高程模型的创建与应用技巧在地理信息领域具有重要意义，本文将从数据源、处理方法和应用技巧三个方面来阐述。
一、数据源数字高程模型的创建首先需要获取高程数据。
常见的高程数据源主要包括航空摄影测量、卫星遥感和地面测量等。
航空摄影测量一般通过航空飞行中使用倾斜摄影和立体摄影测量仪获取地面上的影像数据，然后利用专业的软件进行影像解译和数字化处理，进而生成高程数据。
卫星遥感则是通过卫星遥感影像数据进行信号处理和解译，提取出地面的高程信息。
地面测量包括激光雷达测量和GPS测量，可以直接获取地面的点云数据和高程坐标数据。
在数据源选择上，需要根据实际需求考虑数据的精度、分辨率和覆盖范围等因素。
航空摄影测量和卫星遥感数据具有较大范围和较低分辨率的特点，适合用于区域尺度的数字高程模型。
而地面测量数据则精度较高，适用于局部尺度的数字高程模型。
二、处理方法数字高程模型的处理方法主要包括数据预处理、插值和网格化等步骤。
数据预处理主要是对原始高程数据进行滤波、平滑和噪声处理等操作，以提高数据的质量和准确性。
插值是将离散的高程点数据插值为连续的地形表面，在插值过程中需要选择适当的插值方法，如克里金插值、逆距离权重插值等。
网格化则是将插值后的连续地面表面划分为等距的网格单元，使得高程数据能够以栅格的形式进行存储和处理在处理方法上，还有一些常用的技巧可以提高数字高程模型的质量。
例如，数据预处理中可以利用滤波算法去除低频噪声；插值方法可以使用多种插值算法的组合来提高插值效果；网格化时可以根据地形的特点选择合适的网格单元大小和分辨率。
三、应用技巧数字高程模型的应用广泛，涵盖了地质勘探、水利工程、城市规划等多个领域。
如何进行数字高程模型的制作和应用
如何进行数字高程模型的制作和应用导言：数字高程模型（DEM）是一种用数字方式来描述地球表面地形变化的方法。
它在地理信息系统（GIS）和地形分析等领域被广泛应用。
本文将讨论数字高程模型的制作方法，并探讨其在土地规划、水文模拟和地质研究等方面的应用。
一、数据收集和处理数字高程模型的制作首先需要数据的收集。
常用的数据源包括航空摄影、卫星影像和地面测量。
航空摄影和卫星影像可以通过影像解译技术获得地形信息，而地面测量则需要使用全球定位系统（GPS）等设备。
这些数据必须进行预处理，包括去除噪声、纠正畸变和分辨率调整等。
此外，还需要考虑不同数据源之间的配准和定位。
二、网格化与插值算法在获得地形数据之后，需要将其转化为数字高程模型。
网格化是一种常用的方法，将地形数据划分为规则的栅格单元。
在网格化的过程中，选择合适的单元大小和分辨率非常重要。
过小的单元将导致模型过于复杂，而过大的单元则会丢失细节。
插值算法是生成数字高程模型的关键步骤之一。
插值算法可以将有限的地形数据点扩展到整个区域，并估计未知点的高程值。
最常用的插值算法包括克里金插值、反距离加权插值和三次样条插值。
选择合适的插值算法需要考虑数据的分布和特性。
三、DEM的应用1. 土地规划数字高程模型在土地规划中起到至关重要的作用。
它可以帮助规划者了解地形特征，包括坡度、坡向和水流方向等。
基于DEM的土地规划可以合理布局建筑物、道路和排水系统，提高土地的利用效率和环境可持续性。
2. 水文模拟数字高程模型在水文模拟中广泛应用。
它可以模拟水流的路径和速度，预测洪水的发生概率和影响范围，提供洪水风险评估和防灾决策支持。
此外，数字高程模型还可以用于分析流域的土壤侵蚀风险、河道的侵蚀和沉积等水文问题。
3. 地质研究数字高程模型对地质研究的意义不容忽视。
它可以帮助地质学家了解地表和地下的地貌特征，预测地震破坏的程度和地质灾害的风险。
数字高程模型还可以用于找寻矿产资源、勘探石油和天然气等地质资源。
第六讲 数字高程模型及应用
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概述：TIN模型的存储方式 TIN
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有许多种表达TIN拓扑结构的存储方式，一 般来讲，对于每一个三角形、边和节点都对 应一个记录，三角形的记录包括三个指向它 三个边的记录的指针；边的记录有四个指针 字段，包括两个指向相邻三角形记录的指针 和它的两个顶点的记录的指针；也可以直接 对每个三角形记录其顶点和相邻三角形
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地理科学与规划学院
概述：不规则三角网(TIN) ●区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形 内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线 性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程， 在三角形内则用三个顶点的高程）。所以TIN是一 个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但 不可微
地理科学与规划学院
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概述：GRID模式的缺点
规则格网的高程矩阵，可以很容易地用计算机 进行处理。它还可以很容易地计算等高线、坡 度坡向、山坡阴影和自动提取流域地形，使得 它成为DEM最广泛使用的格式 格网DEM的缺点是不能准确表示地形的结构和 细部，为避免这些问题，可采用附加地形特征 数据，如地形特征点、山脊线、谷底线、断裂
第六讲 数字高程模型及应用
