数字高程模型DEM 303P

数字高程模型DEM第1章概论主要内容

地表形态表达：从模拟到数字

DEM：概念与理解

数字高程模型的信息特征：从DEM到DTM

数字高程模型的系统结构与功能

数字高程模型与地理信息系统的关系

数字高程模型应用范畴与前景1.地表形态表达：从模拟到数字2.DEM：概念与理解计算机化的地形表达三要素计算机的存储容量无限到有限，离散化处理模拟数字转换为数字数据图形图像数据到数字数据模型化表达数据组织2.DEM：概念与理解数字地面模型、数字高程模型的定义Miller（1958）数字地面模型是利用一个任意坐标场中大量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示。Doyle（1978）数字地面模型是描述地面诸特性空间分布的有序数值阵列，在一般情况下，所记录的地面特性为高程值，它的空间分布由x、y平面坐标系统来描述，也可通过经度和纬度进行描述海拔分布。在新近文献中，称上述高程或海拔分布的数字地面模型为数字高程模型，以与描述其他地面特性的数字地面模型有所区别。DTM可以是每三个三维坐标值为一组的散点结构，也可是由多项式或傅里叶级数确定的曲面方程。另外数字地面模型可以包含除高程外的其他地面特性，如地价、土地权属、土壤类型、岩层深度等。王之卓（1979）数字地面模型是地形表面用X、Y、Z坐标的数字形式的一种表达。Burrough(1986)ADigitalElevationModelisaquantitativemodelofapartoftheearth’ssurfaceindigitalform.Alsodigitalterrainmodel(DTM).Weibel(1991)ADTMisadigitalrepresentationofaportionoftheearth’ssurface.龚健雅（1993）数字地面模型DTM是定义在二维区域上地形特征空间分布及关联信息的一个有限n维向量系列{Xi}，数字高程模型DEM是DTM的一个子集，它表示地形空间分布的一个有限三维向量系列{X,Y,Z}，其中X,Y表示地形点的平面位置，Z表示相应点的高程。2.DEM：概念与理解数字地面模型有关术语术语全称特点与含义DEMDigitalElevationModel以绝对高程或海拔表示的地形模型DHMDigitalHeightModel以任意高程表示的地形模型，包括绝对高程和相对高程，为德国所使用DGMDigitalGroundModel具有连续变化特征的地表实体模型，为英国所使用DigitalGeomorphologyModel除高程外的其他地貌形态模型，如坡度、坡向等DTMDigitalTerrainModel泛指地形表面自然、人文、社会景观模型DTEDDigitalTerrainElevationModel为美国国防制图局所使用的地形模型，强调模型的格网结构特征2.DEM：概念与理解从狭义角度定义：DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。这种定义将描述的范畴集中限制在“地表”、‘“海拔高程”及“数字化表达”内，意义较为明确，也是人们一般理解与接受的DEM概念。但是，随着DEM的应用向海底、地下岩层及某些不可见地理对象（如等气压面）的延伸，有必要提出更为广义的定义。从广义角度定义：DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。该定义中描述对象不再局限于“地表面”，因而具有更大的包容性，如有海底DEM、下伏岩层DEM、大气等压面DEM等。2.DEM：概念与理解数学意义上的数字高程模型是定义在二维空间上的连续函数H=f（x,y）当ζ为正方形格网时，这时的DEM称为基于格网的DEM（GridbasedDEM）2.DEM：概念与理解当ζ为三角形时，这时实质上是用互不交叉、互不重叠的连接在一起的三角形网络逼近表面，这时的DEM称为基于不规则三角网的DEM（IrregularTriangulatedNetworkbasedDEM，简写为TINbasedDEM）2.DEM：概念与理解Grid与TINDEM的维数2.5D表面模型Z2Z1Z1还是Z2?2.DEM：概念与理解DEM的研究内容：数据采集方法地形建模与内插技术数据组织与管理地形分析地形可视化不确定性分析2.DEM：概念与理解数字高程模型分类体系数字高程模型范围局部DEM地区DEM全局DEM连续性不连续DEM连续DEM光滑DEM结构面规则结构正方形格网结构正六边形格网结构其他格网结构不规则结构不规则三角网四边形线等高线结构断面结构点散点结构2.DEM：概念与理解2.DEM：概念与理解2.DEM：概念与理解DEM的特点精度恒定性表达多样性更新实时性尺度综合性3.DEM的信息特征：从DEM到DTM4.DEM系统结构与功能4.DEM系统结构与功能：建模地形的数字化表达方式地形数字化表达数学描述全局傅立叶级数多项式函数局部规则的分块函数不规则分块函数图形方式点不规则分布网络（如TIN）规则分布网络（栅格）特征点（山顶、鞍部、山脊、山谷等）线等高线特征线（山脊线、山谷线等）剖面线图像方式直接航空影像、遥感影像间接透视图晕渲图4.DEM系统结构与功能：操作DEM修改：增、删、移、拖等DEM滤波：高通滤波，低通滤波DEM转换：DEM聚合：合并，叠加，压缩，重采样‥‥‥4.DEM系统结构与功能：可视化4.DEM系统结构与功能：分析4.DEM系统结构与功能：分析4.DEM系统结构与功能：分析4.DEM系统结构与功能：分析4.DEM系统结构与功能：分析4.DEM系统结构与功能：分析4.DEM系统结构与功能：应用高程内插土方计算与断面线地形可视化表达等高线制作与编辑基本地形参数提取流域分析可视域分析5.DEM与地理信息系统的关系数据采集方法空间数据内插技术空间数据组织和管理空间分析理论与方法6.DEM的应用范畴与前景三个方面地学分析与地学应用非地学领域产业化与社会服务六个领域科学研究工业部门商业领域管理部门军事数字地球本章结束！第2章DEM数据组织与管理主要内容

