数字高程模型及其应用
数字高程模型及其应用
德国使用的DHM
(Digital Height Model)
英国使用的DGM (Digital Ground Model) 美国地质测量局USGS使用的DTEM (Digital Terrain Elevation Model)和 DEM (Digital Elevation Model)
1) 数字地面模型DTM（Digital Terrain Models）
TIN
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。
TIN的数据存储方式比格网DEM复杂，它不仅要存储每个点的高程，还 要存储其平面坐标、节点连接的拓扑关系，三角形及邻接三角形等关系。
有许多种表达TIN拓扑结构的存储方式，一个简单的记录方式是： 对于每一个三角形、边和节点都对应一个记录，三角形的记录包括三个 指向它三个边的记录的指针；边的记录有四个指针字段，包括两个指向 相邻三角形记录的指针和它的两个顶点的记录的指针；也可以直接对每 个三角形记录其顶点和相邻三角形 。
其余则不然。 三角形准则是建立三角形网络的原则，应用不同的准则将 会得到不同的三角形网络。 一般而言，应尽量保持三角网络的唯一性，即在同一准则 下，由不同的位置开始建立三角形网络，最终得到的形状 应是相同的。在这一点上，空外接圆准则、最大最小角准 则、张角最大原则都可以做到，对角线准则含有主观因素， 现今使用的不多。
4）张角最大准则
一点到基边的张角为最大。
5）面积比准则 三角形内切圆面积与三角形面积或三角形面积与周长平方之比 最大。 6）对角线准则准则
两三角形组成的凸四边形的两条对角线之比，这一准则的比值
限定支取给定。即当计算值超过限定值才进行优化。
数字高程模型在测量与分析中的应用技巧
数字高程模型在测量与分析中的应用技巧数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种用于描述地球表面高程的数字模型。
它通过采集大量的地形数据，包括海拔、坡度和坡向等信息，将地表数字化，并将其存储为一个二维或三维的数据集。
数字高程模型在测量和分析中有着广泛的应用，本文将探讨其在实际工程和科学研究中的应用技巧。
首先，数字高程模型在地质勘探和地质灾害研究中发挥着重要作用。
通过对DEM数据进行分析，可以获取地表的高程信息，并进一步研究地表的地貌特征和变化趋势。
例如，在地质勘探中，可以利用数字高程模型对矿产资源进行调查和分析。
DEM可以提供矿山区域的地形变化情况，为矿产开发过程中的地质风险评估提供依据。
此外，数字高程模型还可以用于地震活动和滑坡等地质灾害的研究，通过分析DEM数据，可以预测和评估地质灾害的潜在威胁。
其次，数字高程模型在水资源管理和地表水研究中具有重要的应用价值。
根据DEM数据，可以构建水流方向和流量模型，以及洪水模拟和预测模型。
这些模型可以帮助决策者更好地了解河流和湖泊的水文特征，优化水资源管理策略，提高抗洪和供水能力。
此外，数字高程模型还可以用于分析地表水体的水文类型和演变过程。
通过DEM数据，可以估算水体的面积、深度和容量，进一步研究水体的动态变化规律。
此外，数字高程模型也在城市规划和土地利用管理中扮演着重要角色。
利用DEM数据，可以对城市地势进行精确测量和建模，评估城市地貌类型和坡度，为城市规划提供科学依据。
例如，可以通过数字高程模型分析城市内的地势变化情况，识别出潜在的风险区域，规划出更加安全和合理的城市布局。
此外，数字高程模型还可以研究土地利用的潜力和可持续发展的策略。
通过DEM数据，可以确定土地的适宜程度和利用潜力，为土地规划和管理决策提供指导。
最后，数字高程模型还在环境保护和生态研究中具有广泛的应用前景。
DEM数据可以提供地表的高程和坡度信息，帮助评估生态系统的稳定性和脆弱性。
dem通信等领域的应用事例
dem通信等领域的应用事例
以下是几个DEM（数字高程模型）通信等领域的应用事例：
1. 无人机航拍：DEM 技术可用于无人机航拍中，通过测量地形高度和纹理信息，生成高分辨率的数字高程模型，提高地形数据的准确性，可用于军事、城市规划、环境管理等领域。
2. 通信网络规划：DEM 技术可用于通信网络规划中，通过数字高程模型生成地形图，在制定网络规划时考虑地形和地貌特征对信号传输的影响，以提高网络规划的有效性。
3. 灾害监测和预测：DEM 技术可用于灾害监测和预测中，包括洪水、山体滑坡、泥石流等自然灾害。
