经典：7.数字高程模型数据质量分析与控制
数字高程模型（DEM）考试题目答案
数字⾼程模型（DEM）考试题⽬答案1、什么是数字⾼程模型，它有什么特点？答：⼴义：地形表⾯形态的数字化表达狭义：有限的离散⾼程采样数据对地表形态的数字化模拟特点1）精度的恒定性2）表达的多样性3）更新的实时性4）尺度的综合性2、简述数字⾼程模型的主要研究内容。
答：1)地形数据采集；2)数据组织与地表建模，主要分为不规则格⽹DEM(TIN)和规则格⽹DEM (GRID)；3)精度分析与质量控制；4)可视化表达；5)应⽤与分析3、试分析数字⾼程模型数据源及其特点1)地⾯本⾝通过⽓压测⾼法、航空和测⾼仪等可获得精度要求不⾼的⾼程数据，以⽤于⼤范围⾼程要求不⾼的科学研究2)既有模拟/数字地形图a地形图现势性：纸质地形图制作⼯艺复杂、更新周期长，⼀般不能反映局部地形地貌的变化情况。
b地形图存储介质：多为纸质存储介质导致地形图幅不同程度的变形。
c地形图精度：不同的精度对应的等⾼线等⾼距、对地形的综合程度、成图⽅法各不同。
3)航空/航天遥感影象航空/航天遥感影象的更新速度快，⼀直是地形图测绘和更新最有效、也是最主要的⼿段特点：遥感的⼏何畸变；遥感数据的增强处理；遥感数据的空间分辨率；遥感影像数据的解译与判读4)既有DEM数据4、简述数字⾼程模型数据采样中的基本布点⽅式及采样数据的属性。
基本布点⽅式：选择性采样、沿等⾼线采样、剖⾯法、规则格⽹采样、渐近采样、混合采样采样数据的三⼤属性：点的分布、密度、数据精度5、⽬前主流的DEM数据采集⽅法有哪些？并对各⽅法进⾏对⽐分析。
1）从地⾯直接采集的⽅法全站仪数字采集、GPS采集(RTK⽅式)；精度⾮常⾼(cm)、效率低、成本⾼、适⽤于⼩范围区域（特别是⼯程应⽤）2）地形图数据采集⽅法精度与底图有关(图上0.1~0.3mm)、效率⾼、成本低、适⽤于国家范围内的中低精度DEM的数据采集3）摄影测量数据采集⽅法精度⽐较⾼(cm~dm)、效率⾼、成本⽐较⾼、适⽤于国家范围内的较⾼精度DEM的数据采集6、DEM数据获取中的新技术和⽅法有哪些？答：1)合成孔径雷达⼲涉测量数据采集⽅法；2）机载激光扫描数据采集；3）基于声波、超声波的DEM数据采集7、简述GRID的结构特点与数据组织形式。
数字测绘产品的质量检查与质量控制
数字测绘产品的质量检查与质量控制数字测绘产品是指基于计算机技术和数学模型构建地理信息数据库的产品，包括数字地图、数字高程模型、数字影像、数字地球等。
这些产品的质量对于地理信息系统的应用和决策具有重要影响，在生态保护、城市规划、资源开发等领域发挥着重要作用。
因此，数字测绘产品的质量检查和质量控制是非常重要且必不可少的。
数字测绘产品的质量检查是指对数字测绘产品的数据质量、时空精度、符号说明以及数据完整性等指标进行检查。
其中，数据质量是数字测绘产品的基础，并且是其质量的关键点之一。
通过对数据的源头、采集、整理、处理等方面进行检查，以保证数字测绘产品的数据质量达到可接受的标准。
时空精度是指数字测绘产品中数据所描述的位置和时间与真实位置和时间的误差程度。
时空精度的检查需要根据数字测绘产品的需求和使用环境进行，保证其符合需要的精度标准。
符号说明是数字测绘产品中重要的元数据，能够帮助用户理解产品，使用、分析和操作数据。
因此，对于数字测绘产品，符号说明的质量也是必须要检查的。
数字测绘产品的质量控制是在数据质量检查的基础上，采取一系列措施，保证数字测绘产品的质量符合标准，并且满足用户的需求。
数字测绘产品的质量控制包括两个方面：过程控制和输出控制。
其中，过程控制是指对数字测绘产品的生产和处理过程进行控制，以保证数据采集、处理和存储等环节的质量符合标准。
过程控制需要采用一系列有效的措施，例如建立标准化的数据采集和处理流程、完善数据质控制度、加强设备维护和管理等，以保证数字测绘产品的数据质量。
总之，数字测绘产品的质量检查和质量控制是数字测绘行业中非常重要的方向，需要根据不同的需要和环境采取一系列有效措施来保证数字测绘产品质量。
只有如此，才能保证数字测绘产品的质量符合标准，满足用户需求，并发挥其应有的作用。
