22 空间分析的原理与方法-三维分析

1三维建模


1.4等高线
1. 等高线：等值线是连接相同数值所形成的曲线。 地理学上常见的等值线如等高线、等温线等。
1三维建模


2 . 从TIN数据集提取等值线：
1、点击菜单项【分析】－>【三维建模】－>【TIN数 据集－>等值线】弹出的对话框中进行相应设置。 设置参数： 等高距：每条等高线之间的距离值，其距离单位与数据 集单位相一致；
地理信息系统基础
Geographical Information System
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第五章 空间分析的原理与方法
教学内容

§5.1空间数据查询 §5.2空间统计分析 §5.3数字地面模型分析 §5.4空间叠加分析
§5.5空间缓冲区分析
§5.6泰森多边形分析 §5.7空间网络分析

格网DEM缺点：在平坦地区出现大量的数据冗余；


2. DEM的数据来源
一是直接在野外通过全站仪或者GPS、激光测距仪等进 行测量， 二是通过离散数据的内插，间接地从航空影像或者遥感 图像以及所有既有地形图上得到。



离散数据的内插:
（1）人工网格法 将地形图蒙上格网，逐格读取中心或角点的高程值、 构成数字高程模型。 （2）立体像对分析 通过遥感立体像对，根据视差模型、自动选配左右 影像的同名点，可建立数字高程模型。


离散点属性数据如某城市的降雨量，某小区域土壤的酸 碱度等。
如何将地形状况模型化并可视化地显示，并在此基础上 进行各领域的分析和决策，这是GIS研究的重要内容之 一。

1三维建模

2. 三维建模：是指用一定的模型来模拟、表达地学三维 现象。
三维空间数据模型主要有三种：数字高程模型 （DEM）、数字地面模型（DTM）和等值线。

不规则三角网(TIN)
不规则三角网(TIN)

演示：
1三维建模


4. TIN模型转换生成三维DEM模型
操作方式：点击菜单项【分析】－>【三维建模】－> 【TIN数据集－>DEM数据集】弹出的对话框中进行相 应设置 。
1三维建模


参数设置:
设置TIN属性：通过TIN转换后的DEM数据集中保留的 源TIN数据集的属性，包括高程值、坡度值和坡向值三 种； 设置分辨率：指生成的DEM栅格数据集中，每个格子 （像元）代表的实际大小，系统默认是生成结果为 500*500的栅格数目计算的分辨率。


3. 三维窗口
用来浏览三维场景、进行动态飞行浏览、淹没演示、控 制图层、设置属性等三维操作的工作窗口。 注意 在SuperMap Deskpro 5中，一次只能打开一个三 维窗口浏览三维场景。

2.1地形三维可视化


4. 三维图层与三维场景三维图层与三维场景
三维图层的概念与地图中的图层概念相类似。 一个三维图层对应一个数据集，而一个或多个三维图层 按照某种顺序叠放在一起，显示在一个三维窗口中，就 可以成为一个三维场景。 三维场景可以对二维点\三维点、二维线\三维线、面、 文本、DEM、Grid、TIN、影像数据进行三维实时浏览， 并且可以设置并存储背景色、光源、雾化等场景的效果。

操作方式：点击菜单项【分析】－>【栅格分析】－> 【表面分析】－>【提取所有等值线】。
（2）提取指定高程的等值线



提取指定高程的等值线，生成线数据集。
操作方式：点击菜单项【分析】－>【栅格分析】－> 【表面分析】－>【提取指定等值线】 （3）点选提取等值线

2 三维可视化


2三维可视化
当地形模型中的属性信息是高程属性就成为DEM。 地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属 性，如坡度、坡向等。 高程模型又叫地形模型。 通常DTM可由DEM生成。

1三维建模

传统的地理信息系统的数据结构都是二维的，高程是地 理空间中的第三维坐标，建立数字高程模型是一个必要 的补充。
DEM通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示， 广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高 程的数字表示。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 。

