数字地形表达的方式
第9章-数字地形模型与地形分析-第一讲
▪ DEM数据的高程分层设色显示 ▪ DEM数据与影像数据联结三维场景显示 ▪ 三维静态场景的输出功能 ▪ 三维动态飞行场景的录制与播放功能 ▪ 简单DEM模型分析功能
GIS 电子沙盘 ——高程分层设色
GIS DEM应用举例 ——城市景观
城市景观系统通过运用数字技术构造出某一区域的 虚拟场景来辅助人们进行观测, 是一个可视现实和虚拟 现实集成的系统。
垂直线 典型线
山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线
GIS 3.DEM的表示法
数学方法 整体拟合方法, 即根据区域所有的高程点
数据, 用傅立叶级数和高次多项式拟合统 一的地面高程曲面 局部拟合方法, 将地表复杂表面分成正方 形规则区域或面积大致相等的不规则区 域进行分块搜索, 根据有限个点进行拟合 形成高程曲面
➢DEM的表示方法
➢一个地区的地表 高程的变化可以
采用多种方法表
达
DEM 表示方法
➢用数学定义的表 面或点、线、影 像都可用来表示 DEM
数学方法 图形法
整体 局部 点数据
线数据
傅立叶级数 高次多项式
规则数学分块
不规则数学分块
密度一致
规则
密度不一致
不规则 典型特征 水平线
三角网 邻近网 山峰、洼坑
隘口、边界
点信息
ID
边1 边2 边3
1
E1
E3
E9
2
E2
E3
E4 面
3
E4
E5
E6
信 息
4
E6
E7
E8
5
E7
E9
E10
ID
起点
终点
左多 边形
右多 边形
地理信息系统概论重点讲义(5)
重点一数字地形模型1．数字地形模型的定义数字地形模型(Digital Terrain Model，简称DTM)是定义于二维区域上的一个有限的向量序列(矩阵) ，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
DTM，简单地说，就是用数字化的形式表达的地形信息。
2．DTM 在形式上分为：规则格网(Grid)不规则三角网(TIN)数字等高线、等深线、地形特征线(山脊线、谷底线等)3．规则网格法将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。
数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组。
每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。
规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。
对于每个网格的数值有两种不同的解释。
第一种认为该格网单元的数值是其中所有点的高程，即格网单元对应的地面面积内高程是均一的高度。
这种数字地形模型是一个不连续的函数，一般用来表示离散空间。
第二种认为该格网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，这样则需要用一种插值方法来计算每个点的高程。
4．等高线模型等高线是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。
需要用插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程。
如：美国USGS DEM 数据；我国 1 ：1 万、1 ：5 万、1 ：25 万、1 ：50 万、1 ：100 万DEM 数据5．TIN 模型TIN(Triangulated Irregular Network) 利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点连接成相互连续的三角面。
连接原则：尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等—Delaunay 。
不规则三角网是另外一种表示数字高程模型的方法，它既减少规则格网方法带来的数据冗余，同时在计算(如坡度)效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。
TIN 模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。
DEM、DTM和DSM
DSM 、DTM与DEM1.DSM（数字表面模型）国科创（北京）信息技术有限公司-DSM是一个显示表面高度的高程模型，如果DTM仅显示地面（地面上面没有任何东西），则DSM会显示任何现有的表面形状，例如树高，建筑物和地面上的任何物体。