概述

DEM数据模型

DEM数据结构

DEM数据库管理1.概述空间对象建立过程空间数据模型空间数据模型是对空间对象及其关系的描述，也是根据与应用有关的目标的需要而对空间对象的一种提取。GIS主要空间数据模型认识角度：基于对象的空间数据模型基于场的空间数据模型基于网络的数据模型表达矢量数据模型镶嵌数据模型组合数据模型空间数据模型与空间数据结构空间数据库DEM中引入数据库的考虑数据库功能：与数据结构有关空间索引机制遵循一般空间数据库原则2.镶嵌数据模型基本思想在二维区域上的网络划分来覆盖整个研究区域网络特征参数分辨率、方位、形状、位置类型规则镶嵌数据模型和不规则镶嵌数据模型应用范围连续变化空间对象模拟；三维离散数据空间建模；2.镶嵌数据模型

规则镶嵌数据模型2.镶嵌数据模型规则镶嵌数据模型构造方法特点数据结构简单隐式的坐标存储高效的访问效率数据冗余2.镶嵌数据模型规则格网数据模型的两个理解2.镶嵌数据模型不规则镶嵌数据模型2.镶嵌数据模型不规则镶嵌数据模型构造方法特点随空间对象的形态而改变形状数据冗余少数据结构复杂2.镶嵌数据模型特征嵌入式数据模型基于F-DEM数据模型构建的梯田DEM3.DEM数据结构规则格网数据结构行程编码块状编码四叉树编码结构简单数据结构行程编码数据结构块状编码数据结构四叉树数据结构TIN数据结构：基本数据结构序号属性XYZ1…………2…………3…………4…………5…………6…………△号顶点1顶点2顶点311622263336444655561TIN的数据结构：面结构TIN的数据结构：点结构点面结构边结构边面结构不同TIN结构对比结构存储量拓扑关系应用面结构264显式方便,随时可用点结构248隐式数据维护不方便点面结构224隐式数据维护不方便边结构160隐式较方便,专用算法生成边面结构370显式较方便,生成工作量较大三角形结构注意点一味追求存储量而忽视对拓扑信息的显式表达，这样会导致应用时的信息量不足而影响执行效率，如当要用拓扑关系时需临时生成等；大量地存储显式关系而导致存储空间过大，不利于大范围的模型建立。格网与不规则三角网结构混合结构规则格网DEM和TIN的对比规则格网DEM不规则三角网TIN优点优点简单的数据存储结构；与遥感影像数据的相合性；良好的表面分析功能；较少的点可获取较高的精度；可变分辨率；良好的拓扑结构缺点缺点计算效率较低；数据冗余；格网结构规则；表面分析能力较差；构建比较费时；算法设计比较复杂；4、DEM数据库DEM数据库的两种方法基于文件和索引的数据库基于关系型数据库方式类型TIN库GRID库DEM数据库结构标识符三维坐标拓扑属性关联边关联三角形其它属性三角形标识符三维坐标范围拓扑属性关联点关联边其它属性邻接三角形点、三角形实体结构特征线标识符三维坐标范围坐标对数坐标串其它属性线实体结构DEM数据库数据组织DEM元数据项

