DEM复习资料总结

DEM复习资料第一章概述数字地形的表达方法及其分类数字地形模型（DTM，Digital Terrain Model）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。

数字高程模型数字高程模型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，即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的模型化表达和过程模拟，简单地说，空间起伏连续变化现象的数字化表示和分析工具的集合。

DEM和DTM的区别与联系（1）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；数字高程模型中地形属性仅为高程。

（2）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。

（3）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，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。

数字高程模型的分类⑴按照结构分类：基于面单元的DEM；基于线单元的DEM；基于点的DEM。

⑵按照数据源分类：以航空和航天遥感资料为数据源；以地形图为数据源；以地面实测纪录为数据源；以各种专题底图为数据源；以统计报表和行政区域底图为数据源。

㈢按照内容分类：综合性的DEM（全国性的DEM,包括地形、资源环境和社会经济）；区域性DEM（局限于某个行政区或自然区，比例较大，框架线条趋细）；专题性DEM；单项DEM。

⑷按照结构形式分类：规则格网DEM；等值线DEM；曲面数字DEM；平面多边形DEM；空间多边形DEM；散点DEM。

⑸按连续性分类：不连续型DEM (Discontinuous DEM) ；光滑DEM (Smooth DEM)DEM最主要的三种表示模型规则格网模型、等高线模型和不规则三角网模型DEM 的特点精度的恒定性、表达的多样性、更新的实时性、尺度的综合性第二章DEM的数据组织与管理DEM的建立（它的建立实际上是一种地形数据的建模过程。

）DEM的建立首先要对地形曲面进行抽象、总结和提炼，形成高度概括的地形曲面数据模型，然后在此数据模型基础上，将观测数据按照一定的结构组织在一起，形成对数据模型的表述，最后借助计算机实现数据管理和地形重建。

DEM 数据设计基本原则①适用性②运行性③更新性④相关性⑤相容性⑥先进性⑦高质量⑧完备性⑨安全性镶嵌数据模型㈠镶嵌数据模型（Tessellation model）源于这样的思想：空间对象可用相互连接在一起的网络来覆盖和逼近，或者说用在二维区域上的网络划分来覆盖整个研究区域。

㈡镶嵌数据模型按照网格形状可分为规则镶嵌数据模型和不规则镶嵌数据模型。

㈢规则镶嵌数据模型：就是用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形曲面。

评价：优点：（1）其数据结构为通常的二维矩阵结构，每个网格单元表示二维空间的一个位置，不管是沿水平方向还是垂直方向，均能方便地利用简单的数学公式访问任何位置的格网单元；（2）处理这种结构的算法比较多而且成熟，大多数计算机程序语言都有矩阵处理功能。

（3）以矩阵形式存储和组织数据还具有隐式坐标，即格网单元的平面坐标隐含在矩阵的行列号之中，从而不需要进行坐标数字化。

缺点：是不管地形变化复杂还是简单，均采用相同的结构，导致数据冗余而给数据管理带来不便。

㈣不规则镶嵌数据模型：是指用来进行镶嵌的小面块具有不规则的形状和边界。

特点：不规则三角网数字高程模型由连续的三角面组成，三角形的形状、大小取决于不规则分布的点的位置和密度。

地形变化越简单，采样点就越少，则单元格就越大；反之地形变化比较复杂，数据点分布比较密集，格网单元就越小。

与规则格网的区别：TIN模型不需要维护模型的结构规则性，不但能灵活地随地形的复杂程度而改变格网单元大小，避免平坦地形的数据冗余，而且又能按地形特征点线如山脊点、山谷线、地形变化线等表示地形特征。

DEM数据结构规则格网DEM数据结构（1）简单矩阵结构（2）行程编码结构：DEM行程编码的基本思路是：对于一幅DEM，常常在行(或列)方向上相邻的若干点具有相同的高程值，因而从第一列开始，在格网单元数值发生变化时依次记录该值以及重复的个数，应用时可利用重复个数恢复DEM矩阵。

（3）块状编码结构：块状编码方案是行程编码方案从一维扩展到二维的情况，它采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。

该数据结构是由记录单元的初始位置(行、列号)、格网单元高程值和方形区域半径(正方形区域的边长，采用格网间距倍数表示)所组成的单元组，即(行号，列号，格网高程值，区域半径)，整个DEM数据文件由该单元组组成，根据初始位置和区域半径可恢复高程矩阵。

（4）四叉树结构四叉树数据结构是一种对栅格数据的压缩编码方法。

基本思想是将一幅栅格数据层或图像等分为四个部分，逐块检查其格网属性值（或灰度）；如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区分割为四个子区；这样依次分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。

不规则三角网DEM数据结构（TIN结构）㈠TIN 的面结构TIN的面结构在基本链表结构基础上增加了用来描述三角形之间拓扑关系的数据，也就是说TIN的面结构一般由三个表组成，即坐标表、三角形顶点表以及邻接三角形表。