中山大学地理科学与规划学院
2009-3-8
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数字高程模型及应用
一、DEM概述 二、DEM建立
1、DEM的数据获取 2、DEM的建立方法
三、DEM应用
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摄影测量和遥感中的应用
工程 设计
数字地面 模型
是地理信 息的基础 数据
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军事上用于导航及导弹制导
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如何进行数字高程模型的建立与应用
如何进行数字高程模型的建立与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是一个数字化的地形表面模型，可以提供地貌、水文、气候等多方面的信息。
它在工程、地理信息系统等领域中具有广泛的应用。
本文将探讨如何进行数字高程模型的建立与应用。
一、数字高程模型的建立数字高程模型的建立包括数据采集、数据处理和数据分析三个步骤。
1. 数据采集数据采集是建立数字高程模型的第一步。
常用的数据采集方法包括地面测量、航空摄影、卫星遥感等。
不同的采集方法适用于不同的地形和需求。
例如，地面测量适用于小范围的地形测量，航空摄影适用于中等范围的地形测量，卫星遥感适用于大范围的地形测量。
2. 数据处理数据处理是将采集到的数据转化为数字高程模型的关键步骤。
常用的数据处理方法包括插值、滤波和校正等。
插值方法可以根据采集到的离散点数据生成连续的地形表面模型。
滤波方法可以去除噪声和异常值，提高模型的精度和可靠性。
校正方法可以将数字高程模型与实际地形进行对比，确定模型的准确性。
3. 数据分析数据分析是数字高程模型的最后一步，它可以揭示地形的特征和规律。
常用的数据分析方法包括地形指数计算、地形变化监测和洪水模拟等。
地形指数可以用来描述地形的倾斜度和陡峭度，进而评估地质灾害的潜在风险。
地形变化监测可以用来观察地形的演变和变化趋势。
洪水模拟可以通过数字高程模型模拟洪水的传播和影响范围，提供洪水防灾和应急管理的依据。
二、数字高程模型的应用数字高程模型在不同领域具有广泛的应用。
以下将介绍几个典型的应用领域。
1. 土地规划与设计数字高程模型可以为土地规划和设计提供依据。
通过分析数字高程模型，可以评估土地的适宜性和可利用性。
例如，数字高程模型可以帮助确定坡度、坡向和土壤类型，为农田规划提供参考。
数字高程模型还可以模拟不同的土地利用方案，评估其对地形和地貌的影响，为土地规划和设计做出科学决策。
2. 水资源管理数字高程模型在水资源管理中起着重要的作用。
数字高程模型生成与应用方法
数字高程模型生成与应用方法数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地理信息系统（Geographic Information System，GIS）中常用的数据模型之一，它使用离散点来描述地球表面的高程信息。
生成和应用数字高程模型的方法有很多，本文将通过介绍不同的方法来探讨数字高程模型的产生和应用。
一、栅格插值法栅格插值法是一种常见的数字高程模型生成方法。
它通过从已知高程点上获取的观测值，推断或插值出其他位置的高程值。
最常用的插值方法是反距离加权法（Inverse Distance Weighting，IDW）和克里金法（Kriging）。
IDW方法假设距离近的点对目标点的影响更大，利用与目标点相近的观测值进行加权平均来估计未知位置的高程。
克里金法则通过在插值过程中考虑观测值之间的空间相关性，使得插值结果更加平滑。
二、3D扫描与建模方法除了栅格插值法，3D扫描技术也被广泛应用于数字高程模型的生成。
通过激光测距仪或雷达等设备，可以获取物体表面的点云数据，再利用三维建模算法建立数字高程模型。
在实际应用中，3D扫描与建模方法常用于土地测量、建筑设计和文物保护等领域。
通过对物体表面进行高精度扫描，可以得到更为准确的数字高程模型，为后续应用提供更可靠的数据支持。
三、数字高程模型的应用数字高程模型在地理信息系统中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域。
1. 地形分析数字高程模型可以用于地形分析，通过计算坡度、坡向、流量累积等地形指标，帮助分析地形变化、水文过程等。
这对于自然灾害预测、土地利用规划和水资源管理等具有重要意义。
2. 建筑设计在建筑设计中，数字高程模型可以帮助评估土地的可行性，提供地形和地势信息。
设计师可以根据数字高程模型来确定建筑物的基底高程、坡度以及周围环境的地形特征，以便更好地进行建筑设计。
3. 三维可视化数字高程模型可以与其他空间数据结合，生成逼真的三维地理场景。
测绘技术中的数字高程模型建立与应用
测绘技术中的数字高程模型建立与应用导语：在现代测绘技术的发展中，数字高程模型是一项重要的技术之一。
它通过数字化的方法，对地表地貌进行精确测量和描述，为诸多领域的研究和应用提供了基础数据。
本文将从数字高程模型的建立和应用两个方面进行探讨。
一、数字高程模型的建立数字高程模型通常是通过大地测量、遥感技术和全球定位系统等多种测量手段获取的地形数据。
首先，地面的高程测量是通过大地测量中的水准测量和测距测角测量完成的。
水准测量使用水准仪进行测量，利用水平视线和重力来确定高程差。
而测距测角测量则通过测量距离和方位角来获取地面的高程信息。