目相

关

内

容基本标识信息关于数据最基本的信息，如标题、地理覆盖范围、现势性、获取或使用规则等；质量信息数据体的质量评价，如位置和属性精度、完整性、一致性、信息源、生产方式等；数据组织信息数据集中用来表示空间信息的机制，如空间位置是用栅格、矢量还是街道地址编码或邮政编码来表示的；空间参考信息坐标系统包括投影方式、投影采用的参数、平面基准、高程基准、单位等；实体与属性信息关于数据集内容的信息，如类型、属性、取值范围等；发行信息关于得到数据集的信息，如发行人、发行人地址与联系方式、可得到的数据格式、数据获取方式、价格等；元数据参考信息关于元数据本身的现势性、负责人、发行版本等描述信息DEM数据库系统功能DEM数据库矢量数据库元数据数据库Web服务器数据库服务器数据入库信息查询数据管理数据加工数据提供权限管理数据更新系统维护数据获取本章结束！第3章DEM数据获取方法主要内容DEM数据源特征

DEM数据采样理论基础

DEM数据采样策略与采样方法

DEM数据采集质量控制

DEM数据共享和利用1.DEM数据源特征

地形图航空、遥感影像野外测量既有DEM数据

特征线与断裂线

山脊线、山谷线、山顶、鞍部等

DEM应用目的数据采集效率技术熟练程度数据源特征：地形图

覆盖面广，可获取性强现势性存储介质精度：比例尺、综合程度数据源特征：地形图1:50万1:25万1:10万1:5万数据源特征：航空、遥感影像

大范围、速度快成像与变形规律纠正与植被覆盖地区的高程校正

DEM数据采集的主要发展方向数据源特征：航空、遥感影像卫星影像星下点分辨率/m幅宽/km发射时间生产DEM的最佳比例尺Ikonos0.8211.319991:5000Aster151519991:50000Kompsat-16.61719991:25000Spot-52.56020021:10000-1:5000Formasat-222420041:10000-1:5000Cartosat-12.52720051:10000-1:5000Kompsat-211520061:5000Alos-Prism2.57020061:5000-1:1000Cartosat-2>19.620071:2000Worldview-10.517.620071:2000Geoeye-10.4115.220081:2000不同卫星影像特征及生成DEM的最佳比例尺数据源特征：地面测量

小范围的数据采集与数据更新精度高，周期长，成本较高适用于精度要求较高的工程项目数据源特征：既有DEM数据应用时考虑DEM分辨率、存储格式、数据精度和可信度等因素1：1,000,000(1000m)1：250,000(100m)1：50,000(25m)1：10,000(5m)四种不同比例尺DEM与分辨率2.DEM数据采样理论基础DEM数据源：采样背景地形曲面是连续变化的，不可能测量无穷的点；需要用有限的点来表示无限的连续变化曲面，实现地表重建；采样观点统计观点：抽样几何观点：几何结构地形特征观点：地形由特征线决定其形态地形曲面几何特征地形结构特征（实线为山脊线，虚线为山谷线，三角形表示山顶，小圆为鞍部，正方形为方向变化点和坡度变化点）山顶鞍部山顶山谷线鞍部山顶山脊线ABDC下坡AB山顶上坡AB断面陡坡CD变坡点缓坡CD断面地形曲面复杂度地貌单元类型3.DEM数据采样策略与采样方法

数据分布数据点位置；数据点图案；规则图案不规则图案数据密度单位面积密度相邻点距离数据精度：数据源、数据采集方法、采集仪器数字高程模型数据源的三大属性采样的布点原则DEM数据采集方法手工采样半自动采样自动采样合成孔径雷达干涉测量数据采集方法机载激光扫描数据采集基于声波、超声波的DEM数据采集DEM数据采集方法的对比分析4.DEM数据采集质量控制原始数据粗差检测与剔除基础地形的自相关性连续空间变化的渐变模型方法测量值与计算之比较注意点趋势面函数的选择阈值确定特点简单、局部不能确定是否为粗差点Δ=y实际-y计算y=ax2+bx+c三维可视化粗差检测技术地形三维表面模型：TIN要求快速的建模技术高效的交互相应技术敏感的图形环境常用图像线框透视图、晕渲图特点精度高

