数字高程模型(DEM)数据采集方法及对比分析
详解测绘技术中的数字高程模型生成与分析方法
详解测绘技术中的数字高程模型生成与分析方法数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是测绘技术中的一项重要应用，用于描述地球表面的高度信息。
它利用测量数据和数学算法将地形表面离散化成一系列的高度点，形成一个三维模型。
本文将详细介绍数字高程模型生成与分析方法，涵盖数据获取、处理和应用等方面。
一、数据获取数字高程模型的生成离不开高质量的数据，主要分为航空遥感影像、卫星遥感影像和激光雷达数据三种类型。
1. 航空遥感影像航空遥感影像是通过航空器进行飞行拍摄得到的影像数据，具有较高的分辨率和覆盖范围。
常用的航空遥感影像有航空摄影和航空激光雷达数据。
航空摄影利用相机拍摄地面影像，而航空激光雷达则通过发射激光束并测量其返回时间来获取地面高度信息。
2. 卫星遥感影像卫星遥感影像是通过卫星载荷获取的影像数据，具有较大的范围和全球覆盖能力。
卫星遥感影像常用的分辨率有中分辨率（30m-60m）和高分辨率（1m-10m）两种。
它们适用于较大尺度的地形分析，在城市规划、土地利用等方面有广泛应用。
3. 激光雷达数据激光雷达是一种主动遥感技术，通过发射激光束并测量其返回时间来获取地面高度信息。
激光雷达数据具有高精度、高密度等特点，适用于细致地形分析和建模。
然而，激光雷达数据成本较高，获取和处理难度也较大。
二、数据处理生成数字高程模型需要对获取的原始数据进行处理和分析，主要包括数据校正、滤波和插值等步骤。
1. 数据校正数据校正是指将原始数据转换为地理坐标系或投影坐标系下的数据。
在处理航空摄影影像时，需要进行内外方位校正，即校正摄像机的位置和姿态参数。
对于激光雷达数据，则需要进行大气校正、地表反射率校正等操作，以提高数据的准确性和可靠性。
2. 滤波在数据处理过程中，会受到各种干扰和误差的影响，如地物的遮挡影响、采样误差等。
为了去除这些干扰，需要进行滤波操作。
常用的滤波方法有均值滤波、中值滤波和高斯滤波等，通过对数据的平滑处理，可以提高数字高程模型的精度和可靠性。
测绘技术中的DEM数据处理与分析
测绘技术中的DEM数据处理与分析测绘技术是一门对地球表面进行精确测量和制图的学科，其在地理信息系统、城市规划、环境保护等领域扮演着重要角色。
在测绘技术中，数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一个重要的数据源，它反映了地表的高程信息。
DEM数据的处理和分析对于各种应用具有重要意义。
一、DEM数据的获取DEM数据可以通过多种方式获取，其中最常见的是使用雷达技术获取地表高程信息。
利用激光雷达系统进行数据采集，可以快速获取大面积地表高程数据。
通过计算激光束的飞行时间，可以确定地表与激光束之间的距离，从而得到地表高程。
另外，还可以使用卫星数据、航空摄影等方法获取DEM数据。
二、DEM数据的处理1. 数据清洗在获取DEM数据后，首先需要进行数据清洗。
数据清洗是指对数据中的异常值、孔洞缺失、噪声等进行处理，以提高数据质量。
例如，使用插值算法填充DEM数据中的孔洞，去除噪声点等。
2. 数据校正DEM数据中常常存在高程偏差问题，即DEM数据的绝对高程值与实际地形存在差异。
因此，需要进行数据校正来消除这种偏差。
校正的方法包括大地水准面校正、GPS校正等。
3. 数据平滑由于测量误差、噪声等原因，DEM数据中常常存在波动和不连续现象。
为了提高数据的平滑性，需要对DEM数据进行平滑处理。
常用的平滑方法有滤波算法、插值算法等。
三、DEM数据的分析1. 地形分析DEM数据可以用于进行地形分析，包括地形特征提取和等高线绘制等。
通过对DEM数据进行特征提取，可以获得地表的斜度、坡向、高程等信息。
这些信息对地理信息系统、城市规划等领域具有重要意义。
2. 洪水模拟DEM数据在洪水模拟中起着关键作用。
通过将DEM数据输入到洪水模拟模型中，可以模拟洪水的扩展范围、水流速度等。
这对于防洪工程设计、灾害预警等具有重要意义。