这些数据被记录并计算后，可以形成数字高程模型的初始数据。
其次，遥感技术在数字高程模型的建立中起到了至关重要的作用。
遥感技术通过使用传感器获取地面的遥感影像数据，可以快速获取大范围内高程信息。
主要使用的传感器包括光学相机、红外相机和雷达等。
这些传感器可以记录地表的高程特征，并将其转化为数字数据，为数字高程模型的建立提供了基础。
最后，全球定位系统（GPS）也是数字高程模型建立中不可或缺的一部分。
GPS通过接收卫星发出的信号，并计算信号的传播时间和卫星位置来确定接收器位置。
同时，通过GPS接收器在不同位置的测量，可以获取地点的经纬度和高程信息。
这些测量数据可以用于数字高程模型的精确建立。
二、数字高程模型的应用数字高程模型在各个领域的应用非常广泛，下面将介绍其中几个典型领域。
1. 地质灾害研究数字高程模型在地质灾害研究中发挥了重要的作用。
通过对地震、滑坡和泥石流等地质灾害发生前后数字高程模型的比较分析，可以预测和评估灾害的范围和影响。
此外，数字高程模型还可以用于模拟灾害发生后的地形变化，并提供相关的地理信息，为灾害救援和应对工作提供支持。
2. 城市规划数字高程模型在城市规划中的应用日益广泛。
通过对城市地区的高程数据进行分析和建模，可以确定城市地形和地貌特征，并为城市的规划和设计提供可靠依据。
第六章 数字高程模型-ARCGIS讲诉
1.1 DTM和DEM
数字地形模型DTM（Digital Terrain Model）是 在数据库中存储并管理的空间地形数据集合的统称。 是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述 数字高程模型DEM（Digital Elevation Model） 是对地理空间起伏连续变化的数字表示形式，用来描 述地理空间的第三维坐标—高程。通常用矩阵表示。
2）移动平均插值方法：距离倒数插值
距离倒数插值方法综合了泰森多边形的邻近点方 法和趋势面分析的渐变方法的长处，它假设未知点 处属性值是在局部邻域内中所有数据点的距离加权 平均值。距离倒数插值方法是加权移动平均方法的 一种。
4）克立格插值
克立格（Kriging）插值：又称空间局部估计或 空间局部插值法，是地统计学的主要内容之一。
2.1 规则格网（GRID）
1）格网单元
2）规则格网特点
☺ 优点：规则格网（GRID）表示法结构简单、计算方便，
便于计算机处理。
缺点：
➢ 地形简单的地区存在大量冗余数据； ➢ 如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的地区； ➢ 对于某些特殊计算如视线计算时，格网轴线方向被夸大； ➢ 由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征。
第六章 数字高程模型及其应用
提纲
1 数字地形模型概述 2 DEM的主要表示模型 3 DEM的建立-数据采集 4 DEM模型之间的相互转换 5 数据内插方法
1 数字地形模型概述
数字地形模型主要用于描述地面起伏状况， 可以用于提取各种地形参数，如坡度、坡向、粗 糙度等，并进行通视分析、流域结构生成等应用 分析。因此，数字地形模型在各个领域中被广泛 使用。如，测绘、遥感、土地利用、洪水预警、 军事……基础数据。
掌握数字高程模型的制作与应用方法
掌握数字高程模型的制作与应用方法数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）作为一种地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）中的重要数据类型，可以在许多领域中发挥重要作用。
本文将介绍数字高程模型的制作与应用方法，以帮助读者掌握相关知识。
一、数字高程模型的制作方法数字高程模型的制作方法多种多样，其中最常用的有以下几种：1. 光学遥感技术光学遥感技术是一种通过对地球表面进行光谱信息采集和处理的方法。
利用航空摄影或卫星遥感图像，可以获取地形信息。
通过遥感图像的几何纠正和地物分类等处理，可以提取出数字高程模型。
2. 激光雷达技术激光雷达技术是一种通过激光束向地面发射并接收反射的方法。
通过测量激光束的时间差和角度差，可以计算出地面点的坐标和高程信息，从而制作数字高程模型。
3. GPS测量技术GPS测量技术是一种通过卫星定位和测量地面控制点的方法。
通过在地面上设置GPS接收器，可以获取地面点的坐标信息。
结合高程测量仪器，可以测量得到地面点的高程信息，从而制作数字高程模型。
以上是制作数字高程模型的常用方法，每种方法都具有其优势和适用范围。
不同的项目和需求可以选择不同的方法进行制作。
二、数字高程模型的应用方法数字高程模型的应用范围广泛，主要包括以下几个方面：1. 地形分析数字高程模型可以用于地形分析，例如坡度和坡向分析、地形剖面绘制等。
通过分析地形，可以了解地势特征，为土地规划、环境评价等提供参考依据。
2. 水资源管理数字高程模型可以用于水资源管理，例如水流路径模拟、洪水模拟等。
通过模拟水流路径和水位变化，可以评估水资源的合理利用和水灾风险的防范。
3. 建筑与城市规划数字高程模型可以用于建筑和城市规划，例如建筑物阴影分析、可见性分析等。
通过分析建筑物的阴影和可见性，可以评估建筑物的光照条件和城市景观的合理性。
4. 通信与导航数字高程模型可以用于通信和导航，例如无人机飞行规划、导航系统设计等。
如何进行数字高程模型的制作与应用
如何进行数字高程模型的制作与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是通过数字技术手段对地勘测量数据进行处理和分析，以生成地表高程点的三维几何模型。
