DEM数字高程模型 难点.doc

DEM重点整理第一章 概述1. 模型：指用来表现其他事物的一个对象或概念，是按比例缩减并转变到我们能够理解的形式的事物本体。2. 数字地面模型含义的扩展：测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而且通过储存在磁性介质中的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。3. 数字高程模型的概念：数字高程模型简称DEM。它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，是数字地形模型的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。4. 数字高程模型的含义 ：DEM是DTM中最基本的部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。5. 数字地面模型的特点： （1）易以多种形式显示地形信息； （2）精度不会损失； （3）容易实现自动化、实时化； （4）具有多比例尺特性。6. 数字高程模型的应用范畴：见课本10页作为国家地理信息的基础数据 土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计 为军事目的军事模拟等)而进行的地表三维显示 景观设计与城市规划流水线分析、可视性分析 关交通路线的规划与大坝的选址 不同地表的统计分析与比较生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀和经流等作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被搜盖数据等，以进行显示与分析为遥感、环境规划中的处理提供数据辅助影像解译、遥感分类将IIf概念扩充到表示与地表相关的各种属性，如人口、交通、旅行时间等与GI5联合进行空间分析虚拟地理环境第二章 数字高程模型的采样理论1. 采样的理论背景：推而广之，采样定理同样适用于决定相邻剖面之间的采样间隔，从而得以获取由DEM所表示的地形表面的足够信息。反之，如果地形剖面的采样间隔是Dx，那么波长小于2Dx的地形信息将完全损失。2. 数据采样策略：（1）沿等高线采样 （2）规则格网采样（3）剖面法 （4）渐进采样 （5）选择性采样（6）混合采样3. 数字高程模型源数据的三大属性：数据的分布、数据密度、数据精度。 密度是采样数据的另一属性，可以由几种方式指定，如相邻两点之间的距离、单元面积内的点数、截止频率等。第三章 数字高程模型的数据获取方法1. 获取数字高程模型的数据的方法有哪些？ （1）摄影测量数据采集方法； （2）利用合成孔径雷达干涉测量采集数据方法； （3）机载激光扫描数据采集方法； （4）从地形图采集数据的方法； （5）从地面直接采集数据的方法。2. 目前主要的机载扫描系统的飞行高度在20m到6000m之间（但典型的应用是200m到300m），高程精度从10cm到60cm，平面精度从1mm到3cm。一套完整的系统价格一般在70-130万美元左右。3. 数字高程模型各种数据源对比：（1）野外测量的观测数据精度是最高的；（2）精度较高的数据源是摄影测量获取的数据；（3）现有地形图是DEM的另一重要的数据源。【表3.7.1 课本54页】第四章 数字高程模型之表面建模1. 建立数字地形表面模型的各种方法： （1）基于点的表面建模；（2）基于三角形的表面建模；（3）基于格网的建模；（4）混合式表面建模。2. 三角网的基本概念及生成方法：狄洛尼三角网【课本64页】3. 从离散点生成格网的两种方法：一种是直接用离散点来内插格网点；另一种是经由三角网内插。4. 从等高线生成格网的三种方法：等高线离散化法、等高线内插法、等高线构建TIN法。