数字高程模型_DEM_的构建及其应用
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)
DEM数字高程模型
概述：DEM旳点模式表达
高程矩阵(规则矩形格网)，与栅格地图相同。 ●表达措施：将区域划提成网格，统计每个网格旳 高程； ●线模型到高程矩阵旳转换。 ◆优点：计算机处理以栅格为基础旳矩阵很以便， 使高程矩阵成为最常见旳DEM； ◆缺陷：在平坦地域出现大量数据冗余；若不变化 格网大小，就不能适应不同旳地形条件；在视线计 算中过分依赖格网轴线。
概述：建立DEM旳目旳
1）作为国家地理信息旳基础数据； 2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计； 3）为军事目旳而进行旳三维显示； 4）景观设计与城市规划； 5）流水线分析、可视性分析； 6）交通路线旳规划与大坝选址； 7）不同地表旳统计分析与比较； 8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等； 9）作为背景叠加多种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以 进行显示与分析； 10）与GIS联合进行空间分析； 11）虚拟现实(Virtual Reality)； 另外，从DEM还能派生下列主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等 坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图 等。
等高线插值法
三、DEM旳应用
概述应用： 1、三维景观 2、数码城市和虚拟现实 3、DEM在工程上旳应用 应用算法： 1、基于DEM旳信息提取 2、等高线旳绘制 3、基于DEM旳可视化分析
三维景观
数码城市和虚拟现实
City Model
Attribute RDB
DOM
DEM
DLG
数码深圳
3D 建筑
空间插值措施转换成点模式格式数据。
DEM旳生成
措施： 1、人工格网法 2、三角网法 3、立体像对法 4、曲面拟正当 5、等值线插值法
人工格网法
如何处理地形图中的等高线数据
如何处理地形图中的等高线数据地形图是描绘地球表面地形特征的图形表现方式之一。
而等高线数据则是地形图中的重要组成部分。
等高线是指连接相同高度点的曲线，它们反映了地形在垂直方向上的变化。
处理地形图中的等高线数据是地图学、地理学和地质学领域的重要课题，具有广泛的应用价值。
本文将介绍一些常见的处理等高线数据的方法和技巧。
1. 传统的等高线数据处理方法传统的等高线数据处理方法主要包括手工绘制、数字化绘制和计算机处理等。
手工绘制需要高度技术要求和丰富的地理知识，而且效率低下。
数字化绘制则使用专业绘图仪器将地形图上的等高线进行逐一测量和记录，然后输入计算机进行数据处理。
这种方法虽然比手工绘制更快速，但依然存在一定的局限性。
计算机处理方法则广泛运用于当前的地图制作和地理信息系统中，可以对大规模的等高线数据进行自动处理和分析。
2. 数字高程模型（DEM）的应用数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是通过一定的数学算法将地形图上的等高线数据转化为数字化的高程数据。
DEM可以提供更精确、更全面的地形信息，用于分析地势起伏、坡度和坡向等地形特征。
DEM数据可以通过航空摄影、卫星遥感或LIDAR技术获取，具有较高的精度和空间分辨率。
3. 等高线数据的分析与应用处理等高线数据的目的是为了更好地理解和利用地形信息。
在地图学领域，等高线数据可以用于绘制等高线图，帮助人们直观地了解地形起伏和地貌特征。
在地理学和地质学领域，等高线数据可以用于分析和研究地形演化、地质构造和地下水资源等方面的问题。
此外，等高线数据还可以应用于灾害预防和土地利用规划等工作中，提供决策支持和风险评估。
4. 等高线数据的平滑处理由于地形的复杂性和测量误差的存在，等高线数据经常存在噪声和不连续的问题。
针对这些问题，可以采用平滑处理方法对等高线数据进行修正和优化。
常见的平滑处理方法有滑动平均、高斯平滑和曲线拟合等。
平滑处理可以提高数据的可视化效果和分析准确性，但需要注意不能过度平滑，以免丢失地形信息。
数字高程模型_DEM_在黄土高原研究中的应用与展望_李发源
数字高程模型（ＤＥＭ） 在黄土高原研究中的应用与展望＊ 李发源 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 成都 ６１００４１ 南京师范大学地理科学学院 南京 ２１００９７ 摘要：作为地理信息系统（ＧＩＳ）空间数据库中最重要的组成部分之一，ＤＥＭ已在地学空间三维模型构建与地学空间分析中得到广泛的应用。
但是， ＤＥＭ不仅仅是单纯的地形数据库，更应作为一种地学分析的新方法。
ＤＥＭ分析方法的引入，给黄土高原研究带来了新的理念和思路。
如基于ＤＥＭ的黄土高原流域特征地貌的提取及分析、土壤侵蚀模型的校正等都取得了很好的效果，同时，产生了一些新的概念，如黄土高原地面坡谱等。
初步研究表明，坡谱是利用微观地形指标来反映宏观地形特征的有效方法，对它的研究旨在探索黄土高原地貌研究的新方法，也是为解决地理学界长期争论不休的基本自然地理单元的尺度问题的一次尝试。
