《数字高程模型原理与方法》课程教学大纲

1、数字高程模型原理与方法Principle and Methodology of DEM一、课程基本情况课程类别：专业主干课课程学分： 3 学分课程总学时：48 学时，其中讲课：32 学时，实验（含上机）：16 学时课程性质：必修开课学期：第4学期先修课程：地理信息系统原理、地图学适用专业：地理信息科学教 材：汤国安 李发源 刘学军，数字高程模型教程（第二版），科学出版社出版社，2010开课单位：地理与遥感学院 地理信息科学系二、课程性质、教学目标和任务本课程是学科基础课程地理信息系统原理中数字地面模型分析内容的拓展，是地理信息科学类专业的专业主干课。旨在使学生熟悉并掌握数字高程模型的建立过程和

2、在地学领域中的基本应用。课程系统讲授DEM概念、DEM数据组织和管理方法、DEM数据获取方法、格网DEM建立、DEM可视化表达、DEM精度分析、坡面地形因子提取、特征地形要素提取和DEM地形统计分析等内容。要求学生着重掌握DEM概念，DEM数据模型和数据结构，格网DEM建立的常用算法，基于DEM的常用微观和宏观坡面地形因子的提取算法与方法，基于DEM的地形特征点、水系等特征地形要素提取算法和方法。理解DEM数据获取和采集方法、精度分析和质量控制方法、常用地形统计分析方法。了解DEM的应用范畴和可视化表达方式。通过课程学习，学生应熟悉从DEM数据获取、建立、可视化，到DEM精度分析、DEM地学分

3、析和统计分析的整个过程。三、教学内容和要求第1章 概论（2学时）1.1 DEM发展及主要内容简介（1学时）（1）了解地形表达方式的发展过程、DEM的应用范畴与前景； （2）理解DEM的系统结构与功能、DEM与地理信息系统的关系； 1.2 DEM与DTM（1学时）（1）掌握DEM和DTM的概念重点：DEM和DTM的概念第2章 DEM数据组织与管理（3学时）2.1 DEM数据模型（1学时）（1）了解DEM数据模型设计一般遵循的基本原则、特征嵌入式数据模型；（2）理解镶嵌数据模型；（3）掌握规则镶嵌数据模型、不规则镶嵌数据模型；重点：规则镶嵌数据模型、不规则镶嵌数据模型难点：不规则镶嵌数据模型、特征

4、嵌入式数据模型2.2 DEM数据结构（1学时）（1）了解混合数据结构； （2）理解TIN的数据结构；（3）掌握规则格网DEM数据机构、规则格网DEM与TIN的对比；重点：规则格网DEM数据机构、规则格网DEM与TIN的对比难点：TIN的数据结构2.3 DEM数据库管理（1学时）（1）了解DEM数据库结构、DEM数据库系统功能； （2）理解元数据的数据库管理方式； （3）掌握DEM数据库组织方式。重点：DEM数据库组织方式难点：DEM数据库组织方式第3章 DEM数据获取方法（5学时）3.1 DEM数据来源（1学时）（1）掌握地形图、遥感影像、地面测量、既有DEM数据四种DEM数据源的基本特点和适

5、用场合。重点：DEM数据源：地形图、遥感影像3.2 DEM数据采样（2学时）（1）了解地面复杂度描述指标、地貌单元类型；了解遥感影像、野外测量数据采集方法；了解DEM数据采集技术进展（2）理解地形曲面的几何特征；（3）掌握DEM数据源的三大属性、DEM采样策略、地形图数据采集方法、DEM数据采集方法的区别。重点：DEM数据源的三大属性、DEM采样策略、DEM数据采集方法的区别难点：DEM采样策略、DEM数据采集方法的区别3.3 DEM数据质量控制与共享利用（2学时）（1）了解DEM原始数据误差类别；了解我国和美国等国家DEM数据的标准、内容和特点等；了解SRTM、ASTER GDEM等常用的免

