数字高程模型分析
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。
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。
使用数字高程模型进行坡度分析的方法
使用数字高程模型进行坡度分析的方法引言：数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）是一种以数字形式表达地形高程信息的方法，它被广泛应用于地理信息系统、地形分析和土地规划等领域。
其中，斜坡度分析是数字高程模型的重要应用之一，可以帮助我们了解地形的坡度分布情况，为地形规划和资源利用提供参考。
本文将介绍一些使用数字高程模型进行坡度分析的方法。
一、数据获取及预处理要进行斜坡度分析，首先需要获取高程数据。
目前，常用的高程数据获取方式包括测量、遥感和地理信息系统。
测量方法主要通过地面测量仪器（如全站仪、GPS等）进行地形高程测量。
遥感方法则利用卫星遥感影像或航空摄影影像，利用立体视觉对地面进行高程信息提取。
地理信息系统则是通过收集和整理现有的高程数据，建立数字高程模型。
获取到高程数据后，还需要进行预处理。
预处理的目的是消除高程数据中的噪声和误差，提高数据的准确性。
常见的预处理方法包括去噪、滤波和插值。
去噪是指对高程数据中的异常值和噪声进行剔除或平滑处理。
滤波是指通过一定的滤波算法，去除高程数据中的纹理和干扰。
插值则是根据已知的高程点，推算未知位置的高程值。
二、斜坡度计算算法在进行斜坡度分析前，需要先计算每个点的坡度值。
常用的斜坡度计算算法包括简单差分算法和扩展差分算法。
简单差分算法是最基本的算法之一，它通过计算邻近点之间的高程差，得出坡度值。
简单差分算法的计算公式如下：斜坡度（Slope）= tan^(-1)(Δh / Δd)其中，斜坡度为所求，Δh为相邻点的高程差，Δd为相邻点的水平距离。
扩展差分算法则是在简单差分算法的基础上，根据更多的邻近点进行计算，从而得到均匀的坡度分布。
扩展差分算法的计算公式如下：斜坡度（Slope）= [(T1h-T2h)+(2(T3h-T4h))+(T5h-T6h)] / (8Δd)其中，T为相应邻近点的高程值，h为高程差，Δd为水平距离。
三、斜坡度分类与应用获得每个点的坡度值后，可以根据坡度值进行分类，以便进一步分析和应用。
数字高程模型
数字高程模型数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种用于表示地球表面高程信息的数字模型。
它通常是基于地理空间数据采集和处理技术得到的数字地形模型，反映了地表不同位置的高程值。
数字高程模型在地理信息系统、地貌分析、水文模拟等领域具有广泛的应用价值。
数字高程模型的原理和构建方法数字高程模型是通过采集地表高程信息，构建数学模型，并进行数字化表达得到的。
构建数字高程模型的最基本方法是通过激光雷达、全球定位系统（GPS）等技术采集地面高程点，并据此构建高程表面模型。
另一种常用的方法是通过航空或卫星影像获取地表高程信息，并结合插值算法生成数字高程模型。
数字高程模型生成的过程中，需要考虑地球椭球体形状、椭球体参数、大地水准面等因素，并进行数学变换和处理以得到准确的高程数据。
常用的数字高程模型包括数字地面模型（DSM）、数字地形模型（DTM）等，它们之间的区别在于对地物表面和地表以下构造的不同描述。
数字高程模型在地理信息系统中的应用数字高程模型在地理信息系统中有广泛的应用，主要包括地形分析、三维可视化、洪水模拟、景观规划等方面。
在地形分析中，数字高程模型可以用于提取地形特征，计算坡度、坡向、流域分割线等地形参数，进而实现地貌分类、地形图绘制等功能。
三维可视化是数字高程模型应用的一个重要领域，通过将数字高程模型与空间数据结合，可以实现虚拟地形的构建和沉浸式视角的展示。
在洪水模拟和预测方面，数字高程模型可以用于模拟雨水径流路径、洪水淹没范围等，为防洪减灾提供重要的数据支持。
数字高程模型的发展趋势随着遥感技术、地理信息系统技术以及计算机处理能力的不断提升，数字高程模型的精度和分辨率也在不断提高。
未来，数字高程模型将更加精细化、高分辨率化，应用领域也将更加广泛，涉及城市规划、资源管理、环境保护等方面。