关键词：数字高程模型 黄土高原 应用 地面坡谱 Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ＧＩＳ ｓｐａｔｉａｌ ｄａｔａｂａｓｅ， ＤＥＭ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｌｄｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｇｅｏ－ｓｐａｔｉａｌ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｇｅｏ－ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｎｏｗ ｉｔ ｉｓ ｒｅｇａｒｄｅｄ ｔｈａｔ ＤＥＭ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｐａｔｉａｌ ｄａｔａｂａｓｅ， ｂｕｔ ａ ｎｅｗ ｋｉｎｄ ｏｆ ｇｅｏ－ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ． ＤＥＭ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔａｋｅｓ ｎｅｗ ｉｄｅａｓ ａｎｄ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｏｆ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ， ｉｔ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｈａｔ ＤＥＭ ｂａｓｅｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ， ａｎｄ ｒｅｖｉｓｉｎｇ ｏｆ ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ， ｗｈｉｌｓｔ， ｔｈｅ ｎｅｗ ｃｏｎｃｅｐｔ ｓｌｏｐｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｐｒｉｍａｒｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｓｌｏｐｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｍｉｃｒｏｃｏｓｍｉｃ ｔｅｒｒａｉｎ ｉｎｄｅｘ ｔｏ ｒｅｆｌｅｃｔ ｇｒａｎｔ ｔｅｒｒａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒ． Ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ａ ｎｅｗ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｉｎ ｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｂａｓｉｃ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ｕｎｉｔ ｔｈａｔ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｏｒ ａ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＤＥＭ；ＤＥＭ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ ａｐｐｌｙｉｎｇ Ｓｌｏｐｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ １． 前言 数字高程模型（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｓ，ＤＥＭ）是地球自然表面的数字表示，是地理信息系统地理数据库中最为重要的空间信息资料和赖以进行地形分析的核心数据系统。
ArcGIS之数字高程模型(DEM)分析
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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）
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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）
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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）
所有点的自然邻域都与邻近 Voronoi（泰森）多边形相关。最初， Voronoi 图由所有指定点构造而成，并由橄榄色的多边形表示。然后会在 插值点（红星）周围创建米色的新 Voronoi 多边形。这个新的多边形与 原始多边形之间的重叠比例将用作权重。
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2 高程内插（栅格插值）