3. 土地利用规划DEM数据可以用于土地利用规划。
通过分析DEM数据，可以获得地表的坡度、坡向等信息，从而确定适合农田、林地、建设用地等不同用途的区域。
使用数字高程模型进行地形分析的步骤和技巧
使用数字高程模型进行地形分析的步骤和技巧使用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）进行地形分析可以帮助我们更深入地了解地球表面的形态和特征。
在这个过程中，我们需要遵循一系列的步骤和技巧，以确保我们能够获得准确和可靠的分析结果。
首先，进行地形分析的第一步是获取合适的DEM数据。
DEM数据可以从多个渠道获取，包括地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）数据提供机构、地方政府和学术机构等。
我们可以根据自己的需求选择合适的DEM数据集，确保数据的分辨率和精度能够满足我们的要求。
在获得DEM数据后，我们需要对数据进行预处理，以便使其更适合用于地形分析。
这包括数据的清理和修复，以去除潜在的错误或缺失值。
同时，我们还可以对DEM数据进行滤波平滑以去除噪声，并进行坡度校正，以便更准确地表示地形特征。
一旦我们获得了处理后的DEM数据，我们就可以开始进行地形分析了。
其中最常见的一项分析是计算地形坡度。
坡度是地形表面上某一点的下降速率，通常以百分比或度数表示。
我们可以使用坡度计算公式来计算不同地点的坡度，并根据坡度值的分布来理解地形的陡峭程度和地形特征。
另外，地形坡向是另一个重要的地形分析指标。
它指示了地表的方向，即水流的路径。
为了计算地形坡向，我们可以使用计算水流路径的算法，如D8流向算法或D-inf流向算法。
通过分析地形坡向，我们可以更好地了解地表水流的分布和汇集情况。
此外，地形曲率也是一个常见的地形分析指标。
地形曲率表示地表曲线在某一点的曲率程度，可以帮助我们理解地形特征的起伏和起伏的连续性。
为了计算地形曲率，我们可以使用基于邻域统计的计算方法，例如偏导数方法或滑动窗口方法。
通过分析地形曲率，我们可以更好地理解地形的起伏和地貌特征。
除了这些常见的地形分析指标之外，我们还可以根据自己的需求选择其他合适的地形分析方法和技术。
例如，我们可以使用地形剖面来展示地形剖面线上的高程变化情况，或者使用地形阴影来模拟地表在不同光照条件下的阴影效果。
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
数字高程模型的数据获取方法
InSAR系统用于地表三维重建的几何原理。图 干预DEM生成过程。
3.5 从地形图采集数据的方法
对地形图要素进行数字化处理，用某种数据建模方法内插DEM。 坐标转换的后台处理。
3.5.1 手扶跟踪数字化
流方式 点方式
3.5.2 扫描数字化和栅格矢量化
图3.5.3 DLG〔数字线划地图〕 图
3.6 从地面直接采集数据的方法
3.1.1 影像
航空
3.1 DEM的数据来源
航天：传统的立体扫描仪，精度低，适合小比例尺DEM 高分辨率影像、SAR技术、激光扫描技术等，精度提高。
3.1.2 地形图
现势性问题，地表变化快，无法及时更新。 精度问题，与比例尺有关。
3.1.3 地面本身及其他数据源
地面直接采集，精度高但适合小范围。 气压测高法、水文站、气象站、地质勘探和重力测量等，范围大，精度低。
商业星载SAR系统获取干预数据：欧空局的ERS-1,ERS-2、日本的 JERS-1和加拿大的RADARSAT-1等。
NASA/JPL屡次短期的民用卫星或航天飞机SAR成像试验，SEASAT SAR、 SIR-A、SIR-B、SIR-C/射一个椭圆锥状的微波脉冲束，椭圆锥的轴垂直于 平台飞行方向，在垂直于轨道面内，波束高度角与雷达天线的宽度有关； 在平行于轨道面内的椭圆锥顶角与雷达天线的长度有关。〔见公式和 〕 椭圆锥状的微波脉冲束在地表形成一个辐照带(footprint)，可看作由许多 小的空间面元组成，每一个面元将雷达脉冲后向散射回去。〔图3.3.3)
X L 2
