数字高程模型及其应用教学课件

数字高程模型及其应用教学课件数字高程模型基本概念数字高程模型应用领域数字高程模型数据结构与算法数字高程模型精度评价与质量控制数字高程模型在水利工程中应用案例数字高程模型在交通工程中应用案例数字高程模型在城市规划与建设中应用案例数字高程模型在自然资源管理中应用案例01数字高程模型基本概念定义：数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），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（DigitalTerrainModel，DTM）的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。定义与特点特点易于存储、更新、传输和计算。具有精度高、现势性好的特点。可以生成各种比例尺和专题图件。01020304定义与特点地形图大比例尺地形图是高精度DEM的主要数据来源之一，通过扫描矢量化或手扶跟踪数字化获取等高线数据，然后进行内插生成DEM。摄影测量立体像对通过解析空中三角测量获取像点的大地坐标，然后利用立体像对匹配技术获取DEM点云数据，再进行格网化插值生成DEM。激光雷达（LiDAR）数据激光雷达通过发射激光束并接收回波信号来测量地面高程，具有高精度、高分辨率的特点，是获取高精度DEM的重要数据源之一。数字高程模型数据来源DEM质量检查与修正对生成的DEM数据进行质量检查，包括检查数据完整性、精度和接边情况等，并进行必要的修正。数据预处理包括数据格式转换、坐标系统转换、数据拼接与裁剪等操作，以保证数据质量和一致性。等高线提取与赋值从地形图中提取等高线并进行赋值操作，生成初始DEM数据。内插生成格网DEM利用插值算法对初始DEM数据进行内插处理，生成规则格网DEM数据。常用的插值算法有最近邻插值、双线性插值、三次样条插值等。数字高程模型制作流程02数字高程模型应用领域利用数字高程模型提取流域水文特征，进行径流模拟、洪水演进等分析。水文分析基于数字高程模型进行水库、堤防、水闸等水利工程的设计和优化。工程设计结合数字高程模型和洪水数据，评估洪水淹没范围、深度和风险。淹没分析水利工程利用数字高程模型分析地形地貌，选择道路最佳路径，降低建设成本。道路选线桥梁设计隧道工程基于数字高程模型进行桥梁结构设计、桥墩选址和施工方案优化。结合数字高程模型和地质数据，进行隧道选址、断面设计和施工风险评估。030201交通工程利用数字高程模型构建城市三维场景，直观展示城市空间形态。城市三维建模基于数字高程模型分析城市地形地貌，合理规划城市绿地系统，提高居民生活质量。绿地规划结合数字高程模型和城市规划，优化供水、排水、供电等市政设施的布局。市政设施布局城市规划与建设生态环境评价基于数字高程模型分析生态环境敏感区和生态安全格局，提出生态保护措施。土地利用分析利用数字高程模型提取土地利用信息，评估土地资源的数量、质量和分布。矿产资源评估结合数字高程模型和地质数据，评价矿产资源的潜力、储量和开发条件。自然资源管理03数字高程模型数据结构与算法网格数据结构01将地形表面划分为规则的网格，每个网格对应一个高程值。具有数据结构简单、易于处理和实现的特点，但存储空间较大。不规则三角网数据结构02根据地形的起伏变化，将地形表面划分为不规则的三角形网格，每个三角形顶点对应一个高程值。具有数据结构复杂、存储空间较小、精度较高等特点，适用于复杂地形表示。等高线数据结构03用一系列等高线表示地形表面，每条等高线对应一个高程值。具有数据结构简单、直观易懂的特点，但难以表达地形的细节信息。数据结构类型及特点将数字高程模型数据按照不同的细节层次进行存储，根据需要加载不同层次的数据，实现数据的分层显示和逐级细化。采用压缩算法对数字高程模型数据进行压缩，减小数据存储空间，提高数据传输效率。常用的压缩算法包括游程编码、哈夫曼编码等。数据存储与压缩技术数据压缩技术分层存储技术根据待插值点周围最近的高程点值进行插值计算，方法简单但精度较低，适用于地形较为平缓的区域。最近邻插值算法根据待插值点周围四个高程点值进行线性插值计算，精度较高但计算量较大，适用于地形起伏较大的区域。双线性插值算法基于统计学原理，利用待插值点周围一定范围内的高程点值进行加权平均计算得到插值结果，精度较高且能反映地形的空间自相关性。适用于各种地形类型。克里金插值算法空间插值算法及应用04数字高程模型精度评价与质量控制平面精度利用数字高程模型生成的地形图与实际地形图进行比较，计算平面位置精度。