透过DEM技术制作出多维度、多精度级的地形图，来分析灾情变化，判断灾害发生数据和范围，有助于提高灾害预警和应急救援的能力。
4. 路网规划与导航：DEM 技术可用于路网规划与导航中，利用数字高程模型确定梯度、坡度等地形信息，制定合适的道路标准和路由方案，在导航应用中确保道路安全行驶和提高出行效率。
以上就是DEM通信等领域的一些应用事例。
dem的主要应用及其原理
dem的主要应用及其原理1. 什么是demDEM（Digital Elevation Model）即数字高程模型，是用于描述地表地形或地面特征的数字模型。
DEM以特定的间距和参考系统对地表进行采样，将其转换为离散的高程点。
DEM是地球表面上的每个地点的高程数值的数学表示，它在地理信息系统、地形分析和地貌研究等领域具有重要的应用。
2. dem的主要应用2.1 地理信息系统（GIS）DEM在地理信息系统（GIS）中广泛应用。
DEM可以提供地形数据，包括高程、坡度、坡向等信息，这些信息对于地理信息系统的空间分析和地貌分析非常重要。
DEM可以用于地形建模、视野分析、洪水模拟、土地利用规划等方面。
2.2 地质勘探DEM对于地质勘探有着重要的应用。
地质勘探需要了解地表地形的变化情况，DEM可以提供地形数据，帮助研究人员分析地质构造和地质过程。
DEM还可以用于地质灾害预测与评估，比如地震研究、滑坡预警等。
2.3 环境保护与资源管理DEM在环境保护与资源管理方面具有重要的应用。
DEM可以为水资源管理、土地利用规划、森林管理等提供支持。
通过DEM可以分析水域分布、土地利用状况、植被覆盖等信息，从而提供有效的决策依据，帮助环境保护与资源管理工作。
2.4 数字地形分析DEM是进行数字地形分析的基础数据。
通过DEM可以计算地形指数、坡度、坡向等地形参数。
这些地形参数可以用于地貌研究、水文模型、土地利用规划等方面。
DEM还可以进行地形剖面分析、地势分析、河流网络提取等操作，帮助研究人员深入了解地貌特征。
3. dem原理及生成方法DEM的生成方法主要有光学测量法、影像解译法、激光雷达测量法和雷达测高法等。
光学测量法使用光学仪器进行地表高程信息的测量，如全站仪、经纬仪等。
通过对地表进行测距、测角和测高的操作，可以获取地表的高程数据，从而生成DEM。
影像解译法是利用多光谱遥感影像进行地表高程信息的解译和提取。
通过对不同波段的遥感影像进行处理和分析，可以提取地表高程信息，生成DEM。
dem的生成与应用原理
DEM的生成与应用原理1. DEM的概述DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）是由地面数字图像计算出的地理高程数据。
它通过数学模型和计算机算法将地面表面上的高程信息以数字化的形式表示出来。
DEM非常重要，它可以应用在地形分析、流域模拟、地质勘探等领域。
2. DEM的生成方法以下是一些常见的DEM生成方法：2.1 光学遥感技术光学遥感技术利用卫星或航空器上的传感器获取地面的图像数据，然后通过数字影像处理算法提取出地表的高程信息。
2.2 激光雷达遥感技术激光雷达遥感技术是一种利用激光束测量地面高程的技术。
激光雷达器发射激光束，然后接收反射回来的激光束，通过计算激光束的飞行时间来推算地面的高程。
2.3 雷达遥感技术雷达遥感技术通过发射微波信号，接收回波，并通过信号处理来得到地面的高程信息。
2.4 GPS测量技术GPS测量技术利用全球定位系统（GPS）接收卫星信号并计算接收机位置，通过多个接收机之间的位置差异来推算地面高程。
3. DEM的应用DEM在地理信息系统（GIS）和地形分析中有广泛的应用。
以下是DEM的一些主要应用：3.1 地形分析DEM可以用来进行地形分析，包括地形剖面、坡度分析、坡向分析等。
这些分析可以帮助我们了解地面的地形特征，例如山脉、河流、凹陷区等。
3.2 流域模拟DEM可以用于模拟流域的水文过程，例如降雨径流模拟、洪水模拟等。
通过将DEM与气象数据和水文模型结合，可以分析流域的水文特征，预测洪水的产生和演变。
3.3 地质勘探DEM可以用于地质勘探，帮助判断地形特征与地质结构的关系。
通过分析DEM数据，可以找到可能的矿产资源区域、断层区域等。
3.4 地图制作DEM在地图制作中也起到了重要的作用。
由于DEM提供了地面高程信息，可以用来生成等高线图、三维地形模型等。
3.5 地貌研究DEM可以帮助地貌学家研究各种地貌现象，例如：山地地貌、河流地貌、冰川地貌等。
如何进行数字高程模型的制作和应用