第五章 不规则三角网生成的算法1. 递归生长算法（掌握）【课本78页】2. 从等高线生成三角网的三种算法： （1） 等高线离散点直接生成不规则三角网TIN方法；（2） 等高线作为特征线的方法；（3） 自动增加特征点及优化TIN的方法。第六章 数字高程模型内插1. 内插方法的分类：【课本93页图6.1.1】2. 关于内插方法的探讨：（看一看）【课本108页】第七章 数字高程模型生产的质量控制1. DEM的数据质量指的是DEM数据在表达空间位置、高程和时间信息这三个基本要素时所能达到的准确性、一致性、完整性以及她们三者统一性的程度。2. DEM数据的质量控制可以从哪三个方面入手：（1） 减少数据采集时的误差引入；（2） 对采集到的数据作误差处理以及提高可靠性；（3） 减少表面建模时的误差引入。3. 基于趋势面及三维可视化的粗差监测与剔除：（记住）【课本117页】 与随机噪声相比，粗差对数字高程数据所反映的空间变化的扭曲更为严重。在有些情况下，粗差的存在会导致DEM及其产品严重失真甚至完全不能接受。因此，设计一些算法检测数字高程数据中的粗差并将其消除是完全必要的。然而，传统的粗差处理都是基于平差原理，如果不存在平差的问题，也就不能在平差过程中对粗差进行自动定位。要检查nn数据可能存在的错误，显然要进行更加妥善的处理，而不能简单借用一般的平差方法。同时，仅仅分析单个独立的数据也是不够的，只有从整体或局部区域来对数据进行分析处理才能使间题得到解决。本节阐述的方法实际是从整体上来考虑的，下一节将从局部区域考虑坡度信息以对粗差进行剔除。按照自然地形地貌的成因，绝大多数自然地形表面符合一定的自然趋势，表现为连续的空间渐变模型，并且这种连续变化可以用一种平滑的数学表面趋势面加以描述。对粗差的检测，可以通过模型误差即实际观测值与趋势面计算值模型值)之差来判定其是否属于异常数据，因此趋势面分析的一个典型应用就是揭示研究区域中不同于总趋势的最大偏离部分。由此可见，可以采用趋势面分析找出偏离总趋势超过一定闽值的异常数据可疑点。趋势面可有各种不同的形式，其中一种是由下式所构成的最小二乘趋势面: 根据处理区域的形状大小，可以灵活选择不同阶次的多项式，对大而复杂的区域应采用较高阶次。根据统计规律，常用三倍中误差作为极限误差，即模型误差大于极限误差的观测数据被认为是粗差。然而，由于二次或高次多项式本身的不稳定，有可能产生并不符合实际地形起伏的大数字或小数字，仅仅依靠这一项判据显然是不能解决所有问题的。虽然通过趋势面分析可以找出绝大部分可疑数据，从而把问题局部化、简单化，但是趋势面分析的一个缺点是尽管它可以找出大部分可疑数据，但它不能确定这些数据是否为真正的粗差，因此，需要寻找另一种方法对这些数据进行进一步的分析。 一种比较好的方法是提供基于nEM的三维表面可视化的方法交互式地来审查这些可疑数据，剔除严重影响数据质量的粗差或者说错误。这样便可以结合区域地貌变化规律对异常点作出快速准确的判定。从nE进行三维表面可视化是DEM的一个重要功能，有关这方面内容请参见第九章。 三维表面可视化的前提是要建立数字地形模型，为了保证所有分析都基于原始数据，可选的办法是直接利用原始数据建立不规则三角形网络模型(TIN)。为人机交互式地判定并剔除含有粗差的高程异常点，考虑到交互响应的效率和可视化图形对异常值的敏感性，一方面需要高效可靠的建模技术，另一方面可视化处理的策略也很关键。关于自动建立TIN的算法请参见第三章。至于用于数据检查目的的可视化方法，利用可疑点周围的一个局部区域进行基于TTI的线网透视显然比较有利。图5-2-3所示的为等高线数字化时，一条等高线的高程值配赋有错后产生的结果。可见，对于一个特定的研究区域，在三维透视图上可疑点是否表现为粗差非常直观，很容易据此作出正确判定。4. 数字高程模型的精度实验评定方法：一是理论分析，二是实验的途径，三是理论与试验相结合。