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除了将使用 Delauney 三角测量识别和加权用于插值各像元表面值的数据 点（与在 TIN 中一样），自然邻域法插值与反距离权重法插值相同。与 其他插值方法相比，自然邻域法插值能够可靠地处理更大的数据集。（左： 自然邻域发法，右：IDW插值法）
•
•
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4 等高（值）线创建与编辑
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控制等值质量：
所创建等值线的轮廓可能会呈方形或不均匀，看起来犹如沿着栅格像元的 边界。出现这种情况可能是因为各栅格的值为整数且恰好落在等值线上。 这并不是个问题，该等值线不过是原样呈现数据而已。 如果希望等值线更平滑，可行的方法包括对源数据进行平滑处理或调整起 始等值线。1000 1000.001 等值线注记：
3 创建TIN
•
用于表面建模的 TIN 应使用投影坐标系构造。不建议使用地理坐标系， 因为当以角度单位表达 XY 坐标时无法确保 Delaunay 三角测量，并且基 于距离的计算（如坡度、体积和视线分析），可能会产生令人误解或不正 确的结果。 从多种矢量数据源，可以是点、线、面要素 一种或几 种组合
dem的生成与应用原理
DEM的生成与应用原理1. DEM的概述DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）是由地面数字图像计算出的地理高程数据。
它通过数学模型和计算机算法将地面表面上的高程信息以数字化的形式表示出来。
DEM非常重要，它可以应用在地形分析、流域模拟、地质勘探等领域。
2. DEM的生成方法以下是一些常见的DEM生成方法：2.1 光学遥感技术光学遥感技术利用卫星或航空器上的传感器获取地面的图像数据，然后通过数字影像处理算法提取出地表的高程信息。
2.2 激光雷达遥感技术激光雷达遥感技术是一种利用激光束测量地面高程的技术。
激光雷达器发射激光束，然后接收反射回来的激光束，通过计算激光束的飞行时间来推算地面的高程。
2.3 雷达遥感技术雷达遥感技术通过发射微波信号，接收回波，并通过信号处理来得到地面的高程信息。
2.4 GPS测量技术GPS测量技术利用全球定位系统（GPS）接收卫星信号并计算接收机位置，通过多个接收机之间的位置差异来推算地面高程。
3. DEM的应用DEM在地理信息系统（GIS）和地形分析中有广泛的应用。
以下是DEM的一些主要应用：3.1 地形分析DEM可以用来进行地形分析，包括地形剖面、坡度分析、坡向分析等。
这些分析可以帮助我们了解地面的地形特征，例如山脉、河流、凹陷区等。
3.2 流域模拟DEM可以用于模拟流域的水文过程，例如降雨径流模拟、洪水模拟等。
通过将DEM与气象数据和水文模型结合，可以分析流域的水文特征，预测洪水的产生和演变。
3.3 地质勘探DEM可以用于地质勘探，帮助判断地形特征与地质结构的关系。
通过分析DEM数据，可以找到可能的矿产资源区域、断层区域等。
3.4 地图制作DEM在地图制作中也起到了重要的作用。
由于DEM提供了地面高程信息，可以用来生成等高线图、三维地形模型等。
3.5 地貌研究DEM可以帮助地貌学家研究各种地貌现象，例如：山地地貌、河流地貌、冰川地貌等。
dem应用案例
dem应用案例DEM（数字高程模型）是一种基于数字技术生成的地形模型，它利用地理空间数据进行三维可视化，可以提供三维网格数据、数字图像以及地形功能分析。
DEM应用案例多种多样，以下就几个比较典型的案例进行介绍。
一、DEM在土地利用规划中的应用中国自然资源部、国土资源部共同发布的土地利用现状分类标准中，要求使用降尺度方法将Landsat TM遥感影像数据制作成1:10万或更小比例尺的土地利用现状数据和土地覆盖数据，而DEM便是实现此任务的重要工具之一。
DEM可用于生成坡度、坡向、高程、流域等空间分析用的参数，而这些数据的加入有助于土地利用规划的有效实现。
DEM在土地利用规划中的应用，能够实现可视化的、多维度的数据展示，使规划人员在规划过程中更好的把握地形、水力等信息，拓展规划的视野。
二、DEM在城市规划中的应用DEM可以较为清晰的反映城市地面地形的真实情况。
地形地貌是影响城市规划的重要要素之一，采用DEM计算高程、坡度、水路网络、土地利用等数据，可对城市规划、道路规划、变电站选址等工作提供科学的数据支撑。
DEM在城市规划中的应用，亦可辅助城市市政工程的调查及设计。
比如，在提升城市道路的排水能力时，创建DEM的高程数据、坡度数据，可为相关工程提供高效准确的参考。
三、DEM在农业生态方面的应用DEM可结合其他生态地理信息系统，利用空间分析技术，分析土地的适宜程度，提高耕地的利用效率。
农业生态信息系统的生成过程中，可通过DEM生成数字高程模型，根据高程地形、坡度、坡向、景观指数及生态因素、气象因素等，模拟群落/植被生态系统等生态过程，为农业生态平衡提供有力支持。
因此，DEM在农业生态方面的应用不仅可以确保水土保持、防止水土流失，减轻农作物的生育过程；同时可以在节约资源的基础上使整个饲养产业生态化和科学化。
总之，DEM具有广泛的应用领域，它能够帮助相关领域的研究人员有效地探索数据之间的关系，并进行更准确的预测。