雷达影像的每一像素不仅包含灰度值，而且包含与雷达斜距〔一般取样 到垂直于平台飞行方向的斜距上〕有关的相位值。 InSAR主要是基于这些相位数据的处理来提取有用信息。
DEM数据获取方法资料
DEM数据获取方法资料DEM（Digital Elevation Model）数字高程模型是通过测量和计算地球表面的高程数据而生成的一种地形表面的模型。
DEM数据广泛应用于地形分析、地貌与水文模拟、三维可视化、地球科学研究、环境规划等领域。
获取DEM数据的方法主要有空间遥感技术、测绘技术和数值高程模型。
一、空间遥感技术获取DEM数据1.激光雷达（LiDAR）技术：激光雷达技术通过激光的脉冲反射来测量地表的高程，能够高精度地获取地形数据。
激光雷达设备搭载在航空器或地面车辆上，通过扫描地面并记录雷达返回的信号，高效地获取大面积DEM数据。
2.雷达干涉（InSAR）技术：雷达干涉技术利用合成孔径雷达成像来测量地表的形变和高程变化。
通过使用两个或多个雷达图像，可以计算地表的高程信息，并生成DEM数据。
这种技术可以应用于大面积的地表变形监测和地形测量。
3.卫星测高：卫星测高技术通过卫星载荷接收和处理地表的雷达回波信号，测量地表的高程，并生成高精度DEM数据。
这种方法适用于获取大范围的DEM数据，但精度相对较低。
二、测绘技术获取DEM数据1.地面测量：地面测量是通过在地面上放置测量仪器，通过测量角度、距离和高程来获取地表的高程信息。
常见的地面测量方法包括全站仪、GPS测量等，可以获取高精度的局部DEM数据。
2.摄影测量：摄影测量是通过航空或航天平台上的相机拍摄地面的图像，并通过图像处理和测量方法来推算地表的高程信息。
该方法适用于中等精度的大范围DEM数据获取。
3.地形测绘：地形测绘是通过现场勘测和测量获取地形数据，包括通过地形测图、地形描图和地形探测来获得地表高程数据。
这种方法适用于小范围和高精度的DEM数据获取。
三、数值高程模型获取DEM数据1.数学建模：数学建模是通过现有地表高程数据进行数学建模和插值方法来推算出没有测量点的地表高程数据。
常用的数学建模方法包括三角网格插值、反距离权重插值等，可以较好地还原地表的高程。
数字高程模型第三章DEM数据获取方法
扫描与矢量化：黑色或彩色扫描，扫描参数根据图件信息量、线划密度、质量等因素调节，一般分辨率不小于300dpi。扫描后进行矢量化。 数据分层：主要用于DEM的层有地形信息层、水系层、推测区域、辅助高程层、公里网层等。
2.摄影测量数据采集方法 1〕摄影测量的根本原理：利用在不同地方获取的具有一定重叠度的同一景物的两张影像，在室内建立立体模型，对其进行三维量测。 2〕摄影测量的信息获取方式 航空/航天摄影测量：飞行器上搭载摄影测量设备〔传感器〕，垂直摄影方式获得数据。 地面摄影测量：采用倾斜摄影或交向摄影方式获取数据。
基于不同观点的采样 1.统计学观点：DEM外表可以看作是点的特定集合〔采样空间〕有随机采样和系统采样两种方法。因此，对特定集合的研究可以转化为对采样数据的研究。 随机采样：对各采样点以一定概率进行选择，各点被选中的概率各不相同〔假设概率相同那么为简单随机采样〕。 系统采样：也称规那么采样，以预先设定的方式确定采样点，各采样点被选取得概率为100%。
5 . 地貌单元类型 不同的地貌类型划分对DEM数据采集有一定的指导意义，如黄土地貌破碎，要分布较的采样点，而平原地区高程数据的精度要求比较高〔对坡向、流域网络影响比其他地区要大〕。
采样数据的属性 采样：确定在何处需要量测点的过程，这个过程由三个参数决定：点的分布、点的密度和点的精度。 1.采样数据的分布：由数据位置和结构来确定，指数据点的分布形态。 位置由地理坐标系统中经纬度或格网坐标系统中坐标决定。 结构〔分布〕的形式很多，因地形特征、设备、应用的不同而不同。 结构〔或分布〕的类别之间没有明显的界线和标准，实际采样时相互之间很多时候是重叠的。
5.选择性采样：根据地形特征进行选择性采样，沿山脊线、山谷线、断裂线、离散特征点〔山顶点〕等。 优点是只需以少量的点便能使其所代表的地面具有足够的可信度。 6.混合采样：将选择性采样与规那么格网采样相结合或者是选择性采样与渐进采样相结合的方法。
测绘技术如何进行DEM生成与分析
