地形图生成DEM
第3章 DEM数据获取方法
2.几何学观点：DEM表面通过不同的几何结构来 表示，这些结构按其自身的性质可分为规则和 不规则两种形式。 规则结构据其在空间表现可分为： • 一维结构：对应的采样方法为剖面法或等高线 法。 • 二维结构：通常为正方形或矩形、等边三角形、 六边形或其他规则几何图形。 不规则结构：不规则三角形或多边形。
步骤： 扫描图件准备：图件、接图表、控制点、坐标系等 图件预处理：检查图面是否平整、图廓点与符号清 晰，量测图廓边长，检查变形情况，检查接边，等 高线连接情况等。 定向纠正与编辑：将地图数据由数字化仪坐标（扫 描文件坐标）转化为地理/地图坐标。若图面变形大， 逐格网进行纠正。坐标变化方式由仿射变换、双线 性变换、二次多项式等方法。坐标误差要小于10米。
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4.其他数据源 用气压测高法、航空测高法、重力测量 等方法，可得到地面系数分布的高程 数据。 依此建立的DEM主要用于大范围且高程 精度要求较低的研究。
5.既有DEM数据 我国到目前为止，已经建成了覆盖全国范围的 1:100万、1:25万、1:5万数字高程模型，以及 七大江河重点防洪区的1:1万DEM，省级1:1万 数字高程模型的建库工作也已全面展开。 对已存在的各种分辨率的DEM数据，应用时要考 虑自身的研究目的以及DEM分辨率、存储格式、 数据精度和可信度等因素。
2.数据的密度 数据密度是指采样数据密集程度，与研究区 域的地貌类型和地形复杂程度相关。用于刻 画地形形态所必需的最少的数据点。 表示方法：相邻两点之间的距离、单元面积内 的点数、截止频率、单位线段上的点数等。 采样距离：相邻两采样点之间的距离，也称采 样间隔。
采样距离为20米—表示规则格网分布的采 样数据 每平方米500点—描述随机分布的采样数据 单位线段上的点数，每米2点—描述数据分 布是沿等高线或特征线等线状分布采样点
地形图比例尺、等高距和DEM分辨率关系
地形图⽐例尺、等⾼距和DEM分辨率关系地表⾯的形态是很复杂的，不同地貌类型的形态是由它的相对⾼度、地⾯坡度以及所处的地势所决定的，它们是影响等⾼距的主要因素。
从等⾼距计算公式可以看出，当地图⽐例尺和图上等⾼线间的最⼩距离简称等⾼线间距确定之后，地⾯坡度是决定等⾼距的主要因素，当然等⾼距的⼤⼩也受到地⾯⾼度所制约。
h=M*S*tanα/1000式中：M—地形图⽐例尺分母；S—等⾼线间的最⼩间距；α—地⾯坡度。
h—等⾼距。
等⾼距的选择⼀般应考虑两种因素：图⾯清晰度和地貌表⽰的详细度。
对选择等⾼距来说，图⾯清晰度指地图上等⾼线最⼩间距对图⾯载负的影响程度。
地貌表⽰详细度指单位⾼差内等⾼线所通过的数量对地貌表⽰的影响程度。
它们之间是互相影响⼜互相制约的统⼀体。
所以选择分区适宜的等⾼距的实质是选择详细度和图⾯清晰度的最佳结和。
常见⽐⽐例尺、等⾼距和DEM分辨率关系如下表所⽰：2、cellsize与dem分辨率的关系cellsize（x，y）是栅格象元的⼤⼩，不是通常意义上dem的分辨率。
通常dem有两种分辨率：1）⽔平分辨率：就是你说的那个数；2）垂直分辨率：也就是通常意义上dem的分辨率。
改变栅格⼤⼩使⽤重采样的⽅法，arctoolbox⾥有个⼯具resample。
由原始数据（例如等⾼线、有⽴体像对的卫星数据）⽣成dem时cellsize 会影响dem的精度，但对dem做resample时表⾯上看xy分辨率是提⾼了，但实际上并没有真正提⾼dem的精度，和直接⽣成的该分辨率的dem有很⼤的差别。
resample后计算出的坡度范围要⽐原始的dem计算出的坡度范围宽。
DEM的分辨率，⼀般⽽⾔是格⽹⼤⼩cellsize的3-4倍。
cellsize（5,5）说明的是格⽹⼤⼩是5*5，分辨率⼀般在15-20M左右。
但是确定精度还得根据图中信息元素判断。
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
DEM数据获取方法
DEM数据获取⽅法⼀、DEM数据获取⽅法：定义：地形图指的是地表起伏形态和地物位置、形状在⽔平⾯上的地物和地貌按⽔平投影的⽅法，并按照⼀定的⽐例缩绘到图纸上，这种图称为地形图。
特点：（1）具有统⼀的⼤地坐标系统的⾼程系统（2）具有完整的⽐例尺系列和分幅编号系统：国家基本地形图含1:5千、1:1万、1：2：2.5/1:5万、1:10万、1:25万、1:50万、1:100万8种⽐例地形图。
缺点：（1）地形图现势性较差：纸质地形图制作⼯艺复杂，更新周期⽐较长，⼀般不及时反映局部地形地貌的变化情况（2）地形图存储介质单⼀，容易变形：传统地形图多为纸质存储介质，存放环境（温湿度）导致地形图图幅产⽣不同程度的变形，这种变形表现在不同⽅向上的长度变形和图幅⾯积上的变形（3）地图精度有限：地图精度决定这地形图对实际地形表达的可信度，与地形图⽐例尺、等⾼线密度（由等⾼距表⽰），成图⽅法有关。
不同⽐例尺的地形图，其所表⽰的⼏何精度和内容详细程度有很⼤的差别。
在应⽤DEM的时候要考虑DEM分辨率、存储格式、数据精度和可信度等因素。
⼆、DEM数据采样策略与采样⽅法：采样：确定在何处需要测量点的过程，这个过程有三个参数。
决定：点的分布、点的密度和点的精度。
1.采样数据的分布：由数据位置和结构（分布）来确定，指数据点的分布形态位置有地理坐标系统中经纬度或者⽹格坐标系统中坐标决定。
结构的形式很多，因地形特征、设备、应⽤的不同⽽不同。
2.数据的密度：是指采样数据密集程度，与研究区域的地貌类型和地形复杂程度有关。
⽤于刻画地形形态所必须的最少的数据点。
表⽰⽅式：相邻的两点之间的距离、单元⾯积内的点数、截⽌频率（采样数据所能表⽰的最⾼频率）、单位线段上的点数等。
采样距离：相邻两点之间的距离，也称采样间隔。