DSM表示的是最真实地表达地面起伏情况，可广泛应用于各行各业。
如在森林地区，可以用于检测森林的生长情况。
从立体相对影像提取的DSM2.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种模拟表示，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。
x、y表示该点的平面坐标，z值可以表示高程、坡度、温度等信息，当z表示高程时，就是数字高程模型，即DEM。
地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。
DTM3.DEM（数字高程模型）是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。
DEMDEM的来源可以有很多种，如：（1）地面控制点（GCP）（2）等高线（3）三角不规则网络（TIN）（4）还可根据航空摄影的质量和规模，以各种分辨率从立体数字航空摄影中提取DEMDEM的常见用途，如：（1）提取地形参数（2）模拟水流量或质量运动（例如，滑坡）（3）创建浮雕图（4）3D可视化效果的渲染（5）物理模型的创建（包括浮雕图）（6）航空摄影或卫星图像的校正（7）减少重力测量（重力，物理大地测量）（地形校正）（8）地形学和自然地理学中的地形分析将DEM与影像的高程源表达地形的起伏国科创（北京）信息技术有限公司遥感事业部提供多尺度、多分辨率、全覆盖的遥感影像数据产品服务，拥有多光谱、高光谱、雷达卫星、无人机影像等遥感数据，可提供环保、国土、农业、水利和林业等应用领域的人工智能目标识别、图像分类、正射纠正、图像处理、解译、咨询服务，以及基于多源影像的综合应用解决方案。
数字地形模型
方格网数字地形模型
3
在方格网数模中内插待定点，其内插方法的选择对高 程精度影响很小，因此可以选择一种比较简单的、运算速 度高的方法。常用的方法有分块多项式法和双线性内插法 分块多项式法
在方格形数据点条件下，用完整双三次多项式以每个方格 作为一个分块单元，则每个分块四个角点所构成的曲面为：
Z f ( X , Y ) a00 a10 X a01Y a20 X 2 a11 XY a02Y 2 a30 X 3 a21 X 2Y a12 XY 2 a03Y 3 a31 X 3Y a22 X 2Y 2 a22 X 2Y 2 a13 XY 3 a32 X 3Y 2 a23 X 2Y 3 a33 X 3Y 3
方格网数字地形模型
若已知任意一点P的平面坐标为，P点所在网格及该网格左 下角A点的平面坐标可按下式计算： J ( xP x0 ) / L 1
I ( y P y0 ) / L 1 x A x0 ( J 1) L y A y0 ( I 1) L
式中：I、J——分别为P点所在网眼左下角点所在行、列数；
数字地形模型（DTM,DigitalTerrainModel）最 初是为了 高速公路的自动设计提出来的（Miller，1956）。此后，它 被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各 种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及 任意断面图绘制。在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、 立体透视图，制作正射影像图以及地图的修测。在遥感应用 中可作为分类的辅助数据。它还是地理信息系统的基础数据， 可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。 在军事上可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。对DTM 的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集、DTM 的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及不规则三 角网DTM的建立与应用等。
DEM
1. DTM的概念、DEM概念两者的区别联系数字地面模型(Digital Terrain Model，DTM)，其是利用一个任意坐标场中大量选择的已知x，y，z的坐标点对连续地面的一个简单统计表示，或者说，DTM 就是地形表面简单的数字表示。
