DEM数据质量分析讲义与控制
DEM重点整理(又添加)
DEM重点整理第一章概述1. 模型：指用来表现其他事物的一个对象或概念，是按比例缩减并转变到我们能够理解的形式的事物本体。
2. 数字地面模型含义的扩展：测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而且通过储存在磁性介质中的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。
3. 数字高程模型的概念：数字高程模型简称DEM。
它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。
4. 数字高程模型的含义：DEM是DTM中最基本的部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。
5. 数字地面模型的特点：（1）易以多种形式显示地形信息；（2）精度不会损失；（3）容易实现自动化、实时化；（4）具有多比例尺特性。
6. 数字高程模型的应用范畴：见课本10页作为国家地理信息的基础数据土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计为军事目的‘军事模拟等)而进行的地表三维显示景观设计与城市规划流水线分析、可视性分析关交通路线的规划与大坝的选址不同地表的统计分析与比较生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀和经流等作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被搜盖数据等，以进行显示与分析为遥感、环境规划中的处理提供数据辅助影像解译、遥感分类将I}If}概念扩充到表示与地表相关的各种属性，如人口、交通、旅行时间等与GI5联合进行空间分析虚拟地理环境第二章数字高程模型的采样理论1.采样的理论背景：推而广之，采样定理同样适用于决定相邻剖面之间的采样间隔，从而得以获取由DEM所表示的地形表面的足够信息。
反之，如果地形剖面的采样间隔是Dx，那么波长小于2Dx的地形信息将完全损失。
2.数据采样策略：（1）沿等高线采样（2）规则格网采样（3）剖面法（4）渐进采样（5）选择性采样（6）混合采样3. 数字高程模型源数据的三大属性：数据的分布、数据密度、数据精度。
测绘技术中的DEM数据处理方法和技巧
测绘技术中的DEM数据处理方法和技巧随着科技的发展，遥感技术在测绘领域中扮演着至关重要的角色。
其中，通过数字地形模型（DEM）数据进行地理信息系统（GIS）分析成为了测绘专家们的常用方法。
DEM数据可以提供高程和地形信息，进而为地质勘探、水资源管理、土地利用规划等领域提供支持。
然而，在处理DEM数据时，我们需要注意一些方法和技巧，以确保数据的准确性和可信度。
首先，数据获取是进行DEM数据处理的第一步。
目前，DEM数据的获取主要有两种方法：高空航拍与地面测量。
高空航拍通常利用卫星或航空器获取，获取到的数据一般分为分辨率较高的全球DEM和分辨率较低但更详细的局部DEM。
地面测量则需要使用专业的测绘仪器，如全站仪或GPS设备，在地面上进行精确测量。
在数据获取时，我们需要注意选择合适的方法，以获取高质量的DEM数据。
接下来是数据处理的步骤。
首先，我们需要对采集到的数据进行预处理。
这一步骤包括数据的去噪和纠正等工作。
由于采集的DEM数据可能存在噪声和误差，我们需要使用滤波算法进行去噪处理，以剔除异常值和噪声干扰。
同时，我们还需要进行数据的纠正，比如校正大气效应和几何变形等，以提高数据的质量和准确性。
在数据预处理完成后，接着是数据分析和建模。
在DEM数据处理中，常见的分析工具有可视化分析、坡度分析、等高线提取等。
可视化分析可以将DEM数据转化为可视化的三维地形模型，以便更好地观察地形特征和变化趋势；坡度分析可计算地表的坡度情况，为土地利用规划和自然灾害预测提供数据支持；等高线提取则可以将DEM数据转化为等高线图，以呈现地形高程变化的分布情况。
通过这些分析工具，我们可以更好地理解和利用DEM数据。
此外，在DEM数据处理中，还有一些常用的技巧和方法。
例如，局部放大和缩小是一种常用的方法，可以用来更详细地观察特定区域的地形特征和变化。
同时，数据插值方法也是必不可少的技巧之一。
由于DEM数据的采样间隔可能不均匀，我们需要使用插值方法来填补数据空缺，以得到连续和平滑的DEM数据。
DEM数据组织与管理PPT精选文档
是空间数据组织和空间数据库设计的基础。
空间数据结构
是空间数据模型的表述， 是相互之间存在一种或多 种特定关系的数据元素的 集合。
2
DEM数据组织的目的是将所有相关的DEM 数据通过数据库有效地管理起来，并根据 其地理分布建立统一的空间索引，进而可 以快速调度数据库中任意范围的数据，实 现对整个研究区域DEM数据的无缝漫游。
20 0 0 0 7 7 7 7
10 0 0 0 7 7 7 7
00007777
原始栅格数据
初始位置 半径 属性值
（1， 1， 0， 4） （1， 5， 7， 4） ……
13
（4）四叉树编码结构
00000000
00000000
0
00001111
00001111
00111111 5 6
00111111
三角形表
No. V1 V2 V3 1 12 6
2 23 6
3 34 6
4
45 6
...