效率较低基于坡度信息的规则格网分布数据粗差探测技术基本原理当高程数据中没有粗差时，局部地形表面是光滑连续变化的，相邻点之间的坡度变化一致，若出现异常，则可怀疑该点含有粗差。要素坡度坡度差阈值基于高程信息的不规则分布数据粗差探测方法

原理与格网类似，但由高程取代坡度方法窗口内代表值计算阈值计算比较分析基于等高线采样数据的粗差探测方法等高线拓扑关系可视化等高线回放检查

反演等高线反演等高线与原等高线叠置检查原始数据的滤波处理目的随机误差方法局部窗口中值滤波、平均值滤波等何时进行滤波？随机误差为主要因素5.DEM数据共享和利用我国DEM数据交换格式标准

DEM文件的基本内容和格式如下：DataMark：字符型，国家空间数据交换格式DEM交换格式（CNSDTF-DEM））的标志。Version：数值型，该空间数据交换格式的版本号。Unit：字符型，坐标单位。M表示米，D表示经纬度。Xo：数值型，左上角原点X坐标。Yo：数值型，左上角原点Y坐标。DX：数值型，X方向的间距。DY：数值型，Y方向的间距。Row：数值型，行数。Col：数值型，列数。H001H01。。。。：沿行列分布的格网点高程值。HZoom:数值型，高程的放大倍率。设置高程的放大倍率，使高程数据可以以整形方式存储，如高程精度精确到厘米，高程的放大倍率为100。我国不同比例尺DEM的特点本章结束！第4章格网DEM建立主要内容

从散点到地形统计表面规则DEM建立的基本思路

DEM内插数学模型

DEM建立过程不规则三角网TIN的基本概念

TIN与DEM之间的相互转换1.从散点到地形统计表面地理内涵和数学机理地形的空间分布特征分片模拟各向异性自相似性数学特征分片的曲面模型单值性连续而不光滑各向异性自相关性单值性DEM质量评价标准保凸性逼近面与实际曲面的波动次数相等或接近，而且两者对应的脊线、谷线位置和走向基本一致，这保凸性好，反之保凸性差；逼真性逼近面和实际地形曲面对应点之间满足关系式：光滑性光滑性和平顺性保凸性逼真性光滑性和平顺性DEM建立的一般步骤与方法采用合适的空间模型构造空间结构；采用合适的属性域函数；在空间结构中进行采样，构造空间域函数；有限性，可计算性利用空间域函数进行分析2.规则DEM建立的基本思路3.DEM内插数学模型整体内插整体内插特点优点曲面唯一、光滑；编程简单；与坐标系无关；低阶多项式计算量较小；宏观势态；缺点假设理想，与实际不符；无法反映局部的变化；边界效应；高阶多项式系数的物理意义不明显；局部分块内插逐点内插法逐点内插的步骤定义内插点的邻域范围；确定落在邻域内的采样点；选定内插数学模型；通过邻域内的采样点和内插计算模型计算内插点的高程。4.DEM建立过程

基于不规则分布采样点的DEM建立直接法间接法直接法邻域和邻域内点的确定直接法直接法直接法权值计算直接法内插函数模型直接法内插函数模型间接法：线性内插

BASIC:TrianglefacetasaplaneGeneralformulation:z(x,y)=Ax+By+CComputationalProcedures:Searchforthetrianglethatthegivenpoint(x,y)fallinto,andget(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3);SolvethesetofequationsEstimatezforthegivenlocation(x,y)间接法：精确内插2ndExactFitSurfaceSolvethesixcoefficientsdirectly.Thesurfacewillnotcoincideexactlyalonglinesofoverlap,Thismeanstheremayabruptchangesindirectioncrossingfromonetriangleplatetoanother.间接法：磨光函数内插基于规则格网分布采样点的DEM建立规则分布数据线性内插双线性内插基于等高线分布采样点的DEM建立等高线离散化法等高线内插法等高线构建TIN法5.不规则三角网TIN的基本概念