如何进行数字高程模型的制作和应用导言：数字高程模型（DEM）是一种用数字方式来描述地球表面地形变化的方法。
它在地理信息系统（GIS）和地形分析等领域被广泛应用。
本文将讨论数字高程模型的制作方法，并探讨其在土地规划、水文模拟和地质研究等方面的应用。
一、数据收集和处理数字高程模型的制作首先需要数据的收集。
常用的数据源包括航空摄影、卫星影像和地面测量。
航空摄影和卫星影像可以通过影像解译技术获得地形信息，而地面测量则需要使用全球定位系统（GPS）等设备。
这些数据必须进行预处理，包括去除噪声、纠正畸变和分辨率调整等。
此外，还需要考虑不同数据源之间的配准和定位。
二、网格化与插值算法在获得地形数据之后，需要将其转化为数字高程模型。
网格化是一种常用的方法，将地形数据划分为规则的栅格单元。
在网格化的过程中，选择合适的单元大小和分辨率非常重要。
过小的单元将导致模型过于复杂，而过大的单元则会丢失细节。
插值算法是生成数字高程模型的关键步骤之一。
插值算法可以将有限的地形数据点扩展到整个区域，并估计未知点的高程值。
最常用的插值算法包括克里金插值、反距离加权插值和三次样条插值。
选择合适的插值算法需要考虑数据的分布和特性。
三、DEM的应用1. 土地规划数字高程模型在土地规划中起到至关重要的作用。
它可以帮助规划者了解地形特征，包括坡度、坡向和水流方向等。
基于DEM的土地规划可以合理布局建筑物、道路和排水系统，提高土地的利用效率和环境可持续性。
2. 水文模拟数字高程模型在水文模拟中广泛应用。
它可以模拟水流的路径和速度，预测洪水的发生概率和影响范围，提供洪水风险评估和防灾决策支持。
此外，数字高程模型还可以用于分析流域的土壤侵蚀风险、河道的侵蚀和沉积等水文问题。
3. 地质研究数字高程模型对地质研究的意义不容忽视。
它可以帮助地质学家了解地表和地下的地貌特征，预测地震破坏的程度和地质灾害的风险。
数字高程模型还可以用于找寻矿产资源、勘探石油和天然气等地质资源。
如何进行数字高程模型的建立与应用
如何进行数字高程模型的建立与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是一个数字化的地形表面模型，可以提供地貌、水文、气候等多方面的信息。
它在工程、地理信息系统等领域中具有广泛的应用。
本文将探讨如何进行数字高程模型的建立与应用。
一、数字高程模型的建立数字高程模型的建立包括数据采集、数据处理和数据分析三个步骤。
1. 数据采集数据采集是建立数字高程模型的第一步。
常用的数据采集方法包括地面测量、航空摄影、卫星遥感等。
不同的采集方法适用于不同的地形和需求。
例如，地面测量适用于小范围的地形测量，航空摄影适用于中等范围的地形测量，卫星遥感适用于大范围的地形测量。
2. 数据处理数据处理是将采集到的数据转化为数字高程模型的关键步骤。
常用的数据处理方法包括插值、滤波和校正等。
插值方法可以根据采集到的离散点数据生成连续的地形表面模型。
滤波方法可以去除噪声和异常值，提高模型的精度和可靠性。
校正方法可以将数字高程模型与实际地形进行对比，确定模型的准确性。
3. 数据分析数据分析是数字高程模型的最后一步，它可以揭示地形的特征和规律。
常用的数据分析方法包括地形指数计算、地形变化监测和洪水模拟等。
地形指数可以用来描述地形的倾斜度和陡峭度，进而评估地质灾害的潜在风险。
地形变化监测可以用来观察地形的演变和变化趋势。
洪水模拟可以通过数字高程模型模拟洪水的传播和影响范围，提供洪水防灾和应急管理的依据。
二、数字高程模型的应用数字高程模型在不同领域具有广泛的应用。
以下将介绍几个典型的应用领域。
1. 土地规划与设计数字高程模型可以为土地规划和设计提供依据。
通过分析数字高程模型，可以评估土地的适宜性和可利用性。
例如，数字高程模型可以帮助确定坡度、坡向和土壤类型，为农田规划提供参考。
数字高程模型还可以模拟不同的土地利用方案，评估其对地形和地貌的影响，为土地规划和设计做出科学决策。
2. 水资源管理数字高程模型在水资源管理中起着重要的作用。
数字高程模型生成与应用方法
数字高程模型生成与应用方法数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地理信息系统（Geographic Information System，GIS）中常用的数据模型之一，它使用离散点来描述地球表面的高程信息。
生成和应用数字高程模型的方法有很多，本文将通过介绍不同的方法来探讨数字高程模型的产生和应用。
