数字高程模型
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。
数字高程模型
DEM的核心是地形表面特征点的三维坐 标数据和一套对地表提供连续描述的算法， 最基本的DEM由一系列地面点 x，y 位置及 其相联系的高程 z 组成，其数学函数式表达 是
z = f(x，y)，(x，y) ∈ DEM所在区域
统计各类土地面积
以H2为临界值，将数字地形的数据按照 公式进行重新分类，得到数字地形的二值图， 将该二值图与土地利用数据进行布尔逻辑运 算，统计出各类土地的淹没面积。
zi,j =
1 0
当zi,j H2 当zi,j H2
（3）剖面图的自动绘制
AB CD E
(a) DEM数据
300
300
200
a.地形简单的地区存在大量冗余数据； b.如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的 地区； c.由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征， 如山峰、洼坑、山脊、山谷等。为了压缩栅格DTM的 冗余数据，可采用游程编码或四叉树编码方法。
3.DEM的表示方法 不规则三角网（TIN）模型
1 XYZ 2 XYZ 3 XYZ 4 XYZ 5 XYZ 6 6 XYZ 7 XYZ 8 XYZ
（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，以进行显示与分析等等
2.DTM的数据采集 （1）以航空或航天遥感图像为数据源
左航片
全数字摄影测量
右航片
DEM
2.DTM的数据采集 （1）以航空或航天遥感图像为数据源 （2）以地形图为数据源
（2-3） （2-4）
数字高程模型
数字高程模型数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种用于表示地球表面高程信息的数字模型。
它通常是基于地理空间数据采集和处理技术得到的数字地形模型，反映了地表不同位置的高程值。
数字高程模型在地理信息系统、地貌分析、水文模拟等领域具有广泛的应用价值。
数字高程模型的原理和构建方法数字高程模型是通过采集地表高程信息，构建数学模型，并进行数字化表达得到的。
构建数字高程模型的最基本方法是通过激光雷达、全球定位系统（GPS）等技术采集地面高程点，并据此构建高程表面模型。
另一种常用的方法是通过航空或卫星影像获取地表高程信息，并结合插值算法生成数字高程模型。
数字高程模型生成的过程中，需要考虑地球椭球体形状、椭球体参数、大地水准面等因素，并进行数学变换和处理以得到准确的高程数据。
常用的数字高程模型包括数字地面模型（DSM）、数字地形模型（DTM）等，它们之间的区别在于对地物表面和地表以下构造的不同描述。
数字高程模型在地理信息系统中的应用数字高程模型在地理信息系统中有广泛的应用，主要包括地形分析、三维可视化、洪水模拟、景观规划等方面。
在地形分析中，数字高程模型可以用于提取地形特征，计算坡度、坡向、流域分割线等地形参数，进而实现地貌分类、地形图绘制等功能。
三维可视化是数字高程模型应用的一个重要领域，通过将数字高程模型与空间数据结合，可以实现虚拟地形的构建和沉浸式视角的展示。
在洪水模拟和预测方面，数字高程模型可以用于模拟雨水径流路径、洪水淹没范围等，为防洪减灾提供重要的数据支持。
数字高程模型的发展趋势随着遥感技术、地理信息系统技术以及计算机处理能力的不断提升，数字高程模型的精度和分辨率也在不断提高。
未来，数字高程模型将更加精细化、高分辨率化，应用领域也将更加广泛，涉及城市规划、资源管理、环境保护等方面。
另外，数字高程模型的数据融合、多源信息整合、模型开放共享等方向也是未来发展的重点。
数字高程模型
1、数字高程模型：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（简称DTM)的一个分支，是表示区域D上的三维向量有限序列。
2、DTM：数字地形模型是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示，或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。
3、TIN：不规则三角网，通过从不规则分布的数据点生成的连续三角面来逼近地形表面。
4、测绘4D产品（即DLG数字线划图、DRG数字栅格影像、DEM、DOM数字正射影像）：DLG：现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。
数字线划图既包括空间信息也包括属性信息。
DRG：数字栅格地图是纸制地形图的栅格形式的数字化产品。