另外，数字高程模型的数据融合、多源信息整合、模型开放共享等方向也是未来发展的重点。
如何利用数字高程模型进行地形分析
如何利用数字高程模型进行地形分析数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种通过遥感技术和地理信息系统（GIS）技术获取的用于表示地球表面高程信息的数字模型。
利用数字高程模型进行地形分析可以帮助我们更好地理解和研究地球的地形特征，以及对其进行合理的规划和管理。
本文将探讨如何利用数字高程模型进行地形分析，并介绍相关的方法和应用。
一、数字高程模型的概念和获取方式数字高程模型是用数字形式描述地面高程变化的空间数据模型。
它采用网格化的方式记录不同位置的高程值，能够以图像的形式展示地表地形特征。
获取数字高程模型的常用方法包括航空摄影、卫星遥感、激光雷达等。
其中，激光雷达技术是最常用、精度最高的数字高程模型获取方式之一。
二、数字高程模型的常用地形分析方法1. 地形倾斜度分析地形倾斜度分析是利用数字高程模型计算地表坡度的方法。
通过计算不同位置处的高程差异，可以揭示地表的陡峭程度和坡度变化。
地形倾斜度分析在环境评价、土壤侵蚀评估、高山滑坡预测等领域具有广泛的应用。
2. 流域分析流域分析是研究地表水流发展方向和流域特征的方法。
利用数字高程模型可以计算流域的流量、水流路径和水动力特性，对于水文模拟、洪水预测等问题具有重要意义。
3. 剖面分析剖面分析是根据数字高程模型绘制地表剖面图，以获取地表地形的纵向变化信息。
剖面分析可用于地质勘探、公路设计、隐患分析等领域，帮助我们了解地理地貌的垂直变化规律。
4. 可视化和三维重建数字高程模型可通过可视化技术和三维重建技术呈现出真实的地表地形景观。
借助数字高程模型，我们可以进行虚拟地形导览、地形模拟和景观规划等相关工作，为各类地理研究和规划提供更直观的视觉表达手段。
三、数字高程模型地形分析的应用案例1. 自然灾害风险评估利用数字高程模型分析地区地形特征，可以帮助进行自然灾害风险评估。
例如，在地震灾害评估中，通过分析数字高程模型可以判断出可能发生滑坡、崩塌等地质灾害的潜在区域，并进行相应的防灾和救援准备工作。
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。
如何使用数字高程模型进行地形分析与可视化
如何使用数字高程模型进行地形分析与可视化数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是通过对地球表面进行测量和数据处理而生成的三维地形模型。
它提供了地形地貌的详细描述，为地质学、地理学、城市规划等学科的研究和实践提供了重要且丰富的数据来源。
本文将介绍如何使用数字高程模型进行地形分析与可视化。
一、数字高程模型的获取与处理数字高程模型可以通过多种方法获取，包括激光雷达测量、航空测绘、卫星遥感等技术手段。
获取到的原始DEM数据需要进行处理和加工，以便更好地应用于地形分析和可视化。
常见的DEM处理方法包括数据插值、滤波、剖面分析等。
1.数据插值数据插值是将不连续的离散高程数据拟合成连续的地形表面。
常用的插值方法有反距离加权插值（IDW）、克里金插值等。
插值结果将提供高程数据的连续性和平滑度，为地形分析提供了基础。
2.滤波滤波是用来去除DEM数据中的噪声和异常值，以提高地形数据的准确性和可靠性。
常用的滤波方法有中值滤波、高斯滤波等。
滤波后的DEM数据更加真实和可靠，减少了误差和不确定性。
3.剖面分析剖面分析是通过选择不同的地理剖面线，提取DEM数据的高程数值，以便更好地了解地形地貌的特征和变化趋势。
剖面分析可以帮助我们理解地质构造、水文河流等地理现象，提供更深入的地形信息。
二、地形分析与可视化方法使用数字高程模型进行地形分析和可视化的方法有很多，以下将介绍几种常见的方法。
1.坡度与坡向分析坡度与坡向分析可以帮助我们了解地表的倾斜程度和朝向。
通过计算每个像元（栅格单元）的坡度和坡向数值，可以构建坡度和坡向分布图，进而分析地形地貌的起伏和走向。
这对于地质勘探、土地利用规划等方面具有重要意义。
2.流域分析与水系提取流域分析是指根据数字高程模型的数据，确定地表上的集水区和河流网络。
