DEM复习提纲.doc

一：DEM基本概念DEM概念: 是一种对空间起伏变化的连续表示方法,表示地形起伏的三维有限数字阵列。不规则三角网：根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程由连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置。Grid：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。每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。DEM 应用：DEM有许多用途，例如：1、在民用和军用的工程项目(如道路设计)中计算挖填土石方量；2.、为武器精确制导进行地形匹配；3、为军事目的显示地形景观；4、进行越野通视情况分析；5、道路设计的路线选择、地址选择；6、不同地形的比较和统计分析；7、计算坡度和坡向，绘制坡度图、晕渲图等；8、用于地貌分析，计算浸蚀和径流等；9、与专题数据，如土壤等，进行组合分析；10、当用其它特征(如气温等)代替高程后，还可进行人口、地下水位等的分析。资源三号（ZY-3）卫星：中国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星，通过立体观测，可以测制15万比例尺地形图，为国土资源、农业、林业等领域提供服务分辨率1台地面分辨率优于2.1米的正视全色TDI CCD相机；2台地面分辨率优于3.5米的前视、后视全色TDI CCD相机；1台地面分辨率优于5.8米的正视多光谱相机2、 DEM数据组织与管理DEM数据结构简单矩阵结构： 规则格网DEM的数据在水平方向和垂直方向的间隔相等，格网点的平面坐标隐含在行列号中，故适宜用矩阵形式进行存储，即按行（或列）逐一纪录每一个格网单元的高程值。同时为了实现行列号和平面位置坐标之间的转换，还需要记录格网西南角的坐标值、格网间距等。 规则格网DEM的数据文件一般包含用来进行DEM数据说明的数据头和DEM数据体两部分。 数据头：定义DEM西南角起点坐标、坐标类型、格网间距、行列数、最低高程以及高程放大系数等内容；数据体：按行或列分布记录的高程数字阵列； 格网DEM（Grid）的 优点：简单的数据存储结构；与遥感影像数据的复合性；良好的表面分析功能。 缺点：计算效率较低；数据冗余；格网结构规则。不规则三角网DEM(TIN)的优点：较少的点可获取较高的精度；可辨分辨率；良好的拓扑结构。 缺点：表面分析能力较差；构建比较费时；算法设计比较复杂。元数据（metadata）：是关于数据的数据，是对有关数据体、数据集合等在内容、性能、特征、规律等方面的解释和说明3、 DEM数据获取方法DEM数据源的分析比较：1、地形图是地貌形态的传统表述方法，是各种尺度DEM建立的主要数据源。a、覆盖面广，可获取性强 b、现势性 c、存储介质 d、精度：比例尺、综合程度2、摄影测量/遥感影像数据a、大范围、速度快 b、成像与变形规律 c、纠正与植被覆盖地区的高程校正 d、DEM数据采集的主要发展方向3、野外地面测量数据 a、小范围的数据采集与数据更新 b、精度高，周期长，成本较高 c、适用于精度要求较高的工程项目4、既有DEM数据比例尺1:1,000,0001:250,0001:50,0001:10,000分辨率1000m100m25m5m我国既有DEM数据的状况国家测绘局于1999年组织绘制七大江河区域1:1万数字高程模型，已完成13781幅，目前覆盖全国的1:1万DEM生产已全面展开。长江、黄河、黑龙江、珠海、淮河、辽河、海河。1:10000格网间距 12.5mDEM数据源的三大属性：数据分布，数据的密度，数据精度数据采集成本精度最高的是地面测量方法。原始数据粗差检测与剔除：（1） 基于趋势面的粗差探测与处理（2） 三维可视化粗差检测技术（3） 基于坡度信息的规则格网分布数据粗差探测技术（4） 基于高程信息的不规则分布数据粗差探测方法（5） 基于等高线采样数据粗差探测方法DEM质量评价标准：1保凸性 2逼真性 3光滑性4、 格网DEM建立DEM内插：根据若干相邻参考点的高程求出待定点上的高程值。