测绘技术如何进行DEM生成与分析测绘技术在地理信息系统（GIS）和遥感领域中起着重要的作用。
其中，数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）的生成和分析是测绘技术应用的重要方面之一。
本文将介绍DEM的生成和分析的基本原理和方法。
一、DEM生成DEM是地球表面高程信息的数字化表示，可以呈现出地面的起伏和形状。
常见的DEM生成方法有光学影像法、激光雷达法和雷达干涉法等。
1. 光学影像法光学影像法是利用航空或卫星遥感影像来生成DEM的一种方法。
通过对图像进行几何矫正和配准，可以获取地面上的特征点的坐标，并计算出其高程信息。
这种方法常用于大面积的地形测量和地貌分析。
2. 激光雷达法激光雷达法是利用激光器向地面发射激光束，通过测量激光束的反射时间和回波强度来计算地面点的坐标和高程信息。
这种方法具有高精度和高分辨率的优势，常用于山地地形的测量和建模。
3. 雷达干涉法雷达干涉法是利用合成孔径雷达（SAR）的干涉图像来生成DEM的一种方法。
通过对两幅或多幅干涉图像进行差分操作，可以获取地表的高程变化信息。
这种方法适用于大范围的地表变形监测和地震研究。
二、DEM分析DEM生成后，可以进行各种地形参数的分析和应用。
下面介绍几种常见的DEM分析方法。
1. 地形剖面分析地形剖面分析是对DEM数据进行剖面提取，以了解地面的起伏变化情况。
通过剖面分析，可以获取地面的高程变化曲线，并进一步计算地形参数，如坡度、坡向、高程差等。
这些参数对地质研究、水文模拟和土地规划等领域具有重要意义。
2. 流域提取和水流模拟利用DEM数据可以提取出流域范围，并计算出流域的面积、长度和周长等属性。
同时，基于DEM数据，还可以进行水流模拟和洪水预测。
通过建立流域模型，模拟水流在地表的流动过程，从而预测洪水灾害的发生和影响。
3. 三维可视化和地形重建利用DEM数据可以进行三维地形模型的可视化和地形重建。
通过DEM数据，可以构建真实的地形模型，使人们能够直观地了解地貌特征和地形变化。
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数字高程模型(DEM)数据采集方法及对比分析摘要本文简要论述数字高程模型（DEM）数据采集方法及对比分析。
关键词数字高程模型（DEM）；数据采集方法；对比分析
随着测绘技术设备和计算机技术的结合与科技技术不断发展。
数字化地图逐渐取代了以往模式，其中数字高程模型数据作为地理性息的基础数据以广泛的应用于国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域。
本文简要论述数字高程模型（DEM）数据采集方法及对比分析。
1 数字高程模型（DEM）
数字高程模型（Digal Elevation Model）是在高斯投影平面上规格的各网点的平面坐标（X，Y）及高程（H）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数据。
为完整反映地表形态，应配套相应的离散高程点。
2 数字高程模型（DEM）数据采集方法
为建立数字高程模型（DEM），必需按精度要求采集足够的点位三维坐标。
下面就简述数据的采集方法。
2.1 纸介质地形图数据采集方法
原有的纸图成已不能满足社会发展的需要，数字化地图产品的输出已成为必然。
纸质图数据化是一种DEM数据获取的最基本方法，可分为手扶跟踪数字化和扫描矢量化。
1）手扶跟踪数字化。
手扶跟踪数字化是目前最为广泛使用的将已有地图数字化的手段，利用手扶跟踪数字化仪可以输入点地物、线地物以及多边形边界的坐标，通常采用两种方式，即点方式和流方式，流方式又分距离流方式和时间流方式。
手扶跟踪数字化，可以直接获取矢量数据。
用数字化仪跟踪纸介质图形中的点、线等信息，通过数字化软件实现图形信息向数字化信息的转换。
使用跟踪数字化仪（手扶或自动）将地图图形要素（点、线、面）进行定位跟踪，并量测和记录运动轨迹的X，Y坐标值，获取矢量式地图数据。
2）扫描矢量化。