测绘技术中的数字高程模型处理技巧
测绘技术中的数字高程模型处理技巧随着科技的发展和测绘技术的进步，数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）在地理信息系统（Geographic Information System，GIS）和测绘领域中的应用越来越广泛。
数字高程模型是一种用于描述地理表面形态和地形特征的数据模型，它以离散点集或栅格形式存储地表高程信息。
本文将探讨数字高程模型处理的一些技巧，以帮助专业人士更好地应用这一技术。
首先，获取高质量的原始数据是数字高程模型处理的基础。
在测绘实践中，我们可以利用航空激光雷达（LiDAR）或卫星遥感数据等多种传感器获取地表高程信息。
其中，航空激光雷达技术由于其高精度和高空间分辨率的特点被广泛使用。
在数据采集过程中，应注意应避免遮挡物对数据质量的影响，并合理选择采样密度和扫描分辨率，以保证获取到的数据精度和覆盖范围。
在数据获取之后，数字高程模型的处理流程包括数据预处理、插值和精确度评估等步骤。
数据预处理是为了去除数据中的噪声和异常值，以确保模型的准确度和可靠性。
常用的预处理方法包括数据滤波、平滑和去除局部异常等。
插值是将离散的高程点或栅格数据转化为连续的地形表面，用以生成全面的数字高程模型。
插值方法有很多种，包括反距离权重插值、样条插值、克里金（Kriging）插值等。
在选择插值方法时，应考虑数据点分布特征、采样密度和地形类型等因素，并根据需求权衡插值结果的准确度和计算效率。
除了数据预处理和插值之外，精确度评估也是数字高程模型处理中至关重要的一步。
通过评估数字高程模型的误差和精度，可以判断其是否符合使用要求，并对后续分析和应用值的结果进行合理的判断和调整。
精确度评估的方法有很多种，如可视化分析、高程差分、平面精度指标等。
此外，还可以利用场地测量数据和精度参考数据进行对比，从而验证数字高程模型的准确性。
除了基础的处理步骤，数字高程模型的应用还有很多值得探讨的方面。
例如，数字高程模型可以用于制图、工程设计、地貌分析、水文模拟等多个领域。
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
数字高程模型的精度评估技巧
数字高程模型的精度评估技巧数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种以数字形式呈现地表地形的技术。
精度评估是判断DEM数据真实性和可靠性的重要步骤。
本文将探讨数字高程模型的精度评估技巧。
一、简介数字高程模型是指通过测量、控制点云数据和空间插值技术生成的一种数值化地表地形模型。
DEM被广泛应用于地理信息系统、地质勘探、气象、水文、城市规划等领域。
然而，DEM数据的精度直接影响其应用效果和准确性。
二、精度评估的意义精度评估是判断DEM数据质量的重要手段。
精度评估能够帮助用户了解DEM 数据的精确程度，提供科学决策的依据，并确保数据的可靠性。
通过准确评估DEM数据的精度，可以避免在实际应用中因数据误差造成的不良影响。
三、影响DEM精度的因素1. 测量精度：测量设备、测量方法等影响了DEM数据的精度。
使用高精度测量设备和精确的测量方法能提高DEM数据的精度。
2. 栅格间距：栅格间距指DEM数据中每个栅格点代表的空间距离。
较小的栅格间距能够提供更精细的地形信息，提高DEM数据的精度。
3. 数据质量：DEM数据的来源和处理过程也会影响其精度。
高质量的原始数据和精细的数据处理能够得到更准确的DEM数据。
四、常用的精度评估技巧1. 独立控制点法独立控制点法是通过在DEM数据中设置若干个已知高程的控制点，并与实地测量数据进行对比，计算DEM数据的误差和精度。
这种方法可用于验证DEM的整体精度。
2. 交叉验证法交叉验证法是将DEM数据分割成两个部分，一部分用于插值生成DEM，另一部分则用于与实地测量数据进行对比。
通过比较两者之间的差异，可以评估DEM数据的精度。
3. 精度与分辨率关系分析法高分辨率DEM数据与低分辨率DEM数据之间存在一定的精度关系。