5. 检查点法（重点掌握）【课本134页】检查点法即事先将检查点按格网或任意形式进行分布，对生成的DEM在这些点处进行检查。将这些点处的内插高程和实际高程逐一比较得到各个点的误差，然后算出中误差。这种方法简单易行，是一种最常用的方法。假设检查点的高程为zk(k=1,2)，在建立DEM之后，由DEM内插出这些点的高程为Rk，则DEM的精度为: 我国国家测绘局1:1万和I:S万数字高程模型生产技术规定(暂行本)对DEM格网点对于附近野外控制点的高程中误差的要求分别见表5-2-1和表52-2。以1:1万技术规定为例，规程采用检查点的方式对精度进行检测，用28个检测点对图幅内和图幅边缘进行检测，这种检狈组可以反映出BEM的大体精度。一，n)，在建立DElVI之后，由DEM内插出这些点的高第八章 数字高程模型精度的数学模型1. 数字高程模型精度的影响因子：Ac（DEM）=f（S , M , R , A , D , Ds , Dn , O）Ac表示DEM的精度；S表示DEM表面的特征；M表示DEM表面建模的方法；R表示DEM表面自身的特性（粗糙度）；A , Ds , Dn 表示DEM原始数据的三个属性（精度、分布、密度）；O表示其他要素。第九章 数字高程模型的多尺度表达1. 多尺度表达的理论基础：自然法则自然法则：空间物体的分辨率会随着尺度的变化而变化。2. 多尺度数字高程模型的表达方法：层次结构（1） 金字塔结构；（2）四叉树结构。3. 多尺度数字高程模型的表达方法：表面综合（1） 格网式数字高程的表面综合；（2） 三角网式数字高程的表面综合。4. 全国的多尺度数字高程模型【课本182184页】第十章 数字高程模型的数据组织与管理1. 数字高程模型的数据结构有哪几种？（1） 正方格网结构；（2）不规则三角网结构；（3）格网与不规则三角网混合的结构。第十一章 从数字高程模型内插等高线1. 从格网式数字高程模型用矢量法内插等高线【课本203页】第十二章 数字地形分析1. 地形分析：人们已经习惯于用等高线、坡度与坡向、剖面、汇水面积、填挖方和三维透视等派生图形或数据来表达实际地形的各种特征。产生这些派生产品的过程被称为地形分析。2. 面积和体积的计算（重点）【课本218页】表面积的计算:如果是格网AENf ,则将格网DEM的每个格网分解为三角形，计算三角形的表面积使用海伦公式: 式中，Di表示第i对三角形两顶点之间的表面距离.S表示三角形的表面积,P表示三角形周长的一半。整个DEM的表面积则是每个三角形表面积的累加。体积的计算：DEM体积可由四棱柱和三棱柱的体积进行累加得到。四棱柱上表面可用抛物双曲面拟合，三棱柱上表面可用斜平面拟合，下表面均为水平面或参考平面，计算公式分别为: 其中，S3与S4分别是三棱柱与四棱柱的底面积。 根据这个体积公式，可计算DEM的挖填方，在对DEM进行挖或填后，体积可由原始DEM体积减去新的DEM体积求得。3. 基于等高线的特征提取【课本224页】第十四章 数字高程模型的应用1. 数字高程模型的应用有哪些？ （1）在工程项目中的应用：工程项目中的挖填方计算；线路勘察设计中的应用；水利建设工程中的应用；在环境影响评估中的应用。 （2）在军事中的应用：虚拟战场；其他军事工程。 （3）在遥感与制图中的应用：单片修测用于正射影响制作；在航天遥感数字图像定量解译中的应用；在数字制图重点额应用。 （4）在地理分析中的应用：山区日照分析模型；起伏地区的风场模型。 （5）其他应用。第十五章 数字高程模型与地理信息系统的集成1. 如何集成？【课本272页】自20世纪50年代末期被提出以后，数字高程模型( DEM)便得到了越来越多的重视，发展非常迅速。当然，DEM的发展是与其应用分不开的。DEM的主要应用领域在地球科学及其相关学科方面，如摄影测量、遥感、制图、土木工程、地质、矿业工程、地理形态、军事工程、