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。
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数字高程模型(DEM)的构建及其应用张瑞军,杨武年,刘汉湖,曾 涛(成都理工大学遥感与GIS 研究所,成都 610059)摘要:数字高程模型(DE M)是一定区域范围内规则格网点的平面坐标及其高程的数据集或者是经、纬度和海拔高度的数据集。
DEM 用途广泛,数字地球、数字城市、数字区调等工作以及虚拟现实三维可视化都需要高精度的DEM 支撑。
本文分析了DE M 的构建方法及利用地形图生成的DEM 的技术路线和数据转换的问题,论述了DE M 在数字区调中的应用,实践证明,该技术在一定程度上解决了高原区调面临的难题,为地质工作提供了一种新途径。
关键词:数字高程模型;DE M;数据转换中图分类号:P216文献标识码:BAbstract :DE M (Digital Elevation Model)is a data set of plane c oordinate or longitude,latitude,and elevation of the regular square grid points in some region.It is applied widely,Digital Earth,Digital City,Digital Regional Geological Survey and 3D virtual ima ges are all based on high precision DE M.This paper analyses the construc tional methods of DE M,the key technology and conversion of data of distilling DE M iwth relief map,and discusses its application in Digital Geological Survey.It is proved that this technique can resolve the difference in Altiplano Regional Geological Survey and give a ne w method for geological work.Key words :Digital Elevation Model;DE M;conversion of data 收稿日期:2004-12-20;修订日期:2005-07-10作者简介:张瑞军(1980-),男(汉族),山西太原人,硕士.1 引言随着计算机信息技术的发展,模拟地图(纸质地图)无法满足工程中自动化设计的要求,制约了地图制图自动化和3S 技术应用进程。
DE M 是3S (GIS,GPS,RS)技术应用成果的主要产品之一。
高精度的DE M 不仅可以非常直观的展示一个地区的地形、地貌,而且也为各种地形特征的定量分析和不同类型专题图的自动绘制提供了基本数据[1]。
DE M (Digital Elevation Model)是/4D 0(/4D 0指数字高程模型DE M 、数字正射影像DOM 、数字栅格地图DRG 和数组线划地图DLG)产品的一种。
它是一定区域范围内规则格网点的平面坐标(X,Y)及其高程(Z)的数据集或者是经度K 、纬度5和海拔h 的数据集。
该数据集从数学上描述了区域地貌形态的空间分布,通过计算机,采用一定的算法,能很方便地将DEM 数据转换为等高线图、坡度图、断面图、晕渲图以及与数字正射影像(DOM)复合形成景观图等各种专题图产品;或者按用户需求计算出体积、空间距离、表面覆盖面积等工程数据和统计数据[2]。
由DEM 还可进一步产生坡度、坡向、沟谷、山脊、地表粗糙度等10多个地形要素,构成数字地面模型(DTM)数据。
利用这些地表信息与植被、土壤、人文要素的相关性,建立不同的地学应用模型。
2 DE M 的生产方式构建DE M 的方式众多,各有其特点。
实践表明,¹野外实测得到离散地面点数据直接构建TI N,建立DE M,采集的数据点密度是影响精度的关键:密度小,不能如实反映地形,密度大,不但增加工作量,而且效率不高,不适合大规模生产。
º利用地形图数字化(等高线矢量化插值)提取DEM 是常用的方法之一。
不同的精度要求可选用不同比例尺的地形图来满足,而且它主要工作量集中在等高线的矢量化上,其较高的生产效率、现有设备的可用性及技术上易操作的特性使得许多单位目前还都选择其作为生产DEM 的主要方法。
»采用数字射影测量法利用航摄立体像对构建的DE M 空间分辨率(精度)主要取决于航片比例尺的大小:比例尺小,不能反映地形的细微差异,比例尺大,对小区域作业而言,成本又相对较高,因此可根据作业单位实际生产能力和任务进行选择。
¼采用数字射影测量法利用卫星图像立体像对构建的DE M 空间分辨率主要受图像比例尺的影响,卫星图像覆盖面积较大,更适用于大面积获取DE M,与航摄相比,成本较低。
½利用合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)获取DE M,具有全天候观测、穿透力强等优点,特别适用于常年积雪区,植被严重覆盖区的DE M 提取。
InSAR 的应用,弥补了光学遥感技术的许多不足。
表1是目前构建DE M 的几种主要方式的比较。
