基于DEM数据的三维地形地貌
数字高程模型（DEM）——知识汇总
数字高程模型（DEM）——知识汇总一、数字高程的定义数字高程模型（Digital Elevation Model,简称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学表达。
DEM表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的形式描述为：式中,X i,Y i是平面坐标，Z i是（X i ,Y i）对应的高程。
二、数字高程的特点1）表达的多样性，容易以多种形式显示地形信息。
2）精度的恒定，常规地图对着时间的推移，图纸将会变形，而DEM采用数字媒介，能够保持精度不变。
3）更新的实时性，容易实现自动化，实时化。
4）具有多比例尺特性。
三、数字地面模型（DTM）、数字高程模型（DEM）和数字地形模型（DGM）的区别表 1 三者的区别与联系四、数字高程数据1. 来源：DEM数据包括平面和高程两种信息，常用的数据来源有：影像，现有的地形图，地球本身，其他数据源。
2. 数字高程数据类型1) 分辨率①. 10米DEM数据全国10米数字高程模型数据，为栅格图像数据，图像分辨率为10米，数学基础采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）及Albers投影。
数据像素值记录了点位高程。
高程值计量单位为米。
②. 12.5米DEM数据12.5米DEM数据是由ALOS的PALSAR传感器采集。
该传感器具有高分辨率、扫描式合成孔径雷达、极化三种观测模式。
该数据水平及垂直精度可达12米。
ALOS（Advanced Land Observing Satellite）卫星于2006年1月24日由日本发射升空，载有3个传感器：全色测绘体例测绘仪（PRISM），主要用于数字高程测绘；先进可见光与近红外辐射计-2（AVNIR-2），用于精确陆地观测；相控阵型L波段合成孔径雷达（PALSAR），用于全天时全天候陆地观测。
③. 不同分辨率下的晕渲图对比10m分辨率数据12.5m分辨率数据来源： databox.store/product/Details/344图1 不同分辨率下的晕渲图2) 遥感测量方法a) SRTM数据SRTM（Shuttle Radar Topography Mission），由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。
dem数据的主要应用及原理
DEM数据的主要应用及原理1. 什么是DEM数据DEM（Digital Elevation Model）是数字高程模型的缩写，指代地理信息系统中描述地球或其他天体表面的数字化表达方式。
DEM数据常用于地形分析、地貌模拟、山脉建模等应用。
DEM数据以栅格形式表示，每个栅格单元都有一个高度值，表示该点的地面高度或海底深度。
2. DEM数据的主要应用2.1 地形分析DEM数据在地形分析中起到了至关重要的作用。
通过DEM数据，可以计算地表坡度、坡向、流域分析等。
这些分析结果对于土地利用规划、水文模拟、自然灾害评估等工作具有重要的参考价值。
2.2 地形模拟DEM数据能够用于地形建模和地貌模拟。
通过DEM数据，可以生成真实的三维地形模型，用于景观设计、视觉效果展示等领域。
2.3 自然资源管理DEM数据可用于自然资源管理。
通过分析DEM数据，可以确定适宜农业、林业、牧业等利用的地区，优化资源配置。
此外，DEM数据也可用于分析地下水资源分布和流向，指导水资源利用规划和管理。
2.4 地理信息系统应用DEM数据是地理信息系统中的重要数据源之一。
在地理信息系统应用中，DEM数据常用于地形分析、可视化、导航、地图制作等领域。
3. DEM数据的获取原理DEM数据的获取方法多种多样，常见的包括： - 3.1 传统测量方法传统测量方法是通过实地测量手段来获取地面海拔高度数据。
这些方法包括全站仪、测量仪器等。
• 3.2 遥感技术遥感技术是通过遥感卫星或飞机等载体，利用传感器对地球表面进行观测，并获取DEM数据。
遥感技术可以快速获取大范围的高程数据，对于地形分析和地形模拟具有重要的作用。
• 3.3 激光雷达技术激光雷达技术利用激光束对地表进行扫描和测量，获取地面高程数据。
这种技术具有高精度、高分辨率的特点，广泛应用于城市建设、交通规划、防灾减灾等领域。
• 3.4 其他方法除了上述方法，还有一些其他方法可以用于获取DEM 数据，如GPS测量、高程插值算法等。
基于DEM的土地利用类型与地形因子关系研究——以重庆市永川朱龙花等6村为例
基于 Ｄ Ｅ Ｍ的土地利用类型与地形因子关系研究
以重 庆 市 永 川 朱龙 花等 ６村 为 例
罗 明 பைடு நூலகம்， 罗 静， 王佑 汉
（ 西 华 师 范 大学 国土 资 源学 院 ， 四川 南 充 ６ ３ ７ ０ ０ ９ ）