它在地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）和遥感领域有广泛的应用。
本文将介绍数字高程模型的制作与应用技术。
1. 数字高程模型的制作1.1 大地控制点的获取在进行数字高程模型制作前，需要先获得一定数量的大地控制点。
这些控制点可以通过全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）测量或者人工测量等方式进行获取。
大地控制点的数量和分布要充分考虑地形地貌特征，以保证生成的数字高程模型精度和准确性。
1.2 地形数据的采集采集地形数据是生成数字高程模型的关键步骤。
可以利用航空遥感、卫星影像或者地面测量的方式获得地形数据。
航空遥感和卫星影像数据的获取可以使用无人机、卫星或者航空器进行获取，而地面测量可以通过测量仪器对地表进行实地测量。
在获得地形数据时，要控制好采集数据的分辨率和密度，以满足需要生成数字高程模型的精度要求。
1.3 数据处理与拼接在获得地形数据后，需要进行数据处理与拼接。
首先，对采集到的地形数据进行预处理，包括去除可能存在的噪声、过滤掉无效数据等。
然后，对处理后的数据进行拼接，生成完整的地形数据集。
拼接时要注意数据的投影坐标系统一，以保证后续处理的准确性。
1.4 数字高程模型的生成在获得完整的地形数据集后，可以利用数字图像处理和地理信息系统软件等工具生成数字高程模型。
常用的数字高程模型生成算法包括插值算法和过程算法。
插值算法可以通过已有的地形数据，推算出其他地方的地形高程数据。
过程算法则是通过对地形数据进行分析和模拟，生成数字高程模型。
根据实际需求和数据特点，可以选择合适的算法进行数字高程模型的生成。
2. 数字高程模型的应用2.1 地形分析与可视化数字高程模型可以用于地形分析与可视化，帮助我们更好地了解地形地貌特征。
如何进行数字高程模型生成与应用
如何进行数字高程模型生成与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种地理信息科学中常用的数字地形模型，用于描述地球或其他天体表面的海拔高度变化。
它广泛应用于地理学、地质学、水资源管理、城市规划等领域。
本文将探讨如何进行数字高程模型的生成与应用。
一、数字高程模型的生成数字高程模型的生成可以通过多种手段完成，包括地面测量、遥感技术和光学三角测量等。
1.地面测量地面测量是最简单直接的生成DEM的方法之一。
它通常使用全站仪、GPS等仪器来测量地面各点的坐标和高程，并通过数学计算得到地面的高程模型。
这种方法适用于区域较小、精度要求较高的情况，比如小规模工程测量。
2.遥感技术遥感技术是通过获取卫星或航空器上的传感器所采集的遥感图像数据，通过数学模型将图像转换为高程信息。
遥感技术可以分为光学遥感和雷达遥感两种。
光学遥感主要利用卫星传感器获取地表的光谱信息，经过影像处理和数字化技术，可以得到地表高程信息。
常见的光学遥感卫星包括Landsat、SPOT等。
雷达遥感利用微波的反射和散射特性，获取地表特征信息，可以穿透云层等干扰，适用于各种天气条件下的高程模型生成。
常见的雷达遥感卫星包括SRTM、TerraSAR-X等。
3.光学三角测量光学三角测量是利用测绘仪器对地面点进行水平和垂直角度的测量，进而计算出地面高程的方法。
这种方法适用于小范围的高程模型生成，比如建筑物的测绘。
二、数字高程模型的应用数字高程模型作为地理信息的重要组成部分，具有广泛的应用价值。
1.地形分析与地质研究数字高程模型可以通过分析地表的高程变化和地形特征，揭示出地形演化的规律和地质构造的特点。
例如，通过DEM可以研究山区的侵蚀过程、河流的侵蚀速率等地表地貌变化现象。
2.水资源管理与洪涝预测数字高程模型可以用于模拟流域的地貌特征、河流水网络、水库分布等，进而对水资源进行管理和规划。
同时，基于DEM可以进行洪涝预测，通过分析地表的高程信息和降雨数据，预测洪水的泛滥范围和深度，为防洪工作提供科学依据。
数字高程模型的生成与应用
数字高程模型的生成与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种用来表示地理空间位置的数字模型。
它以地表以上的点的高度数据为基础，构建了地表的三维模型。
数字高程模型有着广泛的应用，包括地形分析、水文模拟、城市规划等多个领域。
数字高程模型的生成是一个复杂的过程，需要利用遥感技术来获取高度数据。
目前常用的遥感数据包括航空摄影和激光雷达扫描。
航空摄影通过飞机或无人机搭载相机进行拍摄，然后利用图像处理技术提取高度信息。
激光雷达扫描则是利用激光束扫描地面，通过接收反射回来的激光信号来获取地形数据。
在生成数字高程模型之前，需要对原始数据进行处理和校正。
这个过程包括去除噪声、纠正图像畸变等。
然后，可以利用插值算法将离散的高度数据转化为连续的高程模型。
常用的插值算法有反距离加权插值法、三角剖分插值法等。
这些算法可以根据离散点的高度信息推算出其他地点的高度。
数字高程模型的应用十分广泛。
首先，地形分析是数字高程模型最常见的应用之一。
通过对高程模型进行分析，可以得到地形的各个方面的信息，如山脉、河流、河谷等。
这对于地理学研究、地质勘探等都有着重要的作用。
其次，数字高程模型在水文模拟中也有着重要的应用。
通过将降雨入渗过程、地表径流等模拟到数字高程模型中，可以模拟地表的水文过程，对洪水的形成和流动进行预测和分析。
此外，数字高程模型还可以应用于城市规划中。
通过将建筑物的三维模型与数字高程模型进行叠加，可以模拟出城市的立体效果，对城市规划和设计提供重要参考。