.........
邻接三角形表
No.
T1 T2 T3
1
2 5-
2
31 -
3
42-
4
53-
...
.........
特点：内插、检索、等高线提取方便，显示、局部结构分析方便；
存储量大、在TIN编辑中需随时维护这种关系。
第二章 DEM数据组织与管理
王丽 xuer217@
1
空间对象的建立过程
空间数据模型
从认知角度： 对象模型、网络模型、场模型
从表达方式： 矢量数据模型、镶嵌数据模型、组 合数据模型
DEM属于基于场的镶嵌数据模
是对空间对象及其关型系的描述。 是空间对象根据其与应用有关的目标需要而对空间 对象的一种提取。 是概念层次上，对空间对象的语义描述。
实景三维DEM数据生产及质量控制技术探索
创新应用地理信息世界GEOMATICS WORLD 第29卷 第3期2022年6月Vol.29 No.3June，2022实景三维ＤＥＭ数据生产及质量控制技术探索Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｒｅａｌ ３Ｄ ＤＥＭ Ｄａｔａ引文格式：何建宁，吴燕平，李冬芳，等.实景三维DEM数据生产及质量控制技术探索[J].地理信息世界,2022,29(3):43-48.何建宁１，吴燕平２，李冬芳３，成晓英１，郭兴富１1. 自然资源部 第一地理信息制图院，陕西 西安 710054；2. 自然资源部 第一航测遥感院，陕西 西安 710054；3. 自然资源部 陕西测绘产品质量监督检验站，陕西 西安 710054作者简介：何建宁（1981―），女，陕西西安人，正高级工程师，硕士，主要从事基础测绘数据生产、地理国情监测及地图制图等技术工作Ｅ－ｍａｉｌ：****************通信作者：吴燕平（1971―），女，陕西西安人，高级工程师，硕士，主要从事基础测绘数据生产、地理国情监测、地图制图、实景三维中国建设等项目管理工作Ｅ－ｍａｉｌ：*****************收稿日期：2022-01-10ＨＥ Ｊｉａｎｎｉｎｇ１，ＷＵ Ｙａｎｐｉｎｇ２，ＬＩ Ｄｏｎｇｆａｎｇ３，ＣＨＥＮＧ Ｘｉａｏｙｉｎｇ１，ＧＵＯ Ｘｉｎｇｆｕ１1. The First Institute of Geoinformation and Cartography, Ministry of Natural Resources, Xi ＇an 710054, China;2. The First Institute of Photogrammetry and Remote Sensing, Ministry of Natural Resources, Xi ＇an 710054, China;3. Shaanxi Surveying and Mapping Production Supervision and Inspection Station, Ministry of Natural Resources, Xi ＇an 710054, China【摘要】地形级DEM数据是实景三维中国建设的重要地形数据成果，也是国家新型基础设施建设的重要组成部分。
DEM的数据分析
DEM的数据分析1．实验目的1.学会在ArcViewGIS中，将一等高线contours数据转化为TIN再从TIN转换到grid和grid到TIN，以及grid、TIN分别到等高线contours 的转化。
2.并在此过程中了解数据是如何进行DEM的三角网格化的。
比较矢量数据和栅格数据在放大过程中的区别。
3.学会对数据进行坡度、坡向、阴影、面积体积计算等处理。
并通过这些综合信息对数据进行全方面综合详细的筛选。
2．实验准备工作1.一台装有ArcViewGIS软件的计算机。
2.一地区等高线contours数据。
3．实验步骤1.导入数据：打开ArcViewGIS软件，选择识别数据类型为3Danalyst Geoproserocesing Spatial。
然后打开一个View窗口，导入c盘里的contours数据。
成图如下：2.将该等高线contours数据转化为TIN数据，再从TIN转化为grid：等高线contours转化为TIN数据：激活contours数据，然后单击surface菜单栏里的相应选项如图：左上图可以清晰的看到DEM的三角网格处理过程（放大该图的一角即可清晰看到此过程）。