TIN的基本元素数据和TIN的类型无约束数据域约束数据域无约束TIN约束TINTIN的三角剖分准则局部优化过程，localoptimalprocedure，LOP6.TIN与DEM之间的相互转换GridDEM本章结束！第5章DEM的可视化表达主要内容DEM可视化表达概述地形一维可视化表达地形二维可视化表达地形三维可视化表达地形三维景观模型地形场景漫游与动画1.DEM可视化表达概述2.地形一维可视化表达3.地形二维可视化表达等高线法明暗等高线法

根据斜坡所对的光线方向确定等高线的明暗程度；

将受光部分的等高线饰为白色，背光部分的等高线饰为黑色；

地图的底色饰为灰色；明暗等高线法明暗等高线法分层设色法分层设色法地形晕渲法综合方法综合方法4.地形三维可视化表达

DEM的三角形分割（TIN不需此步）；透视投影变换。即建立地面点（DEM结点）与三维图象点之间的透视关系，由视点、视角、三维图形大小等参数确定；光照模型。建立一种能逼真反映地形表面明暗、彩色变化的数学模型，逐个计算每像素的灰度和颜色；消隐和裁剪。消去三维图形不可见部分，裁剪掉三维图形范围之外的部分；图形绘制和存储。依据各种相应的算法绘制并显示各种类型的三维地形图，若需要则按标准的图形图像文件存储；地物叠加。在三维地形图上，叠加各种地物符号、注记，并进行颜色、亮度、对比度等处理。立体等高线模型平面等高线立体等高线三维线框透视模型地形三维表面模型5.地形三维景观模型纹理映射用纹理映射技术将复杂物体的图像粘贴到简单几何体的表面，置于场景中，在实时显示场景时，还可利用3D图形的平移、旋转等实现复杂物体随观察方向的改变而转动的效果。DEM地形三维场景中的纹理资源从专业摄影图片中获取。现在已有大量的关于风景名胜、地理人物等方面的电子光盘出版发行，从中获取有关图片的素材，再经过编辑加工可生成各类地貌的纹理图像；实地摄影获取纹理图像。可采用数码相机直接获取实地的地形照片，或采用普通相机摄影，将像片扫描，经过处理编辑成相应的纹理图像；从航天、航空遥感图像中获取纹理。目前的遥感影像又分为可见光、多光谱、伪彩色、真彩色等多种形式，最理想的影像是实地区域的真彩色航空摄影像片；直接以该地区的地形图或其它专题图经扫描得到的数字图像（像素图）作为纹理图像；将该地区的矢量数据与地貌纹理图像复合，生成纹理图像；通过分形产生纹理。纹理匹配过程中的几个问题纹理图像的大小应与所绘制三维图像的大小相适应纹理图像中的景物视角、视距应尽量与所要生成的三维地形图的视角、视距保持一致纹理图像应选择亮度均匀的区域而避免阴影和强光部分的影像可以在一幅纹理图像中按一定格式构成多种纹理基于分形的地形三维景观分形内插DEM表面过程基于纹理映射算法的地形三维景观基于遥感、航空影像的地形三维景观（航空）正射影像+DEM基于遥感、航空影像的地形三维景观（遥感）正射影像+DEM基于地物叠加的DEM可视化道路及其附属物与DEM的叠加基于地物叠加的DEM可视化建筑物与DEM叠加基于虚拟现实的地形三维可视化6.地形场景漫游与动画LOD细节层次本章结束！第6章DEM精度分析主要内容

DEM的误差源与误差分类

DEM精度描述指标和精度体系

DEM精度评定方法和精度模型

DEM精度模型分析

DEM地形描述误差分析1.DEM的误差源与误差分类误差、精度与不确定性误差通常被定义为观测数据与其真值之间的差异。不确定性是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。DEM误差源分析DEM数据结构内插方法采样点密度和分布人为误差采点设备误差数据源误差地形表面特征DEM误差分类体系表6.1DEM误差分类误差理论误差构成系统误差、随机误差、粗差误差范围全局误差、局部误差误差相关性绝对误差、相对误差误差空间性质周期误差、峰值误差生产过程数据源误差地图数字化误差、野外测量误差、影像数据误差操作与计算机字长误差计算字长上引起的误差、拓扑分析误差、数据分类高程内插误差DEM误差分类体系图6.1DEM误差分类2.DEM精度描述指标和精度体系DEM精度的数学模型精度是指误差分布的密集或离散程度