通过比较不同分辨率DEM数据与实地测量数据之间的误差，可以分析出DEM数据的精度。
4. 基准面对比法采用已知高程的基准面进行对比和校正，对比基准面和DEM数据之间的差异，可以评估DEM数据的精度。
测绘技术中的数字高程模型分析方法
测绘技术中的数字高程模型分析方法数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是测绘技术中一种重要的数据模型，用于描述地球表面的地形高程信息。
它通过将地面的海拔高程转化为数字化数据，为地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）和地图制作提供了基础数据。
本文将介绍数字高程模型的基本概念、获取方法以及其在测绘中的分析应用。
一、数字高程模型的基本概念数字高程模型是一种数值化地理模型，它以离散的高程数值来表示地表的形态特征。
在数字高程模型中，地表被分割成一系列的矩形网格或三角形网格，每个网格点上都有一个高程数值。
这些高程数值可以通过实地测量、遥感图像解译、光学测距等手段获取。
数字高程模型主要包括DEM（数字高程模型）和DTM（数字地形模型）。
DEM是最基本的数字高程模型，它以等高线、点测高、曲面拟合等方法确定地表点的高程值。
DTM是DEM的一种扩展，它不仅包括地表点的高程值，还包括障碍物（如建筑物、树木等）的高程值，能够更准确地描述地表的形态特征。
二、数字高程模型的获取方法1. 实地测量法：传统的数字高程模型获取方法是通过实地进行测高。
这种方法需要在地表上设置测量器材，通过精确的测量仪器获取地表各个点的高程值。
实地测量法的优点是测量结果准确可靠，但是需要耗费大量的人力和物力。
2. 遥感测量法：遥感测量是通过遥感卫星、航空摄影等手段获取地表高程信息的方法。
遥感测量法通过拍摄地表图像，并利用图像解析技术计算地表高程。
这种方法具有成本低、效率高的特点，可以获取大范围区域的高程数据。
三、数字高程模型的分析应用数字高程模型在测绘中的应用非常广泛，可以用于地形分析、地理信息系统分析、工程规划等领域。
1. 地形分析：数字高程模型可以用于地表形态的分析，如地貌分类、地形剖面分析等。
通过对数字高程模型进行等高线提取、坡度计算等操作，可以得到地表的形状信息，为地质灾害识别和地貌研究提供依据。
如何进行数字高程模型的测绘与分析
如何进行数字高程模型的测绘与分析数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地理信息系统（GIS）中的一种重要数据模型，用于描述地表形态的高程信息。
在地质勘探、土地规划、环境管理等领域，DEM的测绘与分析对地表形态的认知和决策具有重要作用。
本文将探讨如何进行数字高程模型的测绘与分析，包括数据采集、处理以及应用等方面。
一、数据采集数字高程模型的测绘首先需要采集高程数据。
常用的数据采集方法包括全球卫星导航系统（GNSS）测量、激光雷达扫描以及航空摄影测量等。
其中，激光雷达扫描是目前最常用的高程数据采集技术之一。
激光雷达利用激光束扫描地面，通过测量激光束的反射时间和角度，可以获取高精度的地面点云数据。
这些点云数据可以构建数字高程模型，同时还可以进行地物分类和三维建模等应用。
二、数据处理1. 数据预处理在进行数字高程模型的测绘与分析之前，需要对采集到的原始数据进行预处理。
主要包括数据去噪、点云配准和分块处理等。
数据去噪是指对采集到的点云数据中的噪声点进行滤除，以保证后续处理的准确性。
点云配准是将不同采集位置的点云数据进行匹配，以建立一个统一的坐标系。
分块处理是将大范围的点云数据划分为小块，以便后续处理时提高计算效率。
2. 数据重采样为了减少数据量和保证数据的统一性，在进行数字高程模型的分析时，常常需要对原始点云数据进行重采样。
重采样是指将不规则采样的点云数据转换为规则网格形式的数据。
常用的重采样方法包括TIN（三角形不规则网格）和Grid（规则网格）等。
根据具体的应用需求，可以选择不同的重采样方法。
