ArcGIS之数字高程模型(DEM)分析
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ARCGIS之数字高程模型（DEM）分析 上篇
GIS思维—Mapping Your World （中文版教学）
目录
1 探究数字高程模型
ArcGIS之数字高程模型（DEM）分析上篇
1.1DEM的含义与应用
介绍DEM数据百度文库含义、数学含义，DEM及TIN，以及DEM各行业应用。举例在军事中 的实际应用例子
1 探究数字高程模型
• DEM：以绝对高程和海拔表示的地形模型
• 狭义角度定义：DEM是区域地面地表面的海拔的数字化表达。这种定义将 描述的范畴集中限制在“地表”、“海拔高程”“数字化表达”内，定义 较为明确，也是人们一般能理解与接受的DEM概念。但是，随着DEM的应用 向海底、地下岩层以及某些不可见的地理现象（如等气压）的延伸，有必 要提起更为广义的定义。
• 广义角度定义：DEM是地理空间中对地理对象表面海拔的数字化表达，该 定义中描述对象不再局限于“地表面”，因而具有更大的包容性，如海底 DEM、大气等压面DEM。
数学意义上的数字高程模型是定义在二维空间上的额连续函数 H=F（X，Y）
• 当ζ为正方形格网是，这时的DEM称为 基于格网的DEM（Grid based on DEM）
• DEM 属于一种连续表面的栅格制图表达，通常参考真实的地球表面。 此类数据的精度主要取决于分辨率（采样点之间的距离）。影响精度 的其他因素包括在创建原始 DEM 时用到的数据类型（整型或浮点型） 以及表面的实际采样情况。
《DEM及其地学分析的原理和方法》 汤国安 《数字地形分析》周启鸣 《数字高程模型》李志林
5.2 DEM二维可视化
介绍DEM二维可视化中分层设色、明暗等高线、山体阴影晕渲地貌的制作，通过不同方 法来展示。综合应用：将DEM晕渲地貌与扫描图进行叠加成图。
5.3 DEM三维可视化
介绍等高线三维展示、DEM三维展示、要素拉伸突出显示。以及多例地形景观图的制作。
5.4 模拟场景飞行
通过介绍场景图片抓取以及时时记录飞行路径来生成场景漫游动画，导出视频
2 高程内插（栅格插值）
• 插值用于根据采样点值创建连续（或预测）表面。
• 访问研究区域中的每个位置以测量现象的高度、密度或量级通常会非常困 难且成本高昂。相反，您可对战略上分散的采样位置进行测量，然后可将 预测值指定给其他所有位置。输入点的间距可以是随机的或固定的，也可 以根据采样方案来确定。
2 高程内插（栅格插值）
DEM的应用
• DEM应用遍布各行业：土木、规划、测绘、遥感、军事、商业、科研、管 理、数字地球······。
• DEM 最基本的应用功能是对DEM栅格单元（TIN中为三角形顶点）的各种运 算。一般基本的功能运算主要包括：高程内插、拟合曲面内插、剖面线计 算、等高线内插、可视性分析、面积、体积计算、坡度、坡向计算、晕渲 等
2 高程内插（栅格插值）
• 最简单的插值工具是反距离权重法 (IDW) 和自然邻域法插值工具。这些 插值工具使用附近点的值和距离预估每个像元的表面值。使用反距离权重 法插值的表面的内插值是一组附近点的值的加权平均数，由于经过加权， 因此附近点的影响将大于距离较远的点的影响（即，与距离成反比）。 （牛眼）
比较在特定案例中，通过较为简单的方式检验模型插值结果的精度。
3 创建TIN
3.1创建TIN
TIN介绍，通过点、线、面的结合来创建TIN（一步建TIN），介绍创建TIN时的软硬隔 断线，介绍创建TIN时多边形的四个参数剪切、擦除、替换、值填充的应用及实现效果。
4 等高线创建、编辑、转换 41等高线创建与编辑
1.2DEM的来源与下载
介绍DEM数据的来源与下载，介绍网上常用两种格式的区别，以及分享几个DEM数据 的下载网站。最后通过实际操作演示如何在地理空间数据云上下载DEM数据及遥感影像。
2 高程内插
2.1高程插值 2.2插值模型精度检验
介绍几种常用使用插值算法，反距离权重插值（IDW），自然领域法插值，样条函数插 值、克里金插值，介绍理论以及实际操作，并对各种模型的实际适用条件及用途做说明。