摘要 ： 以重 庆市 永 川 区 陈食 街 道 朱 龙 花 等 ６村 为 例 ， 基 于 全 国 二 次 调 查 土 地 利 用 现 状 图 和 数 字 高程 模 型 （ Ｄ Ｅ Ｍ） ， 在Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ ９ ． ３ 平 台支 持 下 ， 进行 了 ３ ０ ｍ ｘ ３ ０ ｍ栅 格 单 元 的土 地 利 用 与 地 形 因子 关 系研 究 ， 探 讨 了 重 庆 市 永 川 土 地 利 用 特 征 。结 果 表 明 ， 海 拔高度 、 坡 度 和 坡 向与 土 地 利 用 类 型 的综 合 分 析 有 助 于 从 定 量 剖 析 土 地 利 用 空 间 分 布 特 征 ； 朱 龙 花 等 ６村 海 拔 、 坡 度 及 坡 向 均 值 分 别 为 ３ ４ ５ ｍ、 １ ７ ． ２ ８ 。 和２ ７ １ ． ２ ５ 。 （ 西坡） ； 采用高程分带 、 坡 度 分 级 及 坡 向分 类 的方 法 能 直 观 展 示 土 地 利 用 格 局 特 征 。耕 地 （ 水 田及 旱 地 ） 主要 分布在低海拔的平原和丘陵上 ， 阳坡面积 大于 阴坡 ， 水 田尤 为 突 出 。 园 地 和林 地 主 要 分 布 在 海 拔 低 于 ４ ０ ０ ｍ的丘 陵上 ， 坡 度 小 于 １ ５ 。 ， 西坡 和 西 北坡 分 布 最 多 ； 草地主要分布在海拔 ２ ０ ０ －５ ０ ０ ｍ的 平 原 和 丘 陵 上 ， 坡度小 于 ２ ５ 。 ， 各 坡 向均 有 少 量 分 布 ； 水域 、 水 利 建 设 用地 、 城镇村及工矿用地分布格局类似 ， 主要分布在 ３ ０ ０ －４ ０ ０ ｍ的丘陵上 ， 坡度小 于 ６ 。 ， 东坡 、 东南坡 分布较 多 ； 其 他 土 地 分 布 在 海 拔低于 ５ ０ ０ ｍ， 坡度小于 ２ ５ 。 ， 西 坡 分 布 较 多 。从 土 地 利用 与 生 态环 境 的协 调 发 展 角 度 看 ， 该 区域 土 地 利 用 空 间 分 布 格 局 基 本 符 合 生 态 环 境 建 设 的要 求 ， 约有 ２ ． ３ ４ ｈ ｍ 的耕地位于坡度大于 ２ ５ 。 的缓 陡 坡 和 陡 坡 上 ， 应 继 续 推行 退 耕 还 林 、 还 草 。研 究 结 果 表 明 ， 地 形 因 子对土地利用的空间格局的影响较大 ； 同 一地 形 因 子不 同级 别 下 的 土地 主导 利 用 方 式 各 异 ， 土 地 利 用类 型 的 优 势 区域 不尽 相 同 。 关键词 ： Ｄ Ｅ Ｍ； 土地利用 ； 地 形 因子 ； 空间分布 ； 朱 龙 花 村
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
基于DEM数字地貌晕渲地图的探索与研究
信息系统中主要的空 间数据 ， 也成为正射影 像生产 的基础 。 在 初期计算机进 行制图的阶段 ， 主要是用Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｓ ｈ ｏ ｐ 等软件 采用色 将空 间的信息 进行符 号化 、 抽象化 的描述 的空 间信息载体 就是 地 彩 渲染绘 制晕渲 图， 根据 晕渲基本 的原理 ， 绘制者 依据主观判 断， 通 过 图。 由于二 维地 图具 有抽象性 、 整体性 、 宏观性 等特点 ， 成 为了人们对空 画笔 ， 用相对 应浓 淡的彩色或者 墨色对 阴影进 行沿斜坡进 行渲绘 。 不过 间的信息进行 认识的关键性 工具 。 采取这些 办法的前提 是绘制者具较 高的图形图像处理能 力。 要 在 二维 的 空 间在 地 图上对 地 形 进行 表 示 ， 一 种 方法 就 是 等高 ３ ． 数字 地 貌 的量 渲技 术 线。 但 是等 高线 非常 的抽 象 ， 是海 拔 的高 度一 样的 高程 点进行 连 线而 在计 算机的环境下， 自 动的对地貌 进行晕渲就是数 字的地貌晕渲 ， 成， 要想 对其进行正确 的领 会， 必须 具有 非常专业 的相关 知识 Ｉ 另外一 地图生产过 程将因为这个技术的应用和实现得 以加 快 ， 而且可以保证产 种 方式 就是 通 过地 貌晕 渲在地 图制 图学里将 地形 地貌 进行表 现 ， 它能 品的质量。 因为地貌 晕渲这种 方法具有很 多优点 ， 所 以在很 多的地 图上 够 比较好 的对 区域 的地 理特征 进行反 映。 通过 晕渲 这种 方式还 可以方 都能得到很 广泛 的使用 ， 随 着不断发展 的数 字地 貌的晕渲技 术 ， 极大的 便 的将 各个不 同地 物 要素 间相 互关 系进行检 查 ， 比方 说境 界沿 着 山脊 走 向是否 正确 、 河流 爬坡与否、 高 程 点及山峰移 位 与否 。 在地 图上配 置 上 晕渲不仅立体 感强而且还直 观易读 ， 地 图观赏性也 随之增加 。 晕渲传 统 的制 作办 法首先 就需 要专业 的人员对等 高线 进行判 读 ， 然后 使用 毛
三维地形数据处理教程
三维地形数据处理教程1用于3DS MAX模型制作的基础地形处理操作比较简单，利用Global Mapper把DEM数据转换DXF 3D 表面文件即可。
注意：1. 导入到MAX中是Mesh文件，点未合并。
2. 文件通常比较大，容易导致计算机响应缓慢，所以数据量要进行控制。
一般是15米分辨率40平方千米是一个极限，一般处理为30米分辨率的。
2VRMap地形制作预处理数据预处理的目的是将各种原始文件转换成VRMap识别的文件格式。
地形文件数据预处理为标准的USGS DEM数据，由于VRMap不识别投影系统，所以只要平面坐标信息正确即可。