扫描矢量化的基本原理是对各种类型的数字工作底图如纸质地图、黑图或聚酯薄膜图，使用扫描仪及相关扫描图像处理软件，把底图转化为光栅图像，对光栅图像进行诸如点处理、区处理、桢处理、几何处理等，在此基础上对光栅图像进行矢量化处理和编辑，包括图像二值化、黑白反转、线细化、噪声消除、结点断开、断线连接等。
这些处理由专业扫描图像处理软件进行，其中区处理是二值图像处理（如线细化）的基础，而几何处理则是进行图像坐标纠
正处理的基础，通过处理达到提高影像质量的目的。
然后利用软件矢量化的功能，采用交互矢量化或自动矢量化的方式，对地图的各类要素进行矢量化，并对矢量化结果进行编辑整理，存储在计算机中，最终获得矢量化数据，即数字化地图，完成扫描矢量化的过程。
2.2 采样原理
采样主要有两大类: 一类是随机采样，另一类是系统采样。
随机采样是指通过随机方式选取采样区中平面坐标的方式来确定采样点，由于每个坐标点都有预先选择的概率，应用概率论的知识，可以对整个采样区进行概括。
但是由于是随机的方式，运气不佳的时候，就会产生随机抽取的采样点可能会集中在采样区域的某一个小区域中，特别是在采样点较少时。
因此，为了能将采样点均匀的分布在整个采样区域中，就产生了系统采样。
这里所谈到的系统采样是指所有以系统采样为基础的采样方式主要包括规则随机采样、局部随机分配下的系统采样、网格随机变化下的系统采样、聚类采样，等高线采样、横切面采样等。
每一种方法都有其本身的优势和局限，及适用的范围，在实际应用中应该综合考虑，选取其中的适合的方法。
为了能更好地进行样本的预处理，在对某个区域进行高程采样时，应尽量遵守以下基本原则。
1）采用规则随机采样：这样做可以使采样点覆盖整个地区。
2）通过对整个区域的观察，确定在哪些局部区域需要加密，对这些地区应用横切面采样。
3）对整个区域内的大规模的突变点应用特殊化规则随机采样。
由于大规模的突变一般是呈线状，且位于两个区域的边界，所以采样时沿突变边界应用规则采样。
2.3 野外测量数据采集方法
野外测量数据采集的方式主要有：全站仪测量、GPS测量、车载GPS采集等方法。
野外的数据采集工作量大，数据采集过程中需注意碎部微地形，以提高数据采集的质量与完整性。
为方便后续的工作，野外数据采集要求有完整的地物编码系统。
2.4 空间传感器
利用GPS、雷达和激光测高仪等进行数据采集。
1）合成孔径雷达干涉测量数据采集方法。
合成孔径雷达干涉测量（InSAR）是传统的微波遥感与射电天文干涉技术相结合产物。
他利用了多普勒频移的原理改善了雷达的分辨率，特别是方位分辨率，提高了雷达测量的数据精度。
合成孔径雷达干涉测量是通过对不同空间位置获取的同一地区的两个雷达图像利用杨
氏双缝光干涉原理进行处理，从而获取该地区的地形信息。
2）机载激光扫描数据采集方法。
机载激光扫描系统又称为机载激光雷达。
由于激光扫描不需要反光镜，还可以被看到，而且也很少受气候条件影响，测量精度又高，因此机载激光扫描成为测绘困难地区和地物密集地区，森林地区和电力线等的新兴技术。
机载激光扫描的原理主要利用主动遥感的原理，机载激光扫描系统发射出激光信号，经有地面反射后到系统的接收器，通过计算发射信号和反射信号之间的相位差或时间差来得到地面的地形信息。
3 数字高程模型（DEM）数据采集方法及对比分析
1）纸质地形图数据采集容易获取，所需设备和人员却要求不高，采集速度也比较快，易于大批量作业。
2）摄影测量在基本比例尺测图中起到了非常关键的作用，影像数据的特点是更新速度快，对于大范围、大批量的数据获取是一种主要方法。
但高程数据的精度受外界因素影响较大，对于精度要求高的DEM需局部野外实测配合作业。
3）野外实测数据精度最高，但数据采取工作量较大，效率不高，费用较高，适用于小范围大比例尺DEM作业。
其可做大范围DEM的局部更新以及工程用DEM的建设。
4 结束语
通过以上数字高程模型（DEM）数据采集方法及对比分析。
根据数字高程模型（DEM）精度要求，应选择合适的数据采集方法，提高采集效率和质量，为后续工作提供可靠的DEM数据源。
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