3. 高程数据提取在建立数字高程模型之前，还需要从点云数据中提取高程信息。
常见的高程数据提取方法包括插值法和几何法。
插值法是利用已知高程点的高程值推算未知高程点的高程值。
几何法基于点云数据的几何特征，通过计算邻域内的点云密度或曲面拟合等方式进行高程数据提取。
三、数据分析与应用1. 地形分析数字高程模型的测绘与分析主要用于描述地表形态，因此地形分析是DEM应用的核心内容之一。
如何进行数字高程模型的制作和分析
如何进行数字高程模型的制作和分析数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地理学和地图制图中常用的一种工具，用于描述地球表面的地形高程。
制作和分析数字高程模型是地理信息系统（Geographic Information System，GIS）领域中的重要研究内容。
本文将介绍数字高程模型的制作和分析过程。
一、数字高程模型的数据获取数字高程模型的制作需要用到地形数据，常用的获取方法包括遥感卫星影像、激光雷达和测绘数据。
遥感卫星影像可以通过遥感技术获取地表的影像数据，通过影像处理和解译，可以得到地表特征和高程信息。
激光雷达是一种主动遥感技术，可以通过激光束扫描地表，测量地面和物体的高程信息。
测绘数据则是通过传统测量手段获得的地形数据，例如航测、地形测量等。
二、数字高程模型的数据处理1. 影像预处理：如果使用遥感卫星影像作为数据源，首先需进行预处理。
预处理包括影像色调校正、去噪和增强等，以提高数据质量。
2. 点云生成：对于激光雷达数据或测绘数据，需要将原始数据转化为点云数据。
点云数据是由大量的三维坐标点组成，每个点对应一个地面或物体的高程。
3. 数据过滤：对点云数据进行噪声过滤和异常值处理，以提高数据质量。
4. 数据插值：由于实际采集到的高程数据点通常不均匀分布，需要进行数据插值以补充缺失的高程信息。
常用的插值方法有逆距离加权法、克里金法等。
三、数字高程模型的制作1. 三角网剖分：将采集到的高程数据点通过连接相邻点构成三角网，形成由三角形构成的网格。
2. TIN模型生成：通过三角网剖分，可以生成三角不规则网（Triangulated Irregular Network，TIN）模型，即一种由三角形组成的地表模型。
TIN模型可以准确地表示地表的地形特征，并具有高度的灵活性。
3. 栅格模型生成：栅格模型是将地表划分为等大小的网格单元，并将每个单元的高程值存储在栅格数据中。
栅格模型可以方便地进行空间分析和计算。
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时间精度
指数据的现势性。可以通过数据更新 的时间和频度来表现。
逻辑一致性
指地理数据关系上的可靠性，包括数 据结构、数据内容，以及拓扑性质上 的内在一致性。
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
不管采用哪种内插算法，内插点的计算高程与 实际量测高程之间总存在差值。高程内插的误 差一方面和选用的数学方法(内插算法)有关，另 一方面和采点的方式有关。
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DEM构造误差
对于一些特殊地形、地貌并没有输入错误, 但是也可能出现较大误差。对于这种情况,必 须实施一些专业的技术处理。
对“陡崖”地貌的表示
遇到陡崖的时候,地形图上一般都会有特定的符号表示。这种情况 若按照地形图上等高线的画法来数字化等高线,即使将等高线正确赋值、 没有遗漏,也不能够把实际地貌表现出来。必须对陡崖出现的地方进行 专业化处理,把断掉的等高线按照实际走向连接起来,并且密集一些。至 于陡崖符号,只是一种表示符号,不能把它当作等高线连接起来
涉及DEM原始数据质量的重要因素是 数据点自身的精度。
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
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。