影像文件数据预处理为标准的Tiff数据，并需要编辑相应的tab，以便与地形文件相匹配。
由于原始数据的情况比较多，所以这部分工作比较复杂，根据原始数据的情况分为以下几种情况。
2.1最理想情况——客户提供标准的DEM数据和影像数据。
标准的DEM数据：一般是ArcGIS的GRID格式数据，也有直接提供USGS DEM 数据的，数据具有投影坐标系统，数据已经分幅切割完毕。
标准的影像数据：一般是TIFF数据，与DEM数据具有相同的投影坐标系统且匹配良好，已经分幅切割完毕。
对于这种情况，操作如下：DEM数据处理使用global mapper。
1. 如果数据范围较小，只有很少的文件数（一般只有一张），可以直接打开GRID 文件，点击file（文件）菜单，选择输出栅格文件——DEM文件。
可能会弹出对话框提示投影坐标之类的信息，在这里无需管他，确定进入下一对话框。
在弹出的对话框中：一般设置里，垂直单位一般选择meter（米），采样间距一般不修改，但不要小于1米；如原始文件比较大，可以在网格化里指定网格输出的行列数或指定输出的单个DEM的大小；如果想要输出指定范围的DEM，可以在导出边界里选择输出的范围，通常使用全球投影（UTM-米）或绘制方形区域。
在导出边界的全球投影中可以看出DEM的四至，但DEM可能不是矩形，所以不能简单的认为四至就代表角点的坐标值。
基于dem的干暖河谷地貌类型划分——以汉源县为例
中国基本地貌形态主要为平原、盆地、丘陵、山地和
高原五大类型购，而地表相对起伏度和地貌面海拔在 宏观上体现了地貌内营力作用的特征和性质，是最基本 的地貌形态指标„本研究基于多尺度数字地貌等
级分类方法删和中国陆地1 : 100万数字地貌分类体
系也，以地形起伏度与海拔高度为基本指标对地貌类型 进行逐级划分。依据地表高度的起伏变化将地表形态 划分为平坦地、丘陵、低起伏山地、中起伏山地和高起伏
类，基于DEM数据划分地貌类型的方法更全面、准确。« 30 mX30 m的GDEMDEM数据为基础，以高程
和地形起伏度为指标对该地区地貌形态进行了划分，结果显示：地形起伏度最佳统计分析窗口面积为0. 15 kn?,汉源地区的整体地貌特点为：东、西两面山地环绕，逐渐向中部倾斜。该地区地貌类型多样，共划分出
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图1研究区位置
第八章 DEM分析
4、DEM应用
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； 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）作为背景叠加各种专题信息如土壤、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)；
在计算出各地表单元的坡度后，可对不同的坡度设定不同的灰度 级，可得到坡度图。
2、坡向
坡向是地表单元的法向量在水平面上的投影与X轴之间的夹角，
在计算出每个地表单元的坡向后，可制作坡向图，通常把坡向分为东、 南、西、北、东北、西北、东南、西南8类，再加上平地，共9类，用 不同的色彩显示，即可得到坡向图。
2）三角网法
对有限个离散点，每三个邻近点 联结成三角形，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。
2、DEM 生成 3）曲面拟合法
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，再逐个计算各点的高程，得到拟合的DEM。 可反映总的地势，但局部误差较大。
（三）基于DEM的可视化分析
1、剖面分析
1）意义：
常常可以以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、 地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等。
如果在地形剖面上叠加其它地理变量，例如坡度、土 壤、植被、土地利用现状等，可以提供土地利用规划、工 程选线和选址等的决策依据。
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硕 士 学 位 论 文
（专业学位研究生）
题目 ： 基于DEM数据的三维地形地貌
实时绘制模型研究与实现
作
者：
魏
序
序 序 序
学科专业： 指导教师：
电子与通信工程 赵 平 陈广永
2012 年 3 月
西北工业大学硕士论文
摘要
摘 要