除了上述应用，数字高程模型还可以用于虚拟现实技术中。
虚拟现实技术通过模拟真实的环境，使用户沉浸其中。
数字高程模型作为虚拟现实中环境的基础，可以提供真实的地形数据，使用户能够更加真实地感受到模拟环境。
此外，数字高程模型也可以用于地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）中，对地理信息进行管理和分析。
数字高程模型及其应用
按方位取点法
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通过以上过程，总结DEM内插的步骤： 1）选用合适的数学模型； 2）利用已知数据点求模型中的参数； 3）根据模型求待定点的高程。
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2.线性内插
Z a0 a1X a2Y
Y
1P
2
3
X
Z 1
X
Y
a0 a1
a2
Z1 1 X1 Y1 a0 Z2 1 X 2 Y2 a1 Z3 1 X 3 Y3 a2
mm
Zx, y
Cij xi y j
i0 j0
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分块内插
分块内插是把整个区域分成若干子块，对每一 子块使用一个函数拟合该区域内的地表面，利 用该块内的数据点求解待定参数。
分块
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逐点内插法
以每一待定点为中心，定义一个局部函数 去拟合周围的数据点。逐点内插法十分灵 活，精度较高，计算方法简单又不需很大 的计算机内存，但计算速度可能比较慢
1. 由现有地形图上获取：通常采用扫描装置获取 手扶跟踪数字化仪 扫描数字化仪
2. 摄影测量方法获取 3. 野外实地测量 4. 遥感系统，如GPS、激光测高仪直接获取
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六、数字地面模型的发展过程
50年代末概念形成 60-70年代对DTM的内插问题进行研究 70年代中、后期对采样方法进行研究 80年代以来，全方位对DTM进行研究，包括
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测绘技术中的数字高程模型构建与应用技巧
测绘技术中的数字高程模型构建与应用技巧概述：数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是测绘领域中重要的数据产品之一，广泛应用于地质、地理、城市规划等领域。
本文将从数字高程模型的构建、质量控制与评估、应用技巧等方面进行论述，以帮助读者全面了解并运用数字高程模型。
一、数字高程模型的构建1.1 光学遥感数据的处理光学遥感数据包括航空摄影和卫星遥感影像，可通过影像配准、倾斜摄影测量与正射影像生成等步骤，提取地表的三维坐标信息。
1.2 激光雷达数据的处理激光雷达技术是一种主动遥感技术，能够高精度地获取地表点云数据。
通过点云去噪、配准、滤波、分类等处理，可构建数字高程模型。
1.3 数据融合与模型生成将光学遥感数据与激光雷达数据融合，利用多源数据的优势，结合数据校正、拼接、均匀化等步骤，生成高精度的数字高程模型。
二、数字高程模型质量控制与评估2.1 数据准确性评估通过野外控制测量，将实测高程与数字高程模型进行对比分析，评估模型的准确性。
2.2 分辨率评估数字高程模型的分辨率直接影响着模型表达的细节信息，根据应用需求评估和选择合适的分辨率。
2.3 坡度和坡向计算根据生成的数字高程模型，计算地表的坡度和坡向，为地理分析和规划提供支持。
三、数字高程模型的应用技巧3.1 地形分析与地貌研究数字高程模型可以反映地表的地形和地貌特征，通过高程剖面、坡度分析等手段，揭示地形变化和地貌演化过程。
3.2 洪水模拟与水资源管理基于数字高程模型，进行洪水模拟和预测，助力洪水防灾工作，并为水资源管理提供基础数据。
3.3 城市规划与交通建设数字高程模型可以为城市规划提供地形数据，辅助制定可持续发展战略。
同时，结合交通流模拟和道路设计，优化交通建设方案。
3.4 土地利用与农业生产利用数字高程模型进行土地资源调查和土地利用规划，为农业生产提供决策参考，提高农作物产量和土地利用效率。
结语：本文从数字高程模型的构建、质量控制与评估、应用技巧进行了综述，希望读者能够通过本文深入了解数字高程模型的概念、构建技术以及应用场景。
地形测量中数字高程模型的创建与应用
地形测量中数字高程模型的创建与应用地形测量是地理学中的一个重要领域，它研究的是地球表面的形态特征和各个地形要素之间的关系。
而在地形测量的实践中，数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）的创建及其应用起着关键的作用。
本文将探讨数字高程模型的创建方法和在地形测量中的应用。
数字高程模型是用来描述地面高度、地势起伏的数学模型。
它通过对地形表面进行测量，将采集到的数据以数字形式储存，并应用数学算法对其加工、处理，从而得到地面高度的数值表示。
数字高程模型的创建有多种方法，其中常用的包括平差法、插值法和雷达测高法。
在平差法中，我们根据地面的实际测量数据，利用数学模型对这些数据进行分析和处理，以获得地面高度分布的数值结果。
这种方法适用于不规则地形的测量，但对于大规模地形测量来说，时间和计算成本较高。
插值法是一种常用的数字高程模型创建方法，它通过对已知地面高度数据点之间的数值进行推算，来获得整个地表高度分布的数值结果。