2.1地形三维可视化
2.1地形三维可视化
2.2 三维窗口基本操作

三维数据显示在三维窗口中后，可以进行三维地图基本 操作 ：
放大/缩小 自由缩放 平移 升降场景



水平旋转场景
垂直旋转场景 环游 绕X、Y轴旋转
2.3 淹没模拟

三维淹没功能可以动态的模拟洪水淹没的情景，也可以 指定一个洪水淹没的高程进行淹没演示。
操作方式：点击菜单项【三维】－>【淹没设置】、 【淹没演示】； 如果动态的显示淹没情景，需要设置时间间隔（毫秒） 和高程分层；如果指定高程进行洪水淹没，需要指定淹 没高程；也可以根据需要设置水色。


2.4 三维渲染细节


可以将三维模型按照点、线和实体三种级别进行显示。
操作方式：点击菜单项【三维】－>【渲染细节级别】 －>【点】、【线】、【实体】。如图10.22、10.23、 10.24所示。
wenku.baidu.com


（3）三角网方法（TIN）
对有限个离散点，每三个邻近点联接成三角形，每 个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可 计算各格网点高程，生成DEM。 （4）曲面拟合 根据有限个离散点的高程、采用多项式或样条函数 求得拟合公式，再逐一计算各点的高程，可得到拟合的 DEM。 （5）等值线插值 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。

1三维建模


1.2数字高程模型(DEM)
1. DEM表示方法：通常用矩阵表示、广义的DEM可包 括等高线，三角网等。 这里我们特指DEM是由地表矩阵单元（格网）构成的 高程矩阵。其数据组织类似于图像栅格数据，只是每个 像元的值是高程值。


DEM表示方法
格网DEM
三角网DEM
等高线DEM



§5.8空间距离的量算
§5.9空间分析模型
三维分析
三维分析

三维分析是在三维建模和三维可视化的基础上进行的一 系列分析。
如格网DEM生成三维正射影像、剖面分析、可视域分 析和填挖方分析等。

三维分析


学习目标:
1三维建模 1.1 三维数据集


1.2 数字高程模型(DEM)
1.3 不规则三角网(TIN) 1.4 等高线
1. TIN：是采用不规则三角形拟合地表表示DTM的技术。 TIN模型利用采样点取得的离散数据，按照优化组合的 原则，把这些离散点连接成相互连续的三角面。

不规则三角网(TIN)
1三维建模

在TIN模型中，三角面的形状和大小取决于不规则分布 的样点，或节点的位置和密度。
地形起伏变化越复杂，采样点的密度越大。地势变化平 缓，采样点的密度越小。 TIN中三角面较密集的地方，表示坡度较陡；反之，坡 度较缓。 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，其高程值可以通过线性插值的方法得到。
2.5 三维图层控制


在三维地图窗口上也可以完成简单的图层控制功能。
功能：控制图层是否可以显示、移除某一个图层、叠加 其他图层显示、三维贴图显示、更改三维颜色进行显示 等等。


1.三维贴图
在三维模型上贴位图图片（*.bmp文件），通过改变三 维模型的纹理来达到更好的显示效果。 三维贴图对于遥感图像立体像对提取的三维数据，将遥 感图像叠加在三维立体图像上，具有很好的显示效果。 贴图后的图像既可以反映地物的情况，还可以反映地物 在地形上的分布情况。

格网DEM表示示意图:
100 270 300 150 250 280 320 540 240 430 120 290 320 160 280 300 120 180 260 270


111 190 210 180 260 280 160 200 240 280
180 280 320 360 380 400 460 480 500 520 200 260 280 300 320 340 360 380 400 430 300 320 340 360 380 290 280 270 260 240 350 360 380 320 340 500 510 520 530 540



TIN的生成方法


2. TIN的生成方法：
首先取其中任一点P，在其余各点中寻找与此点 距离最近的点P2，连接P1P2构成第一边。 然后在其余所有点中寻找与这条边最近的点， 找到后即构成第一个三角形。 再以这个三角形新生成的两边为底边分别寻找 距它们最近的点构成第二个、第三个三角形，依此类推， 直到把所有的点全部连入三角网中。