DEM 生产方式的比较表1编号方法精度及优势效率和成本¹野外实测得到离散地面点数据直接构建TIN,建立DEM精度取决于采点密度,适合建立小范围大比便尺区域的DEM效率低,成本较高º利用地形图数字化(等高线矢量化插值)提取DEM精度取决于地形图比例尺,方法较简便效率较高,成本较低»采用数字摄影测量法利用航摄立体像对建立D EM 精度取决于航片比例尺的大小效率较高,成本较高¼采用数字摄影测量法利用卫星图像立体像对(如SPO T 图像等)建立D EM精度较高,可大面积获取DEM效率较高,成本较低½利用合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)获取DEM精度较高,尤其适用于常年积雪区、植被严重覆盖区的DEM 提取效率较高,成本较高相比而言,利用现有地形图生成DEM,方法简便,成本较低,对大多数用户来讲,应该是首选的方法之一。
限于篇幅,以下主要介绍这种方法的技术路线及其特点。
3 基于现有地形图的DEM 构建311 地形图矢量化基于现有地形图的质量和等高线的密集程度,以分辨率300~400dpi,用扫描仪扫描成栅格图,以.TIF 等格式存储在计算机中。
.TIF格式的地形图在矢量化之前必须进行几何精校正,避免产生数字化的结果与原有地形图位置不相重合的问题。
矢量化的过程一般是以栅格图为底图,用矢量化软件对底图上的等高线及控制点、地形点等要素进行矢量化和定位。
对等高线密集的区域可以采用简化等高线的方式进行矢量化,即只勾绘能够反映地形变化的计曲线或者每隔数条矢量化一条等高线。
如果地形复杂,要考虑冲沟、陡坎等地形特征和房屋、桥梁等地形点,将冲沟、陡坎处的等高线顺连,矢量化后结合原有地形图对数字化结果赋正确属性值(主要是高程信息)。
笔者使用MapGI S6.2软件的/输入编辑0功能对经过配准的地形图矢量化,然后赋正确的高程属性,保存为软件默认的.wl 线文件。
312 格式的转换考虑到建模区域的复杂程度,及模型精度,笔者选择美国Golden 软件公司在Windows 环境下开发的、主要用于绘制等值线图和相应三维图形的地理数据绘图软件SURFER 来构建DEM 。
但是,SURFE R 软件读取的常用格式为ASCII Data(.dar),而MapGIS 则是矢量化线文件(.wl),因此,如何将MapGI S 的.wl 文件转换成ASCII 码的.dat 成为构建DE M 的关键。
M apGIS 线文件.wlGIS 数据方式输出DXFCAD 可读的.dxfARCVIEW 编辑变换ArcVIEW 的.shpArc Toolbox 格式转换工具ArcGIS 的line coverageDRDAS IMAGINE 三维数据导出SURPER 可读的.dat图1 数据格式转换流程图如图1所示,将MapGIS 矢量化线文件按照/GIS 数据方式输出DXF 0输出;利用Arc VIEW 的扩展模块Cad Reader 读取1DXF 文件,转换成Shapefile;接着利用Arc Toolbox 工具把.shp 文件转换成Coverage 类型,这里的Coverage 文件是line coverage;最后用ERDAS I MAGI NE 的三维地形表面模块读取line coverage 文件,把线最终转换成离散点,导出SURFER 可读取的.dar 数据文件。
313 DE M 的构建DE M 有多种表示形式,主要包括规则格网DE M和不规则三角网DE M。
所谓规则格网(Regular Square Grid,RSG)DEM,是利用一系列在X、Y方向上都按等间隔排列的地形点的高程值Z表示地形,形成一个矩阵格网DE M。
而不规则三角网(triangulated irregular network,TI N)DE M,是按一定的规则将离散点连接成覆盖整个区域且互不重叠、结构最佳的三角形,实际上是建立离散点之间的空间关系[3]。
表2是这两种主要表示形式优缺点的比较。
DE M两种主要表示形式优缺点的比较表2不规则三角网(TIN)规则格网(R SG)优点克服数据冗余;具有可变分辨率;较好的表示复杂地形数据结构简单;计算简单;存储量小,便于管理;复杂地形反映清晰缺点数据结果复杂;算法复杂;计算时间长;管理困难不能精确表示地形复杂程度;地形起伏较大区域存在数据冗余比较构建DE M的两种主要方式的优缺点,结合SURFER软件本身的特性,笔者选择规则格网DE M。
虽然规则格网DE M表示复杂地形时,数据量大,但可以进行压缩,而且易于管理。
SURFER软件生成DE M的过程,其实也是插值和格式转换的结合。
笔者选择克里金(Kriging)插值法,它首先考虑的是空间属性在空间位置上的变异分布,确定对一个待插点有影响的距离范围,然后用此范围内的采样点来估计待插点的属性值。
该方法是数学上可对所研究的对象提供一种最佳线性无偏估计(某点处的确定值)的方法[4]。
对于格网数的设置视建模区域情况和模型精度而定,如果设置过大,不但会有海量数据,而且计算时间长,同时对计算机硬件要求也较高;数据量过小,又不能表示出复杂区域的地形差异,因此度的把握首应考虑。
4DE M精度评定DE M的精度是指数字高程模型(DE M)与实际地形表面的逼近程度。
DEM表面上点的误差是数字地面建模过程中所传播的各种误差的综合,它主要受以下几个因素的影响:地形表面特征、DE M原始数据的密度、分布等属性、DE M表面建模的方法、DE M表面自身的特性[5]。