terrain—指地貌因子，如坡度、坡向和地形起伏度等。
（数字地形模型——即Digital Terrain Model,是地形表面形态属性信息的数字表达，是描述地面特性的空间分布的有序数值阵列。
）DEM定义——DEM是表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的形式描述为：Vi = (Xi, Yi, Zi), i = 1, 2, ¼, n在地理信息系统中DEM表示方法最主要的三种表示模型是：规则格网模型，等高线模型和不规则三角网模型（TIN模型）。
DEM模型转换即指它们间的转化。
联系与区别：数字地形模型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。
数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）。
高程是地理空间中的第三维坐标。
由于传统的地理信息系统的数据结构都是二维的，数字高程模型的建立是一个必要的补充。
DEM 通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的DEM 还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。
在地理信息系统中，DEM 是建立DTM 的基础数据，其它的地形要素可由DEM 直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向。
（高程模型最常见的表达是相对于海平面的海拔高度，或某个参考平面的相对高度，所以高程模型又叫地形模型，实际上地形模型不仅包含高程属性，还包含其他的地表形态属性，如坡度、坡向等。
）由于DTM包含的地形以外的信息（即在DTM数据中，除地形外，尚可包含资源、环境、人口分布、地价、土地权属、以及土地利用等其他地面特征信息的定量或定性的描述，这些非地形特征的信息与地形信息结合在一起，就构成数值地形模型），所以如果只考虑地形因子，而不包含其他的讯息，这样的数值模型则称为数值高程模型DEM或是DHM，一般习惯则统称为DEM。
数字高程模型(DEM)的概念
数字高程模型(DEM)的概念最近恶补了一下DEM数据，在此分享给大家，希望对大家有所帮助！数字高程模型(DEM)的概念数字高程模型(DEM)，也称数字地形模型(DTM)，是一种对空间起伏变化的连续表示方法。
由于DTM 隐含有地形景观的意思，所以，常用DEM，以单纯表示高程。
尽管DEM 是为了模拟地面起伏而开始发展起来的，但也可以用于模拟其它二维表面的连续高度变化，如气温、降水量等。
对于一些不具有三维空间连续分布特征的地理现象，如人口密度等，从宏观上讲，也可以用DEM 来表示、分析和计算。
DEM 有许多用途，例如：在民用和军用的工程项目(如道路设计)中计算挖填土石方量；为武器精确制导进行地形匹配；为军事目的显示地形景观；进行越野通视情况分析；道路设计的路线选择、地址选择；不同地形的比较和统计分析；计算坡度和坡向，绘制坡度图、晕渲图等；用于地貌分析，计算浸蚀和径流等；与专题数据，如土壤等，进行组合分析；当用其它特征(如气温等)代替高程后，还可进行人口、地下水位等的分析。
DEM 的表示方法(1)拟合法拟合法是指用数学方法对表面进行拟合，主要利用连续的三维函数(如富立叶级数、高次多项式等)。
但对于复杂的表面，进行整体的拟合是不可行的，所以，通常采用局部拟合法。
局部拟合法将复杂表面分成正方形的小块，或面积大致相等的不规则形状的小块，用三维数学函数对每一小块进行拟合，由于在小块的边缘，表面的坡度不一定都是连续变化的，所以应使用加权函数来保证小块接边处的匹配。
用拟合法表示DEM 虽然在地形分析中用的不多，但在其它类型的机助设计系统(如飞机、汽车等的辅助设计)中应用广泛。
(2)等值线等值线是地图上表示DEM 的最常用方法，但并不适用于坡度计算等地形分析工作，也不适用于制作晕渲图、立体图等。
(3)格网DEM格网DEM 是DEM 的最常用的形式，其数据的组织类似于图像栅格数据，只是每个象元的值是高程值。
即格网DEM 是一种高程矩阵(如下图)。
数字测图复习题
数字测图复习题数字化测图复习题一、填空题1．广义的数字化测图又称为计算机成图主要包括：地面数字测图、地图数字化成图、航测数字测图和计算机地图制图。
2．数字测图的基本思想是将地面上的地形和地理要素转换为数字量，然后由电子计算机对其进行处理，得到内容丰富的电子地图。
3. 数字测图就是要实现丰富的地形信息、地理信息数字化和作业过程的自动化或半自动化。