·通常数字加单位来表⽰，如采样距离为20⽶，表⽰规格⽹分布的采样数据·另⼀种表⽰法是单位⾯积内的点数，如每平⽅⽶500点，描述随机分布的采样数据·描述数据分布是沿等⾼线或特征等线状分布采样点，常⽤单位线段上的点数，如每⽶2点3.数据的精度：是指数据点本⾝所具有的精确度，是数据获取过程中各种不同类型误差的综合反映采样数据精度与数据源、数据的采集⽅法和数据采集的⼀起密切相关。
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
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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。
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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
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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
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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：
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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°。
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数字地形分析
一、基本因子分析
3、曲率
DEMDOMDLG生产流程
1.数字立体摄影测量生产DLG方法
航摄负片
象片参数
象片扫描
控制点坐标
象对定向
立体测绘地物
脱机编辑
符号化 与制图整饰
矢量数据库建库 绘图或刻盘 质量检测与元数据文件 记录
2.地图扫描矢量化或手扶跟踪数字化
地图扫描矢量化或手扶跟踪数字化 地图扫描矢量化或手扶跟踪数字化技术 还比较成熟，作业流程如下：
全要素地形图
等高线版地形图
地图扫描 人机交互等高线矢量化 加测注记点
地图扫描 等高线自动矢量化 加测注记点
等高线高程赋值与检查
周边等高线地图的数据获取
构造三角网
内插DEM格网
DEM建库与刻盘
质量检测与元数据文件记录
二、数字正射影像的生产流程
数字正射影像的生产根据不同的数据源 和不同的设备有下面几种生产工艺。 1．全数字摄影测量方法 与前面所述的全数字自动摄影测量和 交互式数字摄影测量方法相一致,由数字 摄影测量工作站直接生成数字正射影像, 工艺流程如下：
第二种是点栅格观点：认为该网格单元 的数值是网格中心点的高程或该网格单 元的平均高程值，这样就需要用一种插 值方法来计算每个点的高程。
规则格网的优点：
数据结构简单，很容易地用计算机 进行处理，特别是栅格数据结构的 地理信息系统。 很容易地计算等高线、坡度坡向、 山坡阴影和自动提取流域地形，使 得它成为DEM最广泛使用的格式。
遥感数据
控制点坐标
数字影象几何纠正
数字影象处理与融合
数字影象镶嵌
地名注记与 图廓整饰 数字正射影象 数据库 绘图或刻盘 质量检测与 元数据文件记录
三、数字线划图（矢量型）的生产工艺
浅谈DEM的制作方法
浅谈DEM的制作方法摘要：论文阐述了数字高程模型DEM内涵，简要介绍了DEM的制作方法，通过对乌海市海勃湾区某煤场地形图航片的数字处理，通过JX4-G TINDEM.exe 模块，理论联系实际的展现利用数字摄影测量的方法生成多种DEM和其它三维数字产品的全过程。
关键词：摄影测量；DEM；三维产品1 DEM的内涵数字地面模型（DTM）是表示地面特征的空间分布的数据阵列，最常用的是用一系列地面点的平面坐标X，Y以及该点的地面高程Z或属性组成的数据阵列。
若地面点按一定的网格排列，点的平面坐标X，Y有起始点开始推算，无需记录，地面形态只用地面高程表示这样的数据阵列被称为数字高程模型（DEM）。
三维分析大多是在数字高程模型（DEM）上进行的，一旦区域上生成所需密度和精度的DEM，内容丰富的各种三维分析是轻而易举的，其三维的可视化、真实场景、电子沙盘也迎刃而解。
DEM最常用的三种形式为：等值线DEM、TINDEM 、格网DEM。
1.1 等值线DEM高程等值线方法是地图学的基本方法，将地图上所有等高线数字化，即可形成高程等值线DEM。
等高线DEM的建立一般是直接采用数字化地图上的等高线。
1.2 不规则三角网TIN若将按地形特征采集的点按一定规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角形，构成一个不规则三角网TIN表示的DEM，通常称为三角网DEM或TIN。
通常的TIN（Triangulated Irregular Network）结构是按Delaunay三角形规则生成，该三角形的特点是任一三角形外接圆内部包含其它点，这里并未包括外接圆上。
按这个规则生成的三角网，称为Delaunay三角网。
1.3 格网DEM利用一系列在X，Y方向上都是等间隔排列的地形点的高程Z表示地形，形成一个个矩形格网DEM。
格网的每一个交点都包含有此处相关的高程信息。
2 DEM的制作方法论文用摄影测量的方法制作DEM，这种方法制作DEM是指通过影像中的地物以及已经制作好的数据来进行生产。
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。