右上图为处理后的成果图。
从TIN转化为grid：激活刚刚做好的TIN数据，单击Theme菜单栏里的相应选项，create to grid,设置好相关属性，成图如下。
双击该主题即可弹出右下图的窗口，可以对其颜色类别等属性进行个性化编辑：3.grid到TIN，以及grid、TIN分别到等高线contours的转化：grid到TIN：激活grid主题，然后单击Theme下拉菜单栏里如下图的选项，即可实现该转换。
grid、TIN分别到等高线contours的转化：grid：激活grid主题，然后单击Theme下拉菜单栏里如下图的选项，设置等高间距为50，初始高度为默认值200，成图如右下中：左图为与原等高线数据同时显示。
TIN：同理激活TIN主题，做相应的编辑，成图：左上是右上图放大的一部分。
GIS概论7_DEM与数字地形分析
GIS概论
李伟涛 liweitao_801225@
DEM与数字地形分析
基本概念
数字高程模型、数字地形分析
DEM采集与建立 数字地形分析
基本因子分析、地形特征分析、流域分析、可视性分析
23
DEM空间插值方法—局部分块内插
局部分块内插是将地形区域按一定的方法进行分块，对每 一分块，根据其地形曲面特征单独进行曲面拟合和高程内 插。 分块方法：一般按地形结构线或规则区域分块，分块大小 取决于地形复杂一定宽度的重 叠，或者对内插曲面补充一定的连续性条件。 优点：简化了地形的曲面形态，每一分块可用不同曲面表 达，同时得到光滑连续的空间曲面。不同的分块单元可使 用不同内插函数。 常用内插函数：线性内插、双线性内插、多项式内插、样 条函数、多层曲面叠加法等。
25
DEM与数字地形分析
基本概念
数字高程模型、数字地形分析
DEM采集与建立 数字地形分析
基本因子分析、地形特征分析、流域分析、可视性分析
26
数字地形分析
一、基本因子分析
1、坡度
2、坡向
3、曲率 4、宏观地形因子
27
数字地形分析
一、基本因子分析
1、坡度
当具体进行坡度提取时，常采用简化的差分公式，完整的数学表示为：
28
数字地形分析
一、基本因子分析
2、坡向
对于地面任何一点来说，坡向表征了该点高程值改变量的最大变化方向。 在输出的坡向数据中，坡向值有如下规定：正北方向为0°，顺时针方向 计算，取值范围为0°～360°。
29
数字地形分析
一、基本因子分析
3、曲率
DEM质量检查报告
DEM质量检查报告DEM（离散元）是一种数值模拟方法，广泛应用于岩土工程、地质工程、矿山工程等领域中的质量检查与评估。
本文对DEM质量检查结果进行报告，主要从输入数据准确性、模型合理性、计算稳定性和结果有效性等方面进行分析。
首先，DEM模拟的准确性需要依赖于输入数据的精确度。
在数据采集过程中，需要保证数据的真实性和完整性。
针对岩土工程模拟，输入经验数据应通过可靠的方法获得，并通过合适的实验验证。
在模型中应准确反映材料的物理特性，如颗粒粒径分布、材料密度、摩擦角等参数。
在计算过程中，DEM方法需要依赖于适当的边界条件和初始条件。
因此，在质量检查中，需要对采集的数据进行验证，确保数据的准确性和可靠性。
其次，DEM模型的合理性对于模拟结果的准确性也至关重要。
在模型构建过程中，需要充分考虑地质工程的实际情况，选择合适的模型参数和几何形状。
同时，模型中的几何形状应与实际情况相符，如模拟边坡稳定性时，需要准确模拟边坡的坡度和坡高。
在模型中，还需要考虑岩土工程中的复杂地层情况，如岩石裂隙、土体分层等，并对其进行合理的处理。
在质量检查中，需要对DEM模型的构建过程进行审核，确保模型的合理性和适用性。
第三，DEM方法的计算稳定性对于模拟结果的可靠性至关重要。
DEM 模拟过程中涉及到大量的颗粒间的相互作用，需要对力学模型进行合理的处理。
在模拟中，需要选择合适的计算时间步长和数值积分方法，避免模拟过程中的剧烈变动。
同时，DEM模拟需要消耗大量的计算资源，如内存和运算速度，需要保证计算过程的稳定性和准确性。
在质量检查中，需要对DEM模拟计算的稳定性进行验证，确保模拟结果的可靠性。