4. 计算机屏幕上能显示的图形软件给出了两种表示方式，即矢量图形和栅格图形，对应的图形数据称为矢量数据和栅格数据；数字测图中通常采用矢量数据结构和绘制矢量图形。
5．数字地形表达的方式可以分为两大类，即数学描述和图像描述。
6. 计算机地图制图过程中，制图的数据类型有三种：空间数据、属性数据和拓朴数据。
而空间数据是所有数据的基础。
7. 绘图信息包括点的定位信息、连接信息、属性信息。
8．数字测图中描述地形点必须具备的三类信息为：点的三维坐标、测点的属性和测点的连接关系。
9．数字测图系统是以计算机为核心，在硬件和软件的支持下，对地形空间数据进行数据采集、输入、处理、绘图、存储、输出、管理的测绘系统；它包括硬件和软件两个部分。
10．数字测图系统主要由数据输入、数据处理和图形输出三部分组成，其作业过程与使用的设备和软件、数据源及图形输出的目的有关。
11．数字测图系统可区分为现有地形图的数字化成图系统、基于影像的数字成图系统、地面数字测图系统。
12．数字测图的基本过程包括：数据采集、数据处理、图形输出。
13．在计算机外围设备中，鼠标、键盘、图形数字化仪和扫描仪，属于输入设备；显示器、投影仪、打印机和绘图仪等，属于输出设备。
14．地面数字测图是利用全站仪或其它测量仪器在野外进行数字化地形数据采集在成图软件的支持下，通过计算机加工处理，获得数字地形图的方法，其实质是一种全解析机助测图方法。
15．目前我国主要采用数字化仪法、航测法和大地测量仪器法采集数据。
前两者主要是室内作业采集数据，后者是野外采集数据。
数字高程模型期末整理复习资料
数字⾼程模型期末整理复习资料数字⾼程模型期末复习资料第⼀章1.⾼程⽤来描述地形表⾯的起伏形态，传统的⾼程模型是等⾼线，其数学意义是定义在⼆维地理空间上的连续曲⾯函数，当此⾼程模型⽤计算机来表达时，称为数字⾼程模型。
2.数字⾼程模型的定义为：数字⾼程模型是对⼆维地理空间上具有连续变化特征地理现象通过有限的地形⾼程数据实现对地形曲⾯的数字化模拟－－模型化表达和过程模拟，Digital Elevation Model，简称DEM。
3.数字地⾯模型是利⽤⼀个任意坐标场中⼤量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连续地⾯的⼀个简单的统计表⽰。
4.DEM和DTM的关系：DEM是DTM的⼦集，是DTM最基本的部分；20世纪60年代出现了地理信息系统的概念，其含义包括了DTM，在概念上取代了DTM。
DTM提出后，其实际发展和应⽤中的内涵还主要局限于DEM，故⼆者的名称混淆使⽤，主要表⽰的都是DEM的概念。
5.数字地形表达的⽅式可以分为两⼤类：数学描述和地形描述(1)数字描述：全局：傅⽴叶级数；多项式函数局部：规则的分块函数；不规则的分块函数（2）图形描述：点：不规则分布；规则分布；特征点线：等⾼线；特征线；剖⾯图⾯：影像；透视图；其他6.模型是指⽤来表现其他事物的⼀个对象或概念，是按⽐例缩减并转换到我们能够理解的形式的事物本体。
7.模型可以分为三种不同层次：概念模型，物质模型，数学模型。
8.概念模型是基于个⼈的经验与知识在⼤脑中形成的关于状况或对象的模型。
9.物质模型通常是⼀个模拟的模型，如橡胶，塑料或泥⼟制成的地形模型。
10.数字模型⼀般是基于数字系统的定量模型。
包括函数模型和随机模型。
11.数字模型的优点：1他是理解现实世界和发现⾃然规律的⼯具。
2提供了考虑所有可能性，评价选择性和排除不可能性的机会。
3帮助在其他领域推⼴后应⽤解决问题的结果。
4帮助明确思路，集中精⼒关注问题重要的⽅⾯。
5使得问题的主要成分能够被更好的观察，同时确保交流，减少模糊，并改进关于问题⼀致性看法的机会。
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数字地形表达的方式
数字地形表达是一种利用数值数据来描述地球表面形状和特征的方法。
它广泛应用于地理信息系统（GIS）、地球科学和地图制作领域。
常见的数字地形表达方式包括：
•高程数据：用数字表示地形的高度或海拔。
•坡度数据：用数字表示地形的陡峭程度。
•坡向数据：用数字表示地形的朝向。
•等高线数据：用线条连接相同高度点，形成连续的等高线。
•地形模型：利用数学模型来生成地球表面的数字表示。
这些数据通常以栅格、矢量或三维模型的形式进行存储和展示。
数字地形表达的方式可以帮助我们更好地理解和分析地球表面的特征，例如地形起伏、水流走向、土壤类型等。
它在环境规划、土地利用、自然灾害研究等领域都有重要应用价值。