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、分布和密度）；

O表示其他要素。常用DEM精度描述指标常用DEM精度描述指标误差自相关精度模型误差与精度可视化模型频率分布图等（高）值线图（Contour）误差图（ErrorMap）地形描述误差分布图3.DEM精度评定方法和精度模型平面精度高程精度实验分析理论分析检查点法和DEM中误差模型检查点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我国标准28个检查点高程中误差逼近分析和地形描述误差等高线套合分析和DEM定性评价模型实验方法和DEM经验模型理论分析与理论模型4.DEM精度模型分析基于等高线数据的DEM精度分析原始数据质量；数据点的分布和密度；内插数学模型；等高距。基于格网数据的DEM精度分析原始数据采样点的误差，可通过对数据采样方式的分析得到；内插方法：不同内插方法会产生不同的内插曲面，引起DEM的表面建模的精度损失。5.DEM地形描述误差分析Et分布示意图DEM高程采样栅格元本章结束！第7章坡面地形因子提取主要内容

坡度、坡向坡形坡长坡位坡面复杂度因子1.概述

地形因子是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。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，而宏观坡面因子反映了地貌的宏观形态特征。坡面因子分类体系坡面因子分类体系坡面因子分类体系提取坡面因子的基本方法

明确各个坡面因子的数字特征建立解译模型研究基于DEM的提取方法软件实现坡面因子提取的算法基础基于空间矢量模型的差分计算二阶差分三阶反距离平方权差分坡面因子提取常用的分析窗口坡面因子提取常用的分析窗口2.坡度、坡向简化的差分公式

fx是X方向高程变化率，fy是Y方向高程变化率由DEM提取的坡度图坡向的计算由DEM提取的坡向图3.坡形宏观坡形因子地面曲率因子地面曲率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ArcView提取的剖面曲率ArcView提取的平面曲率地面变率因子坡度变率（SOS）坡向变率（SOA）ArcView生成的坡度变率图ArcView生成的坡向变率图4.坡长坡长通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点间的最大地面距离在水平面上的投影长度。

L指坡长，m指地表面沿流向的水流长度，θ指水流地区的地面坡度值。坡长提取流程示意图DEM无洼地DEM水流方向汇流长度5.坡位坡位是指坡面所处的地貌部位。正地形、负地形沟间地、沟谷地黄土峁状丘陵区沟沿线示意图（图中白线）DEM提取的沟间地、沟坡地、沟底地6.坡面复杂度因子地形起伏度

RFi指地形起伏度，Hmax指分析窗口内的最大高程值，Hmin指分析窗口内的最小高程值。地表粗糙度R=S曲面/S水平R=1/cos(S)地表切割深度Di指地面每一点的地表切割深度，Hmean指一个固定分析窗口内的平均高程，Hmin指一个固定分析窗口内的最低高程。高程变异系数是反映分析区域内地表单元格网各顶点高程变化的指标，它以格网单元顶点的标准差与平均高程的比值来表示.区域水土流失地形因子定量指标的制定本章结束！第8章特征地形要素的提取主要内容

地形特征点的提取山脊线、山谷线的提取沟沿线的提取水系的提取流域的提取可视性分析1.地形特征点的提取山顶点（peak）凹陷点（pit）脊点（ridge）谷点（channel）鞍点（pass）平地点（plane）等2.山脊线、山谷线的提取山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线（骨架线）基于图像处理技术的原理的算法边缘提取首先提取地形特征点（山脊点、山谷点、鞍点等）；将特征点连成地形特征线（山脊线、山谷线）。简单移动窗口的算法设计一个2×2窗口以对DEM格网阵列进行扫描；第一次扫描中，将窗口中的具有最低高程值的点进行标记，自始至终未被标记的点即为山脊线上的点；第二次扫描中，将窗口中的具有最高高程值的点进行标记，自始至终未被标记的点即为山谷线上的点。

基于地形表面几何形态分析原理的算法找出DEM的纵向与横向的两个断面上的极大、极小值点，作为地形特征线上的备选点；根据一定的条件或准则将这些备选点划归各自所属的地形特征线。基于地形表面流水物理模拟分析原理的算法点上的汇水量，然后按汇水量单调增加的顺序，由高到低找出区域中的每一条汇水线