介绍等高线创建的几种不同方法，以及如何使用ArcGIS只能标注实现等高线注记，以及 怎么控制等高线质量，平滑等高线等。
4.2DEM、TIN、等高线两两
转换
介绍DEM、TIN、等高线之间两两转换，6个工具分别对应，一步到位，无须间接步骤。
5 DEM三维度可视化
5.1 DEM一维可视化
介绍DEM可视化的维度，以及一维可视化中如何提取地形断面（剖面图）。
• 插值工具通常分为确定性方法和地统计方法。确定性插值方法将根据周围 测量值和用于确定所生成表面平滑度的指定数学公式将值指定给位置。
• 确定性插值方法包括：反距离权重法（inverse distance weighting， IDW）、自然邻域法、趋势面法和样条函数法。
• 地统计方法以包含自相关（测量点之间的统计关系）的统计模型为基础。 因此，地统计方法不仅具有产生预测表面的功能，而且能够对预测的确定 性或准确性提供某种度量。克里金法是一种地统计插值方法。
• 当ζ为为三角形时，这时实质上是用 互不交叉、互不重叠的连接在一起的 三角形网络逼近表面，这时的DEM称为 基于不规则三角网的DEM（Irregular Triangulated NetWork Based DEM， TIN based DEM）
1 探究数字高程模型
• 地球表面形状的最常见数字化数据便是基于像元的数字高程模型 (DEM)。该数据可用作量化地表特征的输入。
假设已知高射炮的类型和型号，您可以填入表示武 器有效距离的要素属性。在此特例中，小型炮的有 效射程为 3000 米（配备雷达）和 2000 米（未配 备雷达），从而总射程分别为 6000 米和 4000 米
DEM的获取
• 地形图 • 航空、遥感影像 • 野外测量 • 既有DEM数据 • SRTM和ASTER-gdem • DEM数据下载网站： • 地理空间数据云、NASA数据中心、日本地球遥感观测数据分析中心 • https: //wist.echo.nasa.gov/~wist/api/imswelcome/ • http：www.gdem.aster.ersdac.or.jp/ • http://srtm.csi.cgiar.org/index.asp
GIS思维—Mapping Your World （中文版教学）
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1 探究数字高程模型
ArcGIS之数字高程模型（DEM）分析上篇
1.1DEM的含义与应用
介绍DEM数据百度文库含义、数学含义，DEM及TIN，以及DEM各行业应用。举例在军事中 的实际应用例子
1 探究数字高程模型
• DEM：以绝对高程和海拔表示的地形模型
• 狭义角度定义：DEM是区域地面地表面的海拔的数字化表达。这种定义将 描述的范畴集中限制在“地表”、“海拔高程”“数字化表达”内，定义 较为明确，也是人们一般能理解与接受的DEM概念。但是，随着DEM的应用 向海底、地下岩层以及某些不可见的地理现象（如等气压）的延伸，有必 要提起更为广义的定义。
• 广义角度定义：DEM是地理空间中对地理对象表面海拔的数字化表达，该 定义中描述对象不再局限于“地表面”，因而具有更大的包容性，如海底 DEM、大气等压面DEM。
数学意义上的数字高程模型是定义在二维空间上的额连续函数 H=F（X，Y）
• 当ζ为正方形格网是，这时的DEM称为 基于格网的DEM（Grid based on DEM）
• DEM 属于一种连续表面的栅格制图表达，通常参考真实的地球表面。 此类数据的精度主要取决于分辨率（采样点之间的距离）。影响精度 的其他因素包括在创建原始 DEM 时用到的数据类型（整型或浮点型） 以及表面的实际采样情况。
《DEM及其地学分析的原理和方法》 汤国安 《数字地形分析》周启鸣 《数字高程模型》李志林
5.2 DEM二维可视化
介绍DEM二维可视化中分层设色、明暗等高线、山体阴影晕渲地貌的制作，通过不同方 法来展示。综合应用：将DEM晕渲地貌与扫描图进行叠加成图。
5.3 DEM三维可视化
介绍等高线三维展示、DEM三维展示、要素拉伸突出显示。以及多例地形景观图的制作。
5.4 模拟场景飞行
通过介绍场景图片抓取以及时时记录飞行路径来生成场景漫游动画，导出视频