DEM：数字高程模型是以高程表达地面起伏形态的数字集合。
DOM：数字正射影像利用航空相片、遥感影像，经象元纠正，按图幅范围裁切生成的影像。
5、连续不光滑DEM：指每个数据点代表的只是连续表面上的一个采样值，而表面的一阶导数或更高阶导数不连续的情况。
6、数字地貌模型：是地貌形体及其空间组合的数字形式，是一维、二维、三维、四维空间地貌的可视描述和模拟。
7、DEM误差：DEM高程值与真实值的差异9、插值：根据不同数据集的不同方式，DEM建模可以使用一个或多个数学函数对地表进行表示。
根据若干相邻参考点的高程求出待定点上的高程值。
（内插）14、不规则镶嵌数据模型：用相互关联的不规则形状与边界的小面块集合来逼近不规则分布的地形表面15、行程编码结构：对于一幅栅格图像，常常有行或列方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容，即只在各行或列数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现压缩16、细节层次模型：对同一个区域或区域中的局部使用具有不同细节的描述方法得到的一组模型。
第7章-数字高程模型
1 数字高程模型的定义
地形表面形态等多种信息的一个数字表示
DTM是定义在某一区域D上的m维向量有限序 列：
{Vi ,i 1,2,, n}
➢数字高程模型DEM（Digital Elevation Model）或 DHM(Digital Height Model) 是表示区域D上地形的三维向量有限序列
0
1 L
L
2kX
[{
0
Ck cos(
k 0
L
k
)
k 0
Ck
cos(2kX
L
k
)]}2
dX
2 z
1 2
m
(Ck
k 0
Ck )2 dX
1 2
m
(1
k 0
Ck Ck
)2 Ck2
1 2
m
[1
k 0
H (uk )]2Ck2
采样间隔和地形的复杂程度
2.利用检查点的DEM精度评定
在DEM内插时，预留一部分数据点作 为检查点,在建立DEM之后，由DEM内 插出这些点的高程，DEM的精度
“任何一个圆滑的数学表面总是可以用一 系列有规则的数学表面的总和，以任意的 精度进行逼近。”也就是一个数学表面上 某点（X，Y）处高程Z的表达式为:
n
Z f (X ,Y ) ajq(X ,Y , X j,Yj ) j 1
a1q(X ,Y , X1,Y1) a2q(X ,Y , X 2,Y2) anq(X ,Y , X n,Yn )
深度学习在DEM数据获取中的应用
1.针对激光点云的地面点和非地面点的分类处理： 一处理Lidar数据，提取每个点与周围点之间的相对高差并将其
转换为表示点特征的图像，用于神经网络的训练。分离地物点
数字高程模型
对地面地形的数字化模拟
01 简介
03 形式
目录
02 建立方法 04 数据来源
05 分辨率
07 产品案例
目录
06 用途
数字高程模型（Digital Elevation Model)，简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字 化模拟（即地形表面形态的数字化表达），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(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。
(2)不规则三角。不规则三角是用不规则的三角表示的DEM，通常称DEM或TIN(Triangulated Irregular Network)，由于构成TIN的每个点都是原始数据，避免了内插精度损失，所以TIN能较好地估计地貌的特征点、线， 表示复杂地形比矩形格精确。但是TIN的数据量较大，除存储其三维坐标外还要设点连线的拓扑关系，一般应用 于较大范围航摄测量方式获取数值 。
一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线 性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在 DEM的基础上派生。
简介
DTM的另外两个分支是各种非地貌特性的以矩阵形式表示的数字模型，包括自然地理要素以及与地面有关的 社会经济及人文要素，如土壤类型、土地利用类型、岩层深度、地价、商业优势区等等。实际上DTM是栅格数据 模型的一种。它与图像的栅格表示形式的区别主要是：图像是用一个点代表整个像元的属性，而在DTM中，格的 点只表示点的属性，点与点之间的属性可以通过内插计算获得 。
用途