基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的算法概略DEM的建立地形流水物理模拟概略地形特征线提取地形几何分析地形特征线精确确定。平面曲率与坡位组合法利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷3.沟沿线的提取利用沟壑分布提取沟沿线4.水系的提取水系提取有关的概念集水流域集水出口子流域分水岭水流网络基于地表径流漫流模型的水系提取算法四个基本问题洼地的处理；平地的处理；水流方向及水流累积量的确定； 水道起始位置的确定。经处理后的平地单元格水流方向及水流累积量的确定5.流域的提取

原始DEM数据经填充后的无洼地DEM

提取的水流方向提取的水流累积量

水流积累量大于100的沟壑网络水流积累量大于500的沟壑网络

水流积累量大于2000的沟壑网络水流积累量大于5000的沟壑网络

提取的等高线与提取的流域提取的水系与流域

水流积累量大于2000的小流域水流积累量大于500的小流域6.可视性分析两点之间的可视性A′A-A′间的通视情况示意A′A-A′两点间的通视剖面图深色实线条为可视区，浅色虚线为不可视区可视域可视性分析最基本的用途可视查询地形可视结构计算(即可视域的计算)水平可视计算本章结束！第9章DEM的地形统计分析主要内容基本统计量分级统计分析相关分析回归分析趋势面分析系统聚类分析1.概述

地形统计分析是指对描述地形特征的各种可量化的因子或参数进行相关、回归、趋势面、聚类等统计分析，发现各因子或参数的变化规律和内在联系，并选择恰当的因子或参数建立地学模型，从更深层次探讨地形演化及其空间变异规律。原始DEM数据及派生地形因子基本统计特征的分析地形因子的最大值、最小值、极差、中值、总和、平均值、离差、方差、标准差、频数等基本统计量地形因子关联特征及空间分布规律的研究对地形因子分析的主要内容之一就是查明因子之间的相互关系和内在联系，并选定合适的因子建立地学模型，利用这种模型对地形的发展与动态做出数值预测。2.基本统计量代表集中趋势的统计量的含义及作用代表离散程度的统计量的含义及作用代表分布形态的统计量及其作用统计量含义作用总和数据集中所有数据相加得到的值总和一般用于求取总值及各种比值。通过求取一定流域内的沟壑总长度与总面积，可以获得该流域的沟壑密度。比率两类物体或现象的数值之比地表粗糙度即是以比率来表达的，它是地表单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积之比。高程变异系数以某区域高程标准差和平均值的比值来表示。比例某类物体或现象的数值与其总数之比种类一定区域内，出现多少种不同的值例如在不同高程区域内植物、动物或其他研究对象的种类的统计。反映区域生物的多样性。其它统计量3.分级统计分析分级是对数据进行加工处理的一种重要方法，通过分级可以把数据划分成不同的级别，体现数据自身的特征，为应用研究及专题制图提供基础。DEM数据分级的应用目的有两点：一是为了分级后，图面制图效果好，有利于用户读图；二是用不同的分级方法来突出显示制图区域内不同的地貌特征。分级的原则

科学性原则：分级指标的确定要遵循一定的科学规律；完整性原则：整个数据集中的所有数据都应被分到不同的级别中，没有遗漏，而且同一数据集中的每一数据只能被分到某一级别中，不能同时分到两个或多个级别中；适用性原则：对于一个数据集，应该根据研究或应用的需要选择合适的分级方法，使得分级结果能较好地满足目的；美观性原则：分级方法及分级数目的确定不但要依据研究目的，还要注重制图效果，制作专题地图不仅要体现数据的空间分布特征，还要使得图面色彩平衡，特征明显，易于理解。分级统计的方法单一分级法和复合分级法等值分级法和不等值分级法自定义分级法和模式分级法不同分级体系下坡度的分级结果分位数分级结果图等面积分级结果图4.相关分析空间自相关按照地理学第一定律，空间的事物总在不同程度上相互联系与制约，而相近的事物之间的影响通常大于较远事物的影响。这种现象被称为空间自相关。莫兰指数度量空间自相关正负地形空间分布的空间自相关特征半变异函数和协方差函数地形因子相关分析单相关偏相关

当研究某一个因子对另一个因子的影响或相关程度时，把其他因子的影响视为常数（保持不变），即暂时不考虑其他因子的影响，而单独研究两个要素之间的相互关系的密切程度，这称为偏相关。复相关

一个因子的变化往往受多种要素的综合作用和影响，而单相关或偏相关分析的方法都不能反