最后，DEM模拟的结果有效性是衡量模拟质量的重要指标。
模拟结果应能准确反映实际工程的行为和变形情况。
在质量检查中，需要对模拟结果进行对比分析，与实际观测数据进行验证。
模拟结果在不同工况下的变化趋势应与实际工程情况相符。
同时，需要对模拟结果的误差和可信度进行评估。
测绘技术中的DEM数据处理方法
测绘技术中的DEM数据处理方法引言测绘技术是一门用于测量和描述地球表面特征的学科。
其中，DEM（数字高程模型）数据是构建地形模型和进行地形分析的重要基础。
本文将探讨测绘技术中常用的DEM数据处理方法，包括数据获取、处理和应用。
一、DEM数据获取DEM数据的获取主要有遥感和GPS测量两种方法。
1. 遥感方法遥感技术通过卫星、航空器或无人机获取的遥感图像，可以得到大范围的地表高程信息。
遥感影像中的像元灰度值可用于计算地表高程，从而生成DEM数据。
在遥感方法中，常用的DEM获取技术包括立体像对匹配以及影像解析度的处理。
2. GPS测量方法全球定位系统（GPS）是一种基于卫星定位的技术，可用于获取地表的三维坐标信息。
通过测量地面上的GPS控制点，可以建立参考坐标系统，并计算出DEM 数据。
GPS测量方法精度高、定位准确，适用于小范围的地形测量。
二、DEM数据处理获取到原始的DEM数据后，需要进行一系列的处理步骤，以提高数据的精度和准确性。
1. 数据清洗原始的DEM数据中可能存在各种噪声和异常值，需要进行数据清洗。
主要包括去除无效点、补充缺失数据、平滑数据等操作。
常用的方法有中值滤波、高斯滤波和插值等。
2. 数据配准将DEM数据与地理坐标系统进行配准，以确保数据与实际地貌一致。
配准包括对DEM数据进行大地坐标转换、投影变换等操作，以保证DEM数据与其他地理信息数据的一致性。
3. 数据融合不同来源的DEM数据具有不同的精度和空间分辨率，可以通过数据融合的方法将它们合并为一幅高质量的DEM数据。
数据融合方法包括加权平均法、多分辨率分析法等。
三、DEM数据应用DEM数据在测绘技术中有广泛的应用，包括地形分析、地质勘查、土地规划等方面。
1. 地形分析DEM数据可以用于构建三维地形模型，进行地形分析和地貌研究。
通过对DEM数据的分析，可以提取地形特征，如山脉、河流等，并进行地形参数计算、可视化表达等。
2. 地质勘查DEM数据在地质勘查中起到重要作用。
- 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)。
误差表示
DEM的误差
高程内插误差
原始资料的高程误差
误差分类
系统误差
跟物理方面的因素有关，也即它们可能源于摄影胶片 的温度变化或测量仪器本身。另外，测量仪器在使用前缺 乏必要的校正，或者因为观测者自身的限制(如观测立体的 敏锐度或未能进行正确的绝对定向等)，也有可能产生。
值相同的等高线，高程值不等的等高线不能相接，不能相交； 3）、相邻等高线的变化应是渐进的，并适应实地坡形变化的规律。
错误类型
1）、空间位置错误 ：错误的悬挂线、两条等高线相交和同一等高线 应该连接处未能相连
2）、赋值错误：首尾相连两条等高线高程值不等、相邻等高线高程 值突变。
等高线赋值错误图示
基于等高线图示 （1）
DEM精度的数学模型
如果某离散型随机变量X的分布规律为：P(X=xi)=pi
其中，xi为随机采样点值。对于随机变量X来说，大小与离散
程度是两个重要指标。通常用数学期望来表示随机变量的大
小，而用方差来表示随机变量的离散度。随机变量X的数学期
望E（X）定义为：
n
E(X ) xi pi i1
随机变量的方差D（X）定义为 D (X)E {[XE (X)]2} 在实际应用中，取方差的算术平均值作为离散程度的特征值。 称为X的标准差，即
A c ( D E M ) f( S ,M ,R ,A ,D s ,D n ,O ) 式中：Ac表示DEM的精度；
S表示DEM表面的特征；
M表示DEM表面建模的方法；
R表示DEM表面自身的特性（粗糙度）；
A，Ds，Dn表示DEM原始数据的三个属性（精度、 分布和密度）；
O表示其他要素。
原始数据误差处理
DEM原始数据的质量可使用原始数据 的三个属性(即精度、密度和分布)的质量来 衡身的精度。