由于DEM描述的是地面高程信息，它在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、军事等国 民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。如在工程建设上，可用于如土方量计算、通视分析 等；在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析如汇水区分析、水系络分析、降雨分析、蓄洪计算、淹没分析等的基 础;在无线通讯上，可用于蜂窝的基站分析等等。
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：V i=(X i,Y i,Z i);i=1,2,…,n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（AdvancedLand 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（A VNIR-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。
数字高程模型的认识
城市规划与建设
数字高程模型在城市规划与建设中具有广泛的应用价值。通过数字高程模型，规 划师可以获取城市地形信息，了解城市的地貌特征和地表形态，为城市空间布局 、道路规划、排水系统设计等提供依据。
数字高程模型还可以用于城市景观设计、绿化规划等方面，提高城市的生态环境 质量和美学价值。
土地资源调查
土地资源调查是数字高程模型应用的另一个重要领域。通 过数字高程模型，可以获取土地资源的地形信息，了解土 地资源的分布、质量和利用状况，为土地资源的合理利用 和保护提供科学依据。
数据采集
通过地面测量、航空摄影测量 和卫星遥感等方式获取地形数 据。
网格生成
将处理后的地形数据转换为数 字高程模型，通常采用规则或 不规则的网格形式进行表示。
流程
DEM的建立流程包括数据采集、 数据处理、网格生成和质量控 制等步骤。
数据处理
对采集到的地形数据进行预处 理、编辑和整理，以确保数据 的质量和准确性。
数据可视化与表达
可视化表达
将数字高程模型转换为可视化的地形图，便于分析和应用。
可视化技术
利用GIS、三维可视化等技术，实现数字高程模型的动态展示和交互操作。
04
数字高程模型的精度与 误差分析
精度影响因素
数据源
数字高程模型的数据源直接影响其精度，高质量 的数据源能够提供更准确的地面高程信息。
采样间隔
详细描述
高分辨率数字高程模型能够捕捉到更多的地形细节，对于城市规划、土地利用、地质调 查等领域具有重要意义。同时，精细化的发展趋势使得数字高程模型能够更好地模拟和
预测地形地貌的变化。
多源数据融合与集成应用
总结词
多源数据的融合和集成应用是数字高程模型 发展的重要方向，能够提高模型的准确性和 可靠性。
- 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)。
数字高程模型
4
什么是4D产品（DEM,DLG,DRG,DOM）
数字高程模型（Digital Elevation Model，缩 写DEM）是在某一投影平面（如高斯投影平面） 上规则格网点的平面坐标（X，Y）及高程（Z）的 数据集。DEM的格网间隔应与其高程精度相适配， 并形成有规则的格网系列。根据不同的高程精度， 可分为不同类型。为完整反映地表形态，还可增加 离散高程点数据。 数字线划地图（Digital Line Graphic，缩写 DLG）是现有地形图要素的矢量数据集，保存各要 素间的空间关系和相关的属性信息，全面地描述地 表目标。
规则格网数据模型的优点： 1）数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作
和存储。尤其适合在栅格数据结构的GIS系统中。 2）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域
地形等。 规则格网是DEM最广泛使用的格式。目前，很多
国家都以规则格网的数据矩阵作为DEM提供方式。
数字高程模型
14
规则格网数据模型的缺点： 1）数据量大，通常采用压缩存储
描述地形表面的模型。实质上这是对地面形态和属性 信息的数字表达。 DEM(Digital Elevation Model)数字高程模型
当DTM模型中数字属性为高程时称DEM模型，即 数字高程模型。
DEM模型是DTM模型的一种特例。
数字高程模型
3
从测绘的角度看
DEM模型是新一代的地形图，它通过存储在 介质上的大量地面点空间数据和地形属性数 据，以数字形式来描述地形地貌。
无损压缩存储，如游程编码、链码、四叉树编码； 有损压缩存储，如离散余弦（DCT Discrete Cosine Transformation), 小波变换（Wavelet Transformation)