插值法的优点在于计算速度快、效果较好，适用于大规模地形测量和地理信息系统（GIS）的应用。
雷达测高法则是一种利用雷达技术进行地面高度测量的方法。
通过向地面发射雷达信号，测量信号的反射时间和强度，从而推算出地表地面的高度信息。
这种方法适用于各种复杂地形的测量，并且具有较高的精度。
在数字高程模型的应用方面，它在地形测量、城市规划、防灾减灾等领域都有着广泛的应用。
首先，数字高程模型可以用于地形分析和地貌演化研究。
通过对地形的数值化描述和分析，我们能够更好地理解地球表面的形态特征，揭示地貌的形成和演化过程。
其次，在城市规划中，数字高程模型可以用于进行地形分析和地形特征展示。
利用这一模型，规划师可以更加全面准确地了解城市地形的特点和分布，从而做出更科学合理的城市规划决策。
此外，数字高程模型还可以用于防灾减灾工作中。
通过对地形的数值化描述，我们可以事先对可能的自然灾害风险进行评估和分析，预测可能的灾害范围和程度。
掌握数字高程模型的生成与应用
掌握数字高程模型的生成与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地理信息系统（Geographic Information System，GIS）中常用的一种空间数据模型，用以表示地球表面的地形和地势。
掌握数字高程模型的生成与应用对于地理分析、地质勘探、灾害防治等领域具有重要意义。
本文将介绍数字高程模型的生成过程，并探讨其在不同领域中的应用。
一、数字高程模型的生成数字高程模型的生成通常涉及地面采样、测量和建模等步骤。
地面采样是指在感兴趣区域内选择一系列地理位置，并测量地面高度值。
测量可以通过使用全球定位系统（GPS）等技术来进行。
这些高度值可以被用于构建三维点云。
测量完地面高度之后，需要对采样得到的数据进行处理，常用的方法包括插值和滤波。
其中，插值方法可以通过对采样点之间的空间关系进行推断，来估计地形在非采样点上的高度值。
常用的插值方法有逆距离加权法、样条插值法等。
滤波方法则是对采样点数据进行噪声去除和平滑处理，以获得更精确的地形模型。
在数字高程模型的生成过程中，还需要考虑到地表要素的特殊情况，如建筑物、树木等。
这些要素会对地形模型产生遮挡效应，因此需要针对这些情况进行处理，例如去除遮挡效应或根据特定要求进行模型调整。
二、数字高程模型的应用1. 地理分析数字高程模型可以用于地理分析，用来研究地球表面的地势形态以及地形变化。
通过对数字高程模型的分析，可以发现自然地理现象的规律，如山脉的分布、水流的路径等。
同时，数字高程模型也为地质勘探提供了重要的数据基础，可以用于寻找矿产资源或勘探油气田。
2. 灾害防治数字高程模型在灾害防治中起到了重要作用。
例如，通过数字高程模型可以预测洪水、滑坡等自然灾害的潜在风险区域。
基于数字高程模型的地形分析和地形阻断等方法，可以评估不同地理区域的易受灾性，并为灾害应急响应和风险管理提供科学依据。
3. 城市规划数字高程模型在城市规划中也有广泛的应用。
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一、DEM概述
3、不规则三角网(TIN)
尽管规则格网DEM在计算和应用方面有许多优点，但 也存在许多难以克服的缺陷： 在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余； 在不改变格网大小的情况下，难以表达复杂地形的 突变现象； 在某些计算，如通视问题，过分强调网格的轴方向 。
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一、DEM概述 （1）TIN模型的存储方式
TIN的数据存储方式比格网DEM复杂，它不仅要存储 每个点的高程，还要存储其平面坐标、节点连接的 拓扑关系，三角形及邻接三角形等关系。TIN模型在 概念上类似于多边形网络的矢量拓扑结构，只是TIN 模型不需要定义“岛”和“洞”的拓扑关系。
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一、DEM概述
1、GRID模式（点模式）
格网DEM的另一个缺点是数据量过大，给数据管理带来 了不方便，通常要进行压缩存储。 DEM数据的无损压缩可以采用普通的栅格数据压缩方式 ，如游程编码、块码等。
但是由于DEM 数据反映了地形的连续起伏变化，通常比 较“破碎”，普通压缩方式难以达到很好的效果。
在地理信息系统中，DEM是建立DTM的基础数据，其
它的地形要素可由DEM直接或间接导出，称为“派生 数据”，如坡度、坡向。
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一、DEM概述
DTM 是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地 形属性特征的数字描述。如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、 土壤类型等其他地面诸特征。 数字地形模型中地形属性为高程时称为DEM。高程是地理空间中的第 三维坐标。
●数字化现有等高线地图产生的DEM比直接利用航空摄影测
量方法产生的DEM质量要差； ●数字化的等高线对于计算坡度或生成着色地形图不十分适 用。
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一、DEM概述 2、等高线模式