不规则三角网(TIN)


3.生成TIN数据集
可将多种类型的数据生成三维TIN模型，主要是二维点、 线数据生成TIN，三维点、线数据生成TIN。


设置高程字段：
设置重采样距离：系统默认值是0.0表示不进行重采样。 设置重采样距离为50，表示每隔50米距离采一个样点 进行插值计算，这样生成的TIN就会比较疏。注意只有 在线数据集生成TIN时该参数才有效； 缩放比例：设置三维模型的高程与原始高程数据的比例， 如设置为1，表示三维模型高程与原始高程点高程数据 是1:1的关系，如果设置为2，则表示三维模型高程与原 始高程点高程数据是2:1的关系，即进行了高程数据的 拉伸。

1三维建模


3. 数字地面模型（DTM）（Digital Terrain Model)
是利用一个任意坐标场中大量选择的已知（x,y,z)的坐 标点对连续地面的一个简单的统计表示。（书P108） 数字地形模型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。 DTM就是地表单元上地形参数的集合。

2.1地形三维可视化


2. 可以三维立体显示的数据
主要对TIN、DEM数据进行三维立体显示。 (可以之际对点、线、面、栅格类型的数据三维立体显 示） 操作方式：在工作空间管理器中，右键点击DEM或TIN 数据集，弹出快捷菜单，选择【浏览三维模型】，此时 窗口中显示三维模型。

2.1地形三维可视化




4. 线数据转换为DEM数据
（1）操作方式：点击菜单项【分析】－>【栅格分析】 －>【内插表面】－>【线－>DEM】弹出的对话框中进 行参数的设置。 参数设置：设置表示高程的字段，设置垂直拉伸系数 （默认是1，不拉伸），设置图像精度即图像分辨率。

1三维建模

1.3不规则三角网（TIN，Triangulated Irregular Network)


设置光滑度：它决定了等值线的平滑程度，为1时，表 示用一段弧线来拟合等值线的拐角；为2时，表示用两 段弧线来拟合等值线的拐角，依此类推。光滑度不能为 零，值越大，弧越光滑，但花费的时间会越多。
1三维建模
1三维建模


3 . 从DEM数据集提取等值线：
（1）提取所有等值线 根据指定等高距生成所有的等值线。
2.1地形三维可视化 2.2 三维窗口基本操作


2.3 模拟洪水淹没
2.4三维渲染细节 2.5 三维图层控制 2.6 设置三维场景 2.7 城市三维可视化
2.1地形三维可视化

1. 地形三维可视化：以视觉化的形式将三维模型 表现 出来。
可以为用户提供一些二维地图数据无法直接提供的信息。 三维可视化广泛应用于医学、军事、地质、勘探等领域。 在三维GIS中，三维数据可视化可以真实地表现空间数 据、逼真地模拟仿真地理信息现实，进而可以直观地展 现用户感兴趣的数据。


1三维建模


4. 数字高程模型（DEM） ：地表单元上高程的集合。
高程模型是高程Z关于平面坐标X，Y两个自变量的连续 函数。 DEM只是高程模型的一个有限的离散表示。 高程模型最常见的表达是相对于海平面的海拔高度，或 某个参考平面的相对高度。

1三维建模


5. DTM与DEM ：
三维分析


学习目标:
2三维可视化 2.1地形三维可视化


2.2城市三维可视化
2.3三维窗口基本操作 2.4 三维旋转 2.5 模拟洪水淹没 2.6 三维渲染细节

2.7 三维图层控制
1三维建模


1.1 三维数据集
1. 三维空间数据：起伏的地形数据及离散点在某一平面 的任何属性数据。 地形数据是最为常见的三维空间数据，地形因素直接或 者间接地影响着人类自然资源管理（土地、矿产、海洋 等）、环境、规划、房产、交通、军事和综合管线管理 等多个领域。