地形特征精度通过提取数字高程模型中的地形特征（如山脊线、山谷线等），与实际地形特征进行比较，评价其精度。高程精度通过比较数字高程模型与实际高程数据，计算高程中误差、最大误差等指标。精度评价指标及方法数据预处理多源数据融合模型构建与优化质量检查与评估质量控制策略与实施过程01020304对原始数据进行检查、清洗和修复，消除异常值和噪声，提高数据质量。将不同来源、不同精度的数据进行融合，提高数字高程模型的精度和可靠性。选择合适的插值方法和参数，构建数字高程模型，并通过优化算法提高其精度。对生成的数字高程模型进行质量检查和评估，确保其满足应用需求。123由于测量仪器、测量方法等因素引起的误差，可通过改进测量技术、提高仪器精度等方法进行处理。数据采集误差在数据预处理、插值等过程中产生的误差，可通过选择合适的数据处理方法、优化算法参数等方式进行降低。数据处理误差由于数字高程模型对实际地形的简化表达而引起的误差，可通过增加模型细节、改进模型结构等方式进行改善。模型表达误差误差来源分析及处理方法05数字高程模型在水利工程中应用案例利用数字高程模型提取水库地形数据，通过三维重建计算水库库容，为水库调度和防洪减灾提供决策依据。水库库容计算基于数字高程模型和水文模型，模拟洪水在流域内的传播过程，预测洪水淹没范围和程度，为防洪规划和应急响应提供支持。洪水模拟水库库容计算及洪水模拟利用数字高程模型分析河道地形、水流条件和冲刷淤积情况，制定河道整治方案，提高河道行洪能力和通航条件。河道整治通过数字高程模型对航道地形进行详细测绘，结合船舶通航需求和航行安全标准，优化航道设计，降低航行阻力和提高航道通过能力。航道设计优化河道整治与航道设计优化灌区规划基于数字高程模型提取灌区地形、土壤和灌溉需求等信息，进行灌区规划设计，合理布局灌溉设施和制定灌溉制度，提高灌溉效率和水资源利用效率。水资源配置利用数字高程模型分析流域内水资源分布和供需关系，制定水资源配置方案，实现水资源的优化配置和可持续利用。灌区规划与水资源配置06数字高程模型在交通工程中应用案例利用数字高程模型提取地形、地貌、坡度、坡向等信息，为道路选线提供依据。结合数字高程模型进行道路设计优化，提高道路设计质量和效率。通过数字高程模型分析道路沿线地质条件，规避不良地质区域，降低工程风险。道路选线与设计优化结合数字高程模型进行桥梁、隧道设计优化，确保结构安全和稳定性。通过数字高程模型分析桥梁、隧道施工过程中的地形变化、地质条件等因素，制定合理施工方案。利用数字高程模型提取桥梁、隧道所在区域的地形、地貌、地质等信息，为设计提供依据。桥梁隧道设计与施工方案制定利用数字高程模型提取交通网络、道路等级、交通流量等信息，为交通流量预测提供数据支持。结合数字高程模型和交通流量数据进行拥堵点识别和分析，提出拥堵治理方案。通过数字高程模型对交通治理方案进行模拟和评估，优化方案实施效果。交通流量预测与拥堵治理07数字高程模型在城市规划与建设中应用案例城市三维模型构建利用数字高程模型数据，结合建筑物、道路等矢量数据，构建城市三维模型，实现城市空间形态的真实表达。可视化展示技术采用虚拟现实、增强现实等技术，将城市三维模型进行可视化展示，便于规划者、决策者直观了解城市空间形态。城市三维建模与可视化展示基于数字高程模型，对城市规划方案进行空间分析、日照分析、通风分析等，评估规划方案的合理性和可行性。规划方案评估根据评估结果，对规划方案进行优化调整，提高城市规划的科学性和实用性。规划方案优化城市规划方案评估与优化市政设施布局利用数字高程模型，分析城市地形、地貌、水文等条件，合理布局市政设施，如道路、桥梁、排水系统等。管网设计优化结合数字高程模型和市政设施布局，对给水管网、排水管网、燃气管网等进行优化设计，提高管网运行效率和安全性。市政设施布局与管网设计优化08数字高程模型在自然资源管理中应用案例基于数字高程模型，结合遥感技术，实现土地利用类型的自动分类与识别。土地利用分类利用数字高程模型，对土地利用变化进行动态监测，为土地资源管理提供决策支持。土地变化监测结合数字高程模型，评估土地资源的适宜性，为土地利用规划提供依据。土地适宜性评价土地利用现状调查与监测03矿山环境影响评价结合数字高程模型，预测矿山开采对环境的影响，为矿山环境保护提供科学依据。01储量估算利用数字高程模型，结合地质资料和地球物理数据，实现矿产资源储量的快速估算。02开采方案制定基于数字高程模型，分析矿体的