主要方法
1、滤波法：分离数据集合中人们感兴趣的主要 信息与其余的作为随机噪声的信息。 2、基于趋势面及三维可视化的粗差检测与剔除 3、基于坡度信息的格网数据粗差检测与剔除 4、基于等高线拓扑关系的粗差检测与剔除
误差来源及误差分类
原始数据的采集误差
1）、原始资料误差：航片的误差(包含航摄的各种误差的 综合)、定向点误差；
2）、采点设备误差：测图仪的误差和计算机计算有效位数； 3）、人为误差：测标切地面的误差(采用数字影像相关时为
影像的相关误差)； 4）、坐标转换误差：相对定向和绝对定向的误差。
高程内插误差
数字高程模型精度研究以1988年为界可分为两个阶段。
从1958年数字高程模型概念提出到1988年，这个阶段对 DEM精度研究的基本特征是内插技术和数据采样策略研究。
随着地理信息系统技术的日益普及以及对空间数据质量和 精度认识的逐步提高，人们发现以前DEM精度模型并不能 给出可靠的精度预测和评价，这也表明在DEM生产和应用 领域中对误差元素的理论分析和精度模型研究，仍然是一 个比较紧迫的问题。对DEM的误差分析和精度研究也遍及 DEM的各个环节，如DEM粗差探测、 DEM质量控制、 DEM地形描述精度、 DEM误差空间分布模式、原始数据 误差和地形复杂度与DEM精度关系、 DEM误差可视化等， 提出了各中DEM精度预测公式和误差修正方法，详细研究 了DEM的误差来源和误差类型。
相邻等高线高程值之间的关系
基于等高线图示（2）
由于等高线过于密集造成的等高线不连续
DEM精度评定方法
评定方式
1、平面精度和高程精度分开评定 2、两种精度同时评定
评定途径
1、理论分析；2、试验检测；3、理论与试验相结合 共同特点：试图寻求对地表起伏复杂变化的统一量度，和 各种内插数学模型的通用表达方式，使评定方法、评定所 得的精度和某些带规律性的结论有比较普遍的理论意义。
基于趋势面及三维可视化
对于一个特定的研究区域，在三维透视图 上可疑点是否表现为粗差非常直观，很容易 据此作出正确判定。
基于坡度信息的格网数据
主要步骤
1、坡度阀值检测：检测P点周围的(八个)坡度值，判断其是 否正常，也即坡度值是否超过某一预先设定的阀值；
2、局部邻域坡度一致性检测：检查横跨P点的四对坡度差值 的绝对值，以确定是否有差值超过给定的阀值；
x D(X)
通常以３倍中误差作为偶然误差的极限值。
数字高程模型精度的影响因子
DEM精度的数学模型比地形表面本身更加复杂。因为后者只使用到X 坐标和Y坐标，前者则将用到其他许多参数变量。这些变量包括地形 表面的粗糙度，指定的内插函数和内插方法以及原始数据的精度、密 度和分布等。因此， DEM精度的数学模型可以被写成以下形式：
系统误差一般为常数，也可以互相抵消。
偶然误差
对同一目标的量测由于观测误差的存在，其测量值会 有所不同，且不表现出任何必然规律。
粗差
实质是一种错误。同随机误差和系统误差相比，它们 在测量中出现的可能性一般较小。
DEM精度的数学模型
精度是指误差分布的密集或离散程度。一 般情况下，如果随机采样点超过３０个， 我们就认为误差符合正态分布，因此可以 用统计学方法对精度进行评价。
3、远邻域坡度一致性检测：检测跨越P点周围八邻域点的每 个点的坡度差值是否超过给定的阀值。
整体效果
对起伏不平的地区它产生了过于平坦化的不良结果， 而在平坦地区它又产生了一些不自然的特征。
缺点
所有接受或拒绝一个点的既定准则都建立在绝对的意义之上。
基于等高线拓扑关系
等高线特征
1）、同一条等高线上的各个数据点高程值相等； 2）、等高线为连续的曲线，一个拓扑节点最多只能连接两条高程
精品
DEM数据质量分析与控制
数据质量分析
与控制
质量控制是DEM生产中最关键的环节之一， DEM精度的好坏事实上取决于DEM的质量控制好坏。
影响DEM精度的因素是多种多样的，其中DEM 原始数据的质量是最主要的因素.
不管采用何种测量方法，测量数据总会包含各种 各样的误差，DEM数据也不例外，这些误差从不同 方面影响了DEM原始数据的质量，而DEM原始数据 的质量又将严重影响最终DEM产品及其派生产品的 精度或保真度，因此必须予以专门的处理。