2 高程内插（栅格插值）
• 插值用于根据采样点值创建连续（或预测）表面。
• 访问研究区域中的每个位置以测量现象的高度、密度或量级通常会非常困 难且成本高昂。相反，您可对战略上分散的采样位置进行测量，然后可将 预测值指定给其他所有位置。输入点的间距可以是随机的或固定的，也可 以根据采样方案来确定。
2 高程内插（栅格插值）
DEM的应用
• DEM应用遍布各行业：土木、规划、测绘、遥感、军事、商业、科研、管 理、数字地球······。
• DEM 最基本的应用功能是对DEM栅格单元（TIN中为三角形顶点）的各种运 算。一般基本的功能运算主要包括：高程内插、拟合曲面内插、剖面线计 算、等高线内插、可视性分析、面积、体积计算、坡度、坡向计算、晕渲 等
2 高程内插（栅格插值）
• 最简单的插值工具是反距离权重法 (IDW) 和自然邻域法插值工具。这些 插值工具使用附近点的值和距离预估每个像元的表面值。使用反距离权重 法插值的表面的内插值是一组附近点的值的加权平均数，由于经过加权， 因此附近点的影响将大于距离较远的点的影响（即，与距离成反比）。 （牛眼）
比较在特定案例中，通过较为简单的方式检验模型插值结果的精度。
3 创建TIN
3.1创建TIN
TIN介绍，通过点、线、面的结合来创建TIN（一步建TIN），介绍创建TIN时的软硬隔 断线，介绍创建TIN时多边形的四个参数剪切、擦除、替换、值填充的应用及实现效果。
4 等高线创建、编辑、转换 41等高线创建与编辑
1.2DEM的来源与下载
介绍DEM数据的来源与下载，介绍网上常用两种格式的区别，以及分享几个DEM数据 的下载网站。最后通过实际操作演示如何在地理空间数据云上下载DEM数据及遥感影像。
2 高程内插
2.1高程插值 2.2插值模型精度检验
介绍几种常用使用插值算法，反距离权重插值（IDW），自然领域法插值，样条函数插 值、克里金插值，介绍理论以及实际操作，并对各种模型的实际适用条件及用途做说明。
介绍等高线创建的几种不同方法，以及如何使用ArcGIS只能标注实现等高线注记，以及 怎么控制等高线质量，平滑等高线等。
4.2DEM、TIN、等高线两两
转换
介绍DEM、TIN、等高线之间两两转换，6个工具分别对应，一步到位，无须间接步骤。
5 DEM三维度可视化
5.1 DEM一维可视化
介绍DEM可视化的维度，以及一维可视化中如何提取地形断面（剖面图）。
• 插值工具通常分为确定性方法和地统计方法。确定性插值方法将根据周围 测量值和用于确定所生成表面平滑度的指定数学公式将值指定给位置。
• 确定性插值方法包括：反距离权重法（inverse distance weighting， IDW）、自然邻域法、趋势面法和样条函数法。
• 地统计方法以包含自相关（测量点之间的统计关系）的统计模型为基础。 因此，地统计方法不仅具有产生预测表面的功能，而且能够对预测的确定 性或准确性提供某种度量。克里金法是一种地统计插值方法。
• 当ζ为为三角形时，这时实质上是用 互不交叉、互不重叠的连接在一起的 三角形网络逼近表面，这时的DEM称为 基于不规则三角网的DEM（Irregular Triangulated NetWork Based DEM， TIN based DEM）
1 探究数字高程模型
• 地球表面形状的最常见数字化数据便是基于像元的数字高程模型 (DEM)。该数据可用作量化地表特征的输入。
假设已知高射炮的类型和型号，您可以填入表示武 器有效距离的要素属性。在此特例中，小型炮的有 效射程为 3000 米（配备雷达）和 2000 米（未配 备雷达），从而总射程分别为 6000 米和 4000 米
DEM的获取
• 地形图 • 航空、遥感影像 • 野外测量 • 既有DEM数据 • SRTM和ASTER-gdem • DEM数据下载网站： • 地理空间数据云、NASA数据中心、日本地球遥感观测数据分析中心 • https: //wist.echo.nasa.gov/~wist/api/imswelcome/ • http：www.gdem.aster.ersdac.or.jp/ • http://srtm.csi.cgiar.org/index.asp