通过提取DEM中的河流网络，可以了解地表水文过程的分布与特征。
流域分析对于洪水预警、水资源管理等方面具有重要意义。
如何使用数字高程模型进行地形分析
如何使用数字高程模型进行地形分析数字高程模型(Digital Elevation Model, 简称DEM)是一种用于地形表达和地形分析的数字化数据模型。
它通过测量和记录地表的高程数据，将地表的各个点组织成数字化的离散数据，从而反映了地形起伏、山脉、河流等地貌特征。
利用DEM 进行地形分析可以帮助我们深入理解和研究地球表面的地形特征、地质结构和水资源等方面。
一、DEM的获取1. 大地测量方法：传统的大地测量方法包括全球定位系统(GPS)和全站仪测量等。
这些方法需要在实地进行测量并获取地点高程数据，然后通过计算和处理来生成DEM。
2. 遥感方法：遥感技术利用航空影像和卫星图像中的高程信息，通过解析和计算来生成DEM。
这种方法可以快速获取大范围地区的地形数据，广泛应用于地形分析和地理信息系统(GIS)。
二、DEM的应用1. 地形测量和制图：DEM可以作为底层数据用于地形测量和制图。
通过对DEM进行可视化处理，可以直观地显示地形特征，帮助地理学家、测量学家和地质学家等研究人员快速了解地表地貌和地质结构。
2. 地形分析：DEM可以用于地形分析，如计算坡度、坡向、流域分割、地形曲率等。
这些分析结果可以帮助我们了解地表地貌的复杂性和变化趋势，为自然资源管理、土地规划和生态环境保护等领域提供有力的支持。
3. 洪水模拟和灾害评估：DEM可以用于洪水模拟和灾害评估。
通过结合DEM 和水流模型，可以模拟洪水的传播路径和深度，为洪水预警和防洪工程提供科学依据。
此外，DEM还可以用于评估地质灾害，如滑坡、泥石流等，分析潜在的灾害风险。
4. 水资源管理：DEM可以用于水资源管理，如模拟水流路径、计算流域的水量、研究水资源分布等。
这些结果对水资源的合理开发和利用具有重要意义。
三、DEM数据处理与分析方法1. 数据获取和处理：首先，需要获取原始的DEM数据，可以从地理信息系统(GIS)数据库或一些公开的数据集中获取。
然后，对DEM数据进行预处理，包括去除噪声、填充空缺值和修正高程异常等。
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3. 70年代中后期主要进行采样问题的研究，即研究多途径 （包括等高线、规则格网、解析仪等）的数据获取问题；
4. 80-90年代对DTM的研究涉及很多方面，包括其精度、地 形分类、质量控制、数据压缩、DTM应用等；
5. 90年代以后主要着重于DTM的地形特征提取及分析研究。
DEM的概念
• 数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM） 是表示区域D上地形三维向量的有限序列{Vi=
(Xi, Yi, Zi)}，其中（Xi, Yi∈D）是平面坐标， Zi是（Xi, Yi）对应的高程； DHM( Digital
Height Model)是一个与DEM等价的概念；
由于等高线地形图的可测量性和地貌晕渲表示地形结 构所具有的三维可视化效果，使这两种方法称为20世纪以 来地形图主要的表示方法和手段。
• 20世纪40年代计算机技术的出现和随后的蓬勃发展，以及 相关技术，如计算机图形学、计算机辅助制图、现代数学 理论等的完善和实用，各种数字地形的表达方式得到迅速 发展。
➢ 18世纪，随着测绘技术的发展，高程数据和平面位置数据 的获取成为可能，对地形的表达也由写景式的定性表达逐 步过渡到以等高线为主的量化表达。用等高线进行地表形 态描述具有直观、方便、可测量等特性，是制图学史上的 一项最重要的发明。
➢ 19世纪初期，平版印刷技术的发展使得用连续色调变化和 阴影变化模拟不规则的地表形态成为可能。但直到19世纪 后期，才将地貌晕渲作为一种区域符号广泛地应用于地形 表达之中，阴影变化具有显示斜坡的能力。
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。 地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡 向等，而广义的DTM还包含地物、自然资源、环境、 社会经济等信息。