一、栅格插值法栅格插值法是一种常见的数字高程模型生成方法。
它通过从已知高程点上获取的观测值，推断或插值出其他位置的高程值。
最常用的插值方法是反距离加权法（Inverse Distance Weighting，IDW）和克里金法（Kriging）。
IDW方法假设距离近的点对目标点的影响更大，利用与目标点相近的观测值进行加权平均来估计未知位置的高程。
克里金法则通过在插值过程中考虑观测值之间的空间相关性，使得插值结果更加平滑。
二、3D扫描与建模方法除了栅格插值法，3D扫描技术也被广泛应用于数字高程模型的生成。
通过激光测距仪或雷达等设备，可以获取物体表面的点云数据，再利用三维建模算法建立数字高程模型。
在实际应用中，3D扫描与建模方法常用于土地测量、建筑设计和文物保护等领域。
通过对物体表面进行高精度扫描，可以得到更为准确的数字高程模型，为后续应用提供更可靠的数据支持。
三、数字高程模型的应用数字高程模型在地理信息系统中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域。
1. 地形分析数字高程模型可以用于地形分析，通过计算坡度、坡向、流量累积等地形指标，帮助分析地形变化、水文过程等。
这对于自然灾害预测、土地利用规划和水资源管理等具有重要意义。
2. 建筑设计在建筑设计中，数字高程模型可以帮助评估土地的可行性，提供地形和地势信息。
设计师可以根据数字高程模型来确定建筑物的基底高程、坡度以及周围环境的地形特征，以便更好地进行建筑设计。
3. 三维可视化数字高程模型可以与其他空间数据结合，生成逼真的三维地理场景。
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4）不规则三角网(TIN)模型
不规则三角网（Triangulated Irregular Network, TIN）是另外一种表示数字高程模型的方法[Peuker等， 1978]，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。如果点不在顶点上，该点的高程 值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两 个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。 所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区 域内连续但不可微。
地形曲面拟合 立体透视图
通视分析
地貌晕渲图及其与专题地图叠置
交通线路选择 工程土方量估算
项目选址
土地利用规划
5
数字地面模型数据采集
• DTM的数据采集 数据源决定采集方法： （1）航空或航天遥感图像为数据源 （2）以地形图为数据源 （3）以地面实测记录为数据源 （4）其它数据源
6
DEM表示方法
7
1 XYZ 2 XYZ 3 XYZ 4 XYZ 5 XYZ 6 6 XYZ 7 XYZ 8 XYZ
点文件
1
22Biblioteka 1 5DTM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。 如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、 土壤类型等其他地面诸特征。
2
数字地形模型中地形属性为高程时称为数字 高程模型（DEM，Digital Elevation Model）。高 程是地理空间中的第三维坐标。
1、数学方法
用数学方法来表达，可以采用整体拟合方法， 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。也可用局 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。
8
2.图形方法
1）线模式 等高线是表示地形最常见的形式。其
数学表达为：z = f（x，y） DEM是DTM的一个子集，是DTM的基础数据， 最核心部分，可以从中提取出各种地形信息， 如高度、坡度、坡向、粗糙度，并进行通视分 析，流域结构生成等应用分析。
3
4
数字高程模型的用途
谷脊特征分析 淹没边界的计算
剖面图的自动绘制 坡度、坡向分析
地表粗糙度计算 地表形态的自动分类
规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，此时，DEM来源于直 接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。