三维真实感地形绘制是机载可视化系统的基本组成部分，随着嵌入式计算机 硬件技术发展与机载设备的更新换代，具有真实自然视觉效果的高精度三维地形 生成和建模技术研究显得越来越重要。本文以国防预研项目为背景，结合机载合 成视景系统与地形感知系统对三维地形地貌快速绘制算法的需求，以高精度的 DEM 数据为基础，在 PC 机仿真环境中研究基于真实 DEM 数据的三维地形地貌实 时绘制模型。 目前在三维地形绘制算法研究领域，如何在保证视觉效果的同时简化地形显 示，加快绘制速度成为国内外研究热点。基于多层次细节模型的多分辨率地形建 模方法一直以来都是研究的重点。本文首先介绍了三维地形建模及简化技术的研 究目的、内容及应用领域和发展前景，结合在实习单位的工作内容，简要介绍了 DEM数据的定义、来源、类型和处理方法。随后对规则格网地形的三角网生成算 法和典型四叉树多分辨率简化方法进行了详细分析探讨，最后本文通过改进的节 点评价公式和利用受限四叉树的思想对三维地形动态绘制模型进行优化改进，并 将它们应用于实际三维地形动态建模中。 本文的主要工作有两点：1.在提高效率方面，通过改进节点评价公式，尽量 压缩运算复杂度，以方便计算机的计算与处理。2.在视觉效果改进方面，利用受 限四叉树的思想，在对节点进行三角剖分前对其进行一致化处理，以消除节点切 换时的地形突跳感。本文的创新是提出改进的三维地形动态绘制的具体模型并致 力于实际应用，在Windows平台下的仿真结果表明该方法的正确性和有效性。 关键字： DEM，LOD，四叉树，OpenGL
V
西北工业大学硕士论文
目录
§4.2 OpenGL用于三维场景表达模型 ............................... 41 §4.2.1 §4.2.2 §4.2.3 §4.3 第四章 §5.1 §5.2 纹理映射 ........................................... 42 三维场景中视点漫游 ................................. 43 三维地形显示实例 ................................... 45
III
西北工业大学硕士论文
目录
目 录
摘 目 要 .............................................................. I 录 .............................................................. V 绪论 ..................................................... 1 引言 ..................................................... 1 课题研究目的与意义 ....................................... 1 相关研究现状 ............................................. 2 三维地形数据模型 .................................... 2 三维地形模型简化 .................................... 5 §1.1 §1.2 §1.3 ABSTRACT.......................................................... III 第一章
本章小结 ................................................ 46 总结与展望 .............................................. 47 本文工作总结 ............................................ 47 下一步研究的问题 ........................................ 47
§1.3.1 §1.3.2 §1.4 第二章 §2.1 §2.2 §2.3 §2.4 第三章 §3.1
研究内容与章节安排 ....................................... 7 DEM数据组织与处理 ........................................ 9 DEM的定义与表示方法 ...................................... 9 DEM的获取及质量控制 ..................................... 10 DEM数据的处理与读取 ..................................... 12 本章小结 ................................................ 14 数字地形建模与实时显示技术 .............................. 15 Delaunay三角网生成算法 .................................. 15 Delaunay三角网的定义及特性 ......................... 15 Delaunay三角网生成算法 ............................. 16 规则格网地形的三角网生成算法[27] ..................... 17 基于四叉树的多分辨率LOD简化算法 .................... 21 分块策略 ........................................... 25 节点评价标准 ....................................... 25 受限四叉树 ......................................... 31 动态网格的实时生成 ................................. 32 网格三角化 ......................................... 34 仿真结果 ........................................... 35