2）不规则的地面特性与规则的数据表示之间本身就不 协调。它对不同地形采用一律平等的规则格网，不利于 表示复杂地形。
一、规则格网(grid)模型
规则格网模型将空间区域分成规则的等距离单元， 每个单元对应一个数值，通常在数学上表示为一个 矩阵，在计算机中表现为一个二维数组，每个格网 单元或数组元素对应一个高程值。
用规则采样点数据（或把不规则采样点数据内插成 规则点数据），而后，以矩阵形式来表地面形状。 它已成为栅格数据结构中DEM的通用形式。
将格网面元四个角点高程拟合为双线性趋 势面。
将格网面元四个角点高程拟合为双三次趋 势面。
3)格网点 针对格网点的值
数字高程模型
( i, j ) ( i, j+1) ( i+1,j ) ( i+1, j+1) ( i, j ) ( i, j+1) ( i+1,j ) ( i+1, j+1)
12
3. 格网数据结构
第七章 数字高程模型
1 数字地面模型概述 2 DEM常用数据模型 3 DEM数据的获取 4 数字地形可视化 5 数字地形分析 6 DEM的应用
数字高程模型
1
7.1 数字地面模型概述
地理空间实质是三维的，只是人们通常在二维地 理空间上描述并进行分析。如在土地利用，土地分 级等问题上，都用平面专题图来描述。
数字高程模型
5
• 数字栅格地图（Digital Raster Graphic， 缩写DRG）是现有纸质地形图经计算机 处理后得到的栅格数据文件。每一幅地 形图在扫描数字化后，经几何纠正，并 进行内容更新和数据压缩处理，彩色地 形图还应经色彩校正，使每幅图像的色 彩基本一致。数字栅格地图在内容上、 几何精度和色彩上与国家基本比例尺地 形图保持一致。
数字高程模型
15
二、不规则三角网 (TIN) (Triangulated Irregular Network )
由于受观测手段所限，或专业要求，在实际中获取 的数据常不是规则格网数据，大多为不规则的离散 数据。如地震观测中观测的地层结构数据，水利中 观测的地下水资源数据等。
数字高程模型
10
规则格网（grid)模型
数字高程模型
11
2. 格网的含义
1）格网面元
组成格网的四个相邻格点在水平面上所包含 的面积单元。
2）格网面元的趋势面
格网面元的四个角点高程支撑的数学面，通 常该数学面用三种形式表示。
按最小二乘法将格网面元四个角点高程拟 合为一个平面，称格网面元的平面趋势面。
格网数ห้องสมุดไป่ตู้结构是典型的栅格数据结构，可采用栅格
矩阵及其压缩编码的方法表示。其数据包括三部分：
1）元数据
描述DEM数据的数据，如数据表示的时间、边界、测 量单位、投影参数。
2）数据头
DEM数据的起点坐标、坐标类型、格网大小、行列数 等。
3）数据体
行列数分布的数据阵列。
数字高程模型
13
4、规则格网的优缺点
数字地面模型的提出，从时间上实际上早于GIS， 但GIS的发展大大促进人们对数字地面模型的研究。
目前，数字地面模型已成为GIS的重要内容， GIS的很多功能以数字地面模型为基础。
数字高程模型
2
DTM (Digital Terrain Model)数字地形模型 50年代由MIT摄影测量实验室提出，是用数字形式
数字高程模型
6
• 数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，缩写DOM）是利用数字高程模型 （DEM）对经扫描处理的数字化航空像 片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌， 按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁 生成的数字正射影像数据集。它是同时 具有地图几何精度和影像特征的图像， 具有精度高、信息丰富、直观真实等优 点。
数字高程模型
7
DEM表示方法
整体
数学方法 局部
傅立叶级数 高次多项式 规则数学分块 不规则数学分块
规则 点数据 不规则
密度一致 密度不一致 三角网
邻近网
图形法
典型特征 水平线
山峰、洼坑 隘口、边界
线数据 垂直线 典型线
山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线
DEM的表示方法
数字高程模型
8
7.2 DEM的常用数据模型
数字高程模型
9
1.模型的表示
按平面上等间距规则采样，或内插所建立的数字地面 模型，称为基于栅格的数字地面模型，可以写成以下 形式:
DTM＝│Zi,j│,i=l,2,…,m; j=1,2,n
式中，Z为栅格结点（i,j）上的地面属性数据，包括土 地权属、土壤类型、土地利用等。当该属性为海拔高 程时 ，则该模型即为数字高程模型 。