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。 由于等高线模型只是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以外的其他点的高程，又因为 这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只要使用 外包的两条等高线的高程进行插值。
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一、DEM概述 2、等高线模式
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。
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一、DEM概述 2、等高线模式
等高线通常可以用二维的链表来存储。另外的一种方法是用图来表 示等高线的拓扑关系，将等高线之间的区域表示成图的节点，用边 表示等高线本身。此方法满足等高线闭合或与边界闭合、等高线互 不相交两条拓扑约束。
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一、DEM概述
（五）建立DEM的目的
1）作为国家地理信息的基础数据；
2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计； 3）为军事目的而进行的三维显示； 4）景观设计与城市规划； 5）流水线分析、可视性分析；
6）交通路线的规划与大坝选址；
7）不同地表的统计分析与比较；
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第六讲 数字高程模型及应用
数字高程模型及应用
一、DEM概述 二、DEM建立
1、DEM的数据获取
2、DEM的建立方法
三、DEM应用
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摄影测量和遥感中的应用
工程 设计
数字地面 模型
是地理信息 的基础数据
军事上用于导航及导弹制导
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原始影像
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凸包
表面模型
三维模型（有纹理）
原始影像
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三维模型（无纹理）
一、DEM概述 （一）DEM定义
数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写DEM）是一定 范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据 集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或 相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数 据内插而形成的。 DEM是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等 信息，也可与DOM(Digital Orthophoto Map，数字正射影像图 )或其它专题数据叠加，用于与地形相关的分析应用，同时它 本身还是制作DOM的基础数据。
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一、DEM概述
1、GRID模式（点模式）
优点：规则格网的高程矩阵，可以很容易地用计算机进行 处理。它还可以很容易地计算等高线、坡度坡向、山坡阴 影和自动提取流域地形，使得它成为DEM最广泛使用的格式。 缺点：是不能准确表示地形的结构和细部，为避免这些问 题，可采用附加地形特征数据，如地形特征点、山脊线、 谷底线、断裂线，以描述地形结构。
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一、DEM概述
（二）DTM定义
对DTM的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集 、DTM的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及 不规则三角网DTM的建立与应用等。
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一、DEM概述
（三）DEM 与 DTM的区分
●数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)： 研究地面起伏。 ●数字地形模型(Digital Terrain Model，DTM)： 含有地面起伏和属性(如坡度、坡向等)两个含 义，是DEM的进一步分析。
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一、DEM概述
1、GRID模式（点模式）
规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，此时，DEM来源于 直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。 ●表示方法：规则网格将区域划分成规则的格网单元，每个 格网单元对应一个数值，记录每个网格的高程；与栅格地图 相同。通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。 数学上表示为一个矩阵，在计算机实现中是一个二维数组。