DEM内插方法：整体内插定义:就是在整个区域用一个数学函数来表达地形曲面。优点：1、曲面唯一、光滑 2、编程简单 3、与坐标系无关 4、宏观势态缺点：1、保凸性差 2、无法反映局部变化 3、边界效应 4、高阶多项式系数的物理意义不明显局部内插（分块内插）定义: 将地形区域按一定的方法进行分块，对每一块根据地形曲面特征单独进行曲面拟合和高程内插，称为DEM分块内插。优点：区域分块简化了地形的曲面形态，使得每一块都可用不同的曲面进行表达。方法：不同的分块单元可用不同的内插函数，常用的内插函数有线性内插函数、双线性内插函数、多项式内插函数、样条函数（由多项式分段定义）、多层曲面叠加法等。逐点内插法定义:就是以内插点为中心，确定一个邻域范围，用落在邻域范围内的采样点计算内插点的高程值。步骤：1、定义内插点的邻域范围 2、确定落在邻域内的采样点 3、选定内插数学模型 4、通过邻域内的采样点和内插数学模型计算内插点高程 三角形剖分 TIN的三角剖分准则是指TIN中三角形的形成法则，它决定着三角形的几何形状和TIN的质量1、 空外接圆准则2、最大最小角准则3、最短距离和准则4、张角最大准则5、面积比准则6、对角线准则7、局部优化过程（LOD） 运用DT三角网的空外接圆性质对由两个公共边的三角形组成的四边形进行判断。如果其中一个三角形的外接圆中含有第四个顶点，则交换四边形的对角线。 五、DEM可视化表达1、概念：地形可视化主要研究基于DEM的地形显示、简化、仿真等内容，是计算机图形学的一个分支，属于科学计算可视化的范畴。 2、地形的二维表达：把三维地形表面投影到平面上，应用约定的方式进行表达。 主要包括：a、等高线法 b、明暗等高线 c、 高程分层设色 d、地形晕渲法3、格网DEM和TIN提取等高线基本步骤： 内插等高点：线性内插在所有格网边或三角形边内插判断出所有的等值点（指定等高线的高程）。 追踪等高线：也称为等值点追踪：是指按一定的法则将同一条等高线上的离散的等高线点连接起来 。 注记等高线：一般在计曲线上进行，在该条等值线上寻找一个比较平缓的地区作为注记位置。 光滑等高线并输出：常用的光滑函数有张力样条、分段三次多项式、斜轴抛物线、分段圆弧等，具体选择那种光滑方法要根据制图要求、等值点疏密程度和计算机的存储能力来确定。 4、 等高线的黑白灰：a、受光面的等高线用白色显示b、背光面的等高线用黑色显示 c、背景用灰色显示六、DEM精度分析1、误差：观测数据与其真值之间的差异。从性质上分为系统误差、随机误差和粗差。 2、不确定性：指对真值的认知或肯定的程度，是更广泛意义上的误差，包含系统误差、偶然误差、粗差、可度量和不可度量误差、数据的不完整性、概念的模糊性等。 3、统计意义上误差的量化描述一般采用中误差或精度。 七、坡面地形因子提取1、地形因子：为定量表达地貌形态特征而设定的具有一定意义的数学参数或指标。各种地貌，不论平原、谷地、高山，都是由不同的坡面组成。a) 微观坡面因子反映了该地貌微观地表单元的形态、起伏或扭曲特征。b) 宏观坡面因子反映了地貌的宏观形态特征。2、地面曲率因子：是对地形表面一点扭曲变化程度的定量化度量因子，地面曲率在垂直和水平两个方向上分量分别称为平面曲率和剖面曲率。3、地面变率因子：坡度变率（SOS）：地面坡度在微分空间的变化率，是依据坡度的求算原理，在所取的坡度值的基础上对地面每一点再求一次坡度，即坡度之坡度。 坡向变率（SOA）：是指在地表的坡向提取基础上，对坡向变化率值的二次提取，即坡向之坡度。5坡度复杂度因子：地形起伏度 地表粗糙度 地表切割深度 高程变异系数 坡形因子：直线型、胁迫性、凹凸型、阶梯型地脊线山谷线提取方法沟沿线：一种重要的地貌结构线，它是沟间地与沟谷地的分界线。沟间地：位于地形结构线(沟沿线)上相对平缓的地形部分沟底地：沟底坡脚线以下的地形部分。沟坡地：沟