DTM的发展历程
1. 50年代末形成概念；最早由Miller(1956年) 提出，用于解 决高速公路的自动设计；
• 随后Miller和LaFamme在Photogrammetric Engineering杂 志上发表题为“The digital terrain model:theory and application”的论文，首次提出了数字地面模型的概念
DTM的概念
数字地面模型（Digital Terrain Model, DTM）
• 1958年，美国麻省理工学院摄影测量实验室主任Miller教 授对计算机和摄影测量技术的结合在计算机辅助道路设计 方面机进行了实验。他在立体测图仪所建立的光学立体模 型上，量取了设计道路两侧大量地形点的三维空间坐标， 并将其输入计算机，由计算机取代人进行土方计算、方案 遴选等繁重的手工作业。Miller在成功解决道路工程计算 机辅助设计问题的同时，也证明了用计算机进行地形表达 的可行性以及巨大的应用潜力和经济效益。
第七章 DEM与数字地形分析
表面分析
第一节 概述
地表形态的表达 ——从模拟到数字
➢ 早期由于测绘知识的缺乏，对地形表面形态的描述主要采 用象形绘图方法进行，例如山体用岩石堆符号表示，山体 范围用一系列的“鱼鳞”符号或类似锥形的符号表示。
➢ 17世纪以后，人们逐步意识到地面起伏变化对气温、植被、 环境等的深刻影响，对地面形态的表达成为人们愈来愈关 心的问题，因此以写景方式进行地形刻画成为这一时期的 主流，如先后出现的透视写真图、晕渲法、斜视区域图、 地貌写景图、地貌形态图等等。
DEM与DLG叠加 DLG与DRG叠加
DOM与DEM叠加
以DEM+DOM+DLG为数据结构的电子地图服务正悄 悄成为是市场主流 ,如：
应用领域：基础测绘、城市规划、国土资源调查、铁 路、公路、水利、电力、能源、环保、农业、林业、海洋、 电信等。
DLG
数字线划地图（Digital Line Graphic，缩写DLG）是 地形图基础要素信息的矢量数据集，其中保存着要素间的空 间关系和相关的属性信息，能较全面的描述地表目标。
DLG按不同的地图要素分为若干数据层（如：交通、水 系、植被、行政区划等），可以根据不同的需要实现地图要 素的分层提取或相互叠加，满足GIS的空间检索和空间分析， 因此它被视为带有智能的数据。它还可以和DOM叠加成复合 产品，制作各种专题地图或电子地图，满足各专业部门的需 要。可用于建设规划、资源管理、投资环境分析等各个方面 以及作为人口、资源、环境、交通、治安等各专业信息系统 的空间定位基础。
DOM
数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，缩写DOM） 是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片/遥感 影像（单色/彩色），经逐象元进行纠正，再按影像镶嵌， 根据图幅范围剪裁生成的影像数据。一般带有公里格网、 图廓内/外整饰和注记的平面图。
DOM同时具有地图几何精度和影像特征，精度高、信 息丰、直观真实、制作周期短。它可作为背景控制信息， 评价其它数据的精度、现实性和完整性，也可从中提取自 然资源和社会经济发展信息，为防灾治害和公共设施建设 规划等应用提供可靠依据。
4D产品
• 4D产品：数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(Digital OrthoimageMap，DOM)、数字线划图(Digital Line Graphic, DLG) 和数字栅格地图(Digital Raster Graphic, DRG)。前3D为国家空间数据基础设施（NSDI）的框架 数据。
• 现代数字地图主要由DOM (数字正射影像图)、DEM (数字 高程模型)、DRG (数字栅格地图)、DLG (数字线划地图) 以及复合模式组成。
DRG
数字栅格地图(DRG)是纸质地图的栅格数字化产品。 每幅图经扫描、几何纠正 、图幅处理与数据的压缩处理， 形成在内容、精度和色彩上与地图保持一致的栅格文件。 彩色地形图还应经色彩校正，使每幅图像的色彩基本一致。 数字栅格地图在内容上、几何精度和色彩上与国家基本比 例尺地形图保持一致。