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。
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)的质量来衡量。
等高线赋值误差
等高线赋值误差是一个比较常见的问题。将A、B两 条等高线的值由200和250错赋值为1000和750，使得 原来平缓的山坡变为有陡崖,地形非常复杂的山坡。将 等高线由280错赋值为100,使得原来凸出来的台地变为 凹下去的台地。
这种对实际地形、地貌的错误描述严重影响DEM 的精度。减少这种误差除了需要加倍仔细外,提高识 图技能,掌握必要的地形、地貌知识也是很重要的。
整体效果
空间数数据据质量质是量空间及数据其在精表达度空分间位析置、专题
特征以及时间这三个基本要素时，所能够达到的 准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统 一性的程度。 （1）误差(Error) （2）数据的准确度(Accuracy) （3）数据的精密度(Resolution) （4）不确定性(Uncertainty)
数据情况说明
要求对地理数据的来源、数据内容及 其处理过程等做出准确、全面和详尽 的说明。
位置精度
指空间实体的坐标数据与实体真实位置的 接近程度，通常表现为空间三维坐标数据精 度。它包括数学基础精度、平面精度、高程 精度、接边精度、形状再现精度、像元定位 精度。平面精度又分为相对精度和绝对精度。
属性精度
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；
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้
常见的人为误差
漏输或错输高程注记点
矢量化过程中由于要在效果并不太好、密密麻 麻的底图上寻找大量高程注记点及其高程值,很容 易使矢量化人员错输或者漏输山头上的高程注记 点,这样造成的影响是产生许多错误地形,如平顶山。 因此,在数字化过程中要特别留意对高程注记点的 全面、正确赋值。
常见的人为误差
数据完整性
指地理数据在范围、内容和结构等方 面满足所有要求的完整程度，包括数 据范围、空间实体类型、空间关系分 类、属性特征分类等方面的完整性。
表达形式的合理性
主要指数据抽象、数据表达与真实地 理世界的吻合性，包括空间特征、专 题特征、时间特征表达的合理性。
误差来源
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；
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DEM构造误差
消除“平顶山”
地形图中有一些山头有高程注记点,但是仍然有许多小山包没有加高程 注记点,遇到这种情况应该人为添加高程值不超过一个等高距的高程注记点, 或者借用大比例尺地形图上的有效高程点,否则插值得出的DEM会出现平顶 山。
误差分类（观察的角度）
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。
几个概念
➢误差—— 误差反映了数据与真实值或大家公
认的真值之间的差异。
➢数据的准确度 ——结果、计算值、估计值与
真实值之间的差异。
➢数据的精密度——数据表示的精密程度,亦即
数据表示的有效位数。
➢不确定性——关于空间过程和特征不能被准确
确定的程度。
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空间数据质量评价
数据情况说明 时间精度(现势性) 位置精度(几何精度) 分类精度(属性精度) 可靠性 逻辑的一致性、完整性 数据采集与编码方法
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数据质量分析与控制
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。