特点：由于存储了三角形之间的邻接关系，TIN内插、检索、等高线提取、显示及局部结构分析都比较方便。

不足：存储量较大，而且在TIN的编辑中要随时维护这种关系。

㈡TIN 的点结构TIN的点结构由坐标文件和三角形顶点的邻接指针链组成。

三角形顶点的邻接点是指共用该顶点的所有三角形其余两顶点的不重复顶点的集合，可按顺时针或逆时针方向顺序组成。

每个顶点的邻接点顺次存储在一个链表中。

特点：存储量小，编辑方便。

不足：但三角形及其邻接关系需实时再生成，计算量比较大。

㈢TIN 的点面结构在点结构基础上，增加组成三角形三顶点的数表。

特点：结构存储量与面结构的大致相当，编辑、显示比较方便。

不足；由于三角形之间的关系是隐式的，检索与内插效率不太高。

㈣TIN 的边结构TIN的边结构是从组成整个TIN模型的所有三角形中，抽取其不重复边集所组成。

特点：存储量比较小，非常适合等高线的提取不足：编辑、内插以及检索不太方便。

㈤TIN 的边面结构边面结构重点在于刻画三角形边和三角形面之间的拓扑关系，一般由边表和邻接三角形表组成。

在边表中，定义该边的起点、终点和左右相邻三角形，而邻接三角形表中则记录三角形之间的拓扑关系。

特点：为上述所有结构中存储量最大的，虽然在检索、等高线提取等方面比较方便。

不足：不利于动态更新和维护。

格网DEM和TIN的对比DEM数据库数据组织定义：DEM数据的管理和调度方式。

组织方式：“工程-工作区-图幅”工程：是指一个区域内的全部DEM数据。

图幅：是按照一定规则对研究区域进行二维划分是DEM数据采集、建立、操作和调度的基本单位，每一个图幅由若干行和若干列格网单元组成。

工作区：是当前感兴趣的研究区域，一般情况下工作区就是图幅，如果需要，也可将多个图幅定义为一个工作区。

LOD模型当一个工程具有不同的分辨率的DEM时，则形成细节层次模型（levels oF Detail LOD）LOD模型形成方案：（1）形成某一地区不同分辨率的DEM，通过一体化管理建立金字塔数据库—核心是不同分辨率DEM的融合。

（2）在地形可视化中，实施细节分层是一个热点。

DEM元数据第三章DEM数据获取方法DEM数据源及其特征（1）遥感图像当前的遥感技术已经发展成为一种多平台、多波段、多分辨率和全天候的对地观测技术，并正朝着高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率的方向发展。

遥感图像应用注意的问题：①遥感影像的几何畸变②遥感数据的增强处理③遥感影像数据的解译和判读④遥感数据的不确定性问题遥感数据的不确定性来源：①数据固有的不确定性②数据获取过程的不确定性③数据处理的不确定性④数据转换和传输中的不确定性⑤数据分类和信息提取中的不确定性（2）地形图定义：地形图（topographic map）指的是地表起伏形态和地物位置、形状在水平面上的投影图。

具体来讲，将地面上的地物和地貌按水平投影的方法，并按一定的比例尺缩绘到图纸上，这种图称为地形图。

特点：（1）具有统一的大地坐标系统和高程系统：统一采用“1980年中国国家大地坐标系”和“1985国家高程基准”。

（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、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万、1：100万8种比例尺地形图。

缺点：1)地形图现势性较差2)地形图存储介质单一，容易变形3)地形图精度有限（3）地面测量数据原理：用GPS，全站仪、经纬仪在已知站点的测站上，观测目标点的方向、距离和高差三个参数，进而计算出目标点的三维坐标。

在经过适当的转换获得高程。

优点：可获取较高精度的高程数据不足：工作量大、周期长、更新困难，费用高。

（4）既有DEM数据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。

基于不同观点的采样（1）统计学观点：DEM表面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。

（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。

（3）基于特征的采样观点（地形曲面的几何特征）：形态各异的地形表面通过具有特征意义的点和线划分为一系列单一的地貌形态。

点和线具有不同的地形信息。

特征要素：地形特征点和特征线特征点：山顶、洼地、鞍部、山脚点、山脊点、山谷点等。

不仅能表示出自己的高程信息，还能给周围点更多的地形信息。

特征线：山脊线、山谷线、断裂线（陡坎、海岸线、水涯线等）——将特征点相连形成。

（4）地形的复杂程度关于地形的复杂程度可以用粗糙度和不规则性来描述。

地形复杂度表达方法：光谱频率法、分数维、地形曲率、相似性、坡度（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，要分布较多的采样点，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：由数据位置和结构来确定，指数据点的分布形态。

（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相关。

用于刻画地形形态所必须的最少的数据点。

（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。