6、费DEM数据；（2）理解原始数据粗差检测与剔除方法。重点：原始数据粗差检测与剔除方法难点：原始数据粗差检测第4章 格网DEM建立（6学时）4.1 规则格网DEM建立（3学时）（1）了解从散点到连续表面的地理内涵、规则格网DEM建立的基本思路；（2）掌握格网DEM内插数学模型、格网DEM建立过程。重点：格网DEM内插数学模型难点：格网DEM建立过程4.2 TIN的建立（3学时）（1）了解带约束条件的Delaunay三角网；了解格网DEM、TIN、等高线相互转换的算法；（2）理解TIN的三角剖分准则、TIN建立的三角网生长算法、分割-合并算法、数据逐点插入算法；（3）掌握TIN的基本概念。重点：T

7、IN的基本概念难点：TIN建立的三角网生长算法、分割-合并算法、数据逐点插入算法第5章 DEM可视化表达（2学时）5.1地形一维和二维可视化表达（1学时）（1）掌握地形一维可视化表达的基本形式、数据源和制作方法；掌握地形二维可视化表达中的明暗等高线法、高程分层设色法；（2）了解地形晕渲法、综合法。重点：地形一维可视化表达法、明暗等高线法、高程分层设色法。难点：明暗等高线法5.2 地形三维可视化表达（1学时）（1）了解地形三维显示的基本流程、地形三维景观模型、地形场景漫游与动画；（2）理解地形三维可视化表达方法。重点：地形三维可视化表达方法难点：地形三维显示的基本流程第6章 DEM精度分析（2学

8、时）6.1 DEM误差源及分类（0.5学时）（1）了解DEM误差源分类体系；（2）理解DEM误差源。重点：DEM误差源难点：DEM误差源6.2 DEM精度描述和评定（0.5学时）（1）了解DEM精度数学模型，了解DEM精度评定方法；（2）理解基于不同数据源DEM精度模型分析；（3）掌握常用的DEM精度描述指标，掌握DEM精度评定方法的检查点法。重点：常用的DEM精度描述指标，掌握DEM精度评定方法的检查点法难点：基于不同数据源DEM精度模型分析6.3 DEM地形描述误差分析（1学时）（1）掌握DEM地形描述误差的概念、影响Et的关键因子和计算方法；重点：DEM地形描述误差的概念、影响Et的关键

9、因子和计算方法难点：Et的计算方法第7章 坡面地形因子提取（6学时）7.1 坡面地形因子概述（1学时）（1）掌握坡面地形因子的概念；掌握坡面因子的分类体系；重点：坡面地形因子的概念和分类体系难点：坡面地形因子分类体系7.2 微观坡面因子提取（4学时）（1）掌握坡度、坡向概念和提取方法，掌握坡形中平面曲率、剖面曲率、地面变率因子的概念。（2）理解平面曲率、剖面曲率的计算方法、理解坡长的提取方法（3）了解坡位因子的概念和提取方法。重点：坡度、坡向、平面曲率、剖面曲率、地面变率因子；难点：各坡面地形因子的提取方法。 7.3 宏观坡面因子提取（1学时）（1）掌握地形起伏度、地表切割度、高程变异系数、粗

10、糙度的概念和提取方法。重点：地形起伏度、地表切割度、高程变异系数、粗糙度难点：各宏观地形因子的提取方法第8章 特征地形要素的提取（6学时）8.1 地形特征点的提取（1学时）（1）了解地形形态特征分析及提取原理；（2）掌握地形特征点的类型；（3） 理解基于x、y方向的凹凸性、基于中心点与邻域点高程关系的地形特征点提取方法；重点：地形特征点的类型、基于x、y方向的凹凸性的地形特征点提取难点：地形特征点提取方法8.2 地形特征线的提取（1学时）（1）了解沟沿线提取方法；（2）理解山脊线、山谷线提取方法；重点：山脊线、山谷线提取方法难点：各地形特征线提取方法8.3 水系特征要素的提取（3 学时）（1）掌握水系提取的流程和方法；（2）了解流域提取的流程和流域描述参数。重点：水系提取流程难点：水流方向、汇流累积量的计算。8.4 可视性分析（1学时）（1）理解地形可视性概念、特征、用途；（2）了解地形可视性分析算法。重点：地形可视性概念、特征难点：地形可视性分析算法四、课程考核（1）作业等：作业：5 次；（2）考核方式：闭