数学表达为：z = f（x，y）
DEM是DTM的一个子集，是DTM的基础数据，最核心部分，可以从 中提取出各种地形信息，如高度、坡度、坡向、粗糙度，并进行通视分析， 流域结构生成等应用分析。
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一、DEM概述
（四）DEM的表示方法
●使用三维函数模拟 复杂曲面； ●将一个完整曲面分 解成方格网或面积上 大体相等的不规则格曲面插值来 表示地下水或土壤的 特性；
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一、DEM概述
3、不规则三角网(TIN)
●不规则三角网(TIN)表示法克服了高程矩阵中冗余数据的 问题，而且能更加有效地用于各类以DTM为基础的计算。但 其结构复杂。 TIN（Triangulated Irregular Network)表示法利用所有采样 点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点(各 三角形的顶点)连接成相互连续的三角面(在连接时，尽可能地 确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等— Delaunay)。 三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置 。
●表示方法：将区域划分为相邻的三角面网络，区域中任意 点都将落在三角面顶点、线或三角形内。落在顶点上其高程 与顶点相同；落在线上则由两个顶点线性插值得到；落在三 角形内则由三个顶点插值得到。
●生成方法：由不规则点、矩形格网或等高线转换而得到。 ●TIN允许在地形复杂地区收集较多的信息，而在简单的地 区收集少量信息，避免数据冗余。 ●对于某些类型的运算比建立在数字等高线基础上的系统更 有效，如坡度、坡向等的计算。
可用于蜂窝电话的基站分析等等。
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一、DEM概述
（二）DTM定义
数字地形(地面)模型（Digital Terrain Model, DTM）:
是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z的坐标点对 连续地面的一个简单的统计表示，或者说，DTM就是地形表面 形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性 特征的数字描述。（当地形属性为高程时称为DEM）
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一、DEM概述
1、GRID模式（点模式）
格网DEM
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一、DEM概述
1、GRID模式（点模式）
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。
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一、DEM概述 （1）TIN模型的存储方式
有许多种表达TIN拓扑结构的存储方式，一般来 讲，对于每一个三角形、边和节点都对应一个记录， 三角形的记录包括三个指向它三个边的记录的指针； 边的记录有四个指针字段，包括两个指向相邻三角形 记录的指针和它的两个顶点的记录的指针；也可以直 接对每个三角形记录其顶点和相邻三角形。
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一、DEM概述
No 1 2 3 : 8
X 90.0 50.7 67.2 : 10.0
Y 10.0 10.0 23.9 : 90.0
Z 43.5 67.3 62.6 : 81.0
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一、DEM概述 （2）TIN模型的表现
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一、DEM概述 （3）TIN小结
地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向、坡度 变化率、粗糙度等。
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一、DEM概述
（二）DTM定义
数字地形(地面)模型（Digital Terrain Model, DTM）是 20 世 纪 50 年 代 由 美 国 MIT 摄 影 测 量 试 验 室 主 任 米 勒 （LER）首次提出，并用其成功地解决了道路工程中 土方估算等问题。此后它被用于各种线路选线（铁路、公路、 输电线等）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算， 任意两点间的通视判断即任意断面图绘制。 在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图， 制作正射影像图以及地图的修测。DTM是地理信息系统的基 础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划和洪水险情 预报等。在军事上可用于导航、作战电子沙盘等。