本章小结 ................................................ 36
基于OpenGL的三维真实感地形绘制 ............................. 39
§4.1 OpenGL在Winows下工作模式 ................................. 39
I
西北工业大学硕士论文
ABSTRACT
ABSTRACT
The rendering of 3D realistic terrain is an essential part of airborne visualization system. With the developing of embedded computer and upgrading of airborne equipment, the modeling of 3D terrain generation with real and natural visual effect are becoming more and more important. The research based on National Defense Advance Research Project, in order to meet the demand of algorithm in synthetic vision system and terrain awareness systems. We used high-quality DEM data and simulated the algorithm of 3D terrain rendering in PC. In the research of 3D terrain rendering, the work focus on accelerating the speed of rendering as well as ensuring the visual effects. The most important method is multi-resolution modeling based on the details of model of multi-leБайду номын сангаасel. In this paper, we discuss 3D terrain modeling and method to simplify the models. With the work as an intern, we present the definition, sources, types and treatment methods of DEM data. Then we analyze the algorithm of triangulation of the regular grid generation and the method of simplified the multi-resolution based on quad-tree. Finally, we present an improved formula of node evaluation and optimized the algorithm of 3D terrain rendering by the use of restricted quad-tree. We apply the method in the dynamic modeling of 3D terrain. There are two points extremely important in the work of the paper. First, in order to calculate by the computer, we decrease the complicacy of compute by improving the formula of node evaluation, Secondly, we decrease the sense of sudden jump as well as node switch by using the idea of restricted quad-tree. The innovation of this paper is to propose an improved dynamic rendering of 3D terrain model and committed to the practical of application. The result of simulation of this method in Windows XP show the correctness and validity. keywords： DEM, LOD, quad-tree, OpenGL