结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，高程矩阵已成为 DEM最通用的形式。高程矩阵特别有利于各种应用。
但Grid系统也有下列缺点： 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) 对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向被夸大； d) 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、山脊等；
第六章 数字高程模型
及其应用
1
DTM与DEM的概念
数字地面模型（Digital Terrain Model, DTM)是 定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它 以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
数学的角度 Kp＝fk(up,vp)
(k＝l，2，3，…，m; p＝1，2，3，…，n)
或：DTM={Z i,j},i=1,2,3,…,m；j=1,2,3,…,n
规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规 则网格。规则网格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，如图所示。
12
对于每个格网的数值有两种不同的解释。第一种是格网栅格观点， 认为该格网单元的数值是其中所有点的高程值，即格网单元对应的 地面面积内高程是均一的高度，这种数字高程模型是一个不连续的 函数。第二种是点栅格观点，认为该网格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，这样就需要用一种插值方法来 计算每个点的高程。
它的地形特征线也是表达地面高程的重要 信息源，如山脊线、谷底线、海岸线及坡 度变换线等。
等高线通常被存储成一个有序的坐标 点序列，可以认为是一条带有高程值 属性的简单多边形或多边形弧段。由 于等高线模型只是表达了区域的部分 高程值，往往需要一种插值方法来计 算落在等高线以外的其他点的高程， 又因为这些点是落在两条等高线包围 的区域内，所以，通常只要使用外包 的两条等高线的高程进行插值。
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4）不规则三角网(TIN)模型
不规则三角网(TIN)表示法克服了高程 矩阵中冗余数据的问题，而且能更加有效 地用于各类以DTM为基础的计算。但其结 构复杂。
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TIN的数据存储方式比格网DEM复杂，它不仅要存
储每个点的高程，还要存储其平面坐标、节点连接的 拓扑关系，三角形及邻接三角形等关系。TIN模型在概 念上类似于多边形网络的矢量拓扑结构，只是TIN模型 不需要定义“岛”和“洞”的拓扑关系。
B C
F
E
A
D
G
H
等高线和相应的自由树
10
2.图形方法
2）点模式 用离散采样数据点建立DEM是DEM建立常用的
方法之一。数据采样可以按规则格网采样，可以是 密度一致的或不一致的；可以是不规则采样，如不 规则三角网、邻近网模型等；也可以有选择性地采 样，采集山峰、洼坑、隘口、边界等重要特征点。
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3）规则格网模型
9
等高线通常被存成一个有序的坐标点对序列，可以认为是简单多 边形或多边形弧段。由于等高线模型只表达了区域的部分高程值， 往往需要一种插值方法来计算落在等高线外的其它点的高程，又因 为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只使用外包 的两条等高线的高程进行插值。
等高线通常可以用二维的链表来存储。另外的一种方法是用图 来表示等高线的拓扑关系，将等高线之间的区域表示成图的节点， 用边表示等高线本身。此方法满足等高线闭合或与边界闭合、等高 线互不相交两条拓扑约束。这类图可以改造成一种无圈的自由树。 下图为一个等高线图和它相应的自由树。