DEM 复习整理.doc

DEM 复习整理1、 DEM概念 (1)狭义概念： DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。(2)广义概念： DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。(3)数学意义： DEM是定义在二维空间上的连续函数H=f(x,y)2、数字高程模型的特点 精度恒定性 表达多样性 更新实时性 尺度综合性3、规则格网DEM和TIN的对比4、DEM数据模型 从认知角度 基于对象的模型、基于网络的模型、基于场的模型 从表达角度 矢量数据模型 镶嵌数据模型 组合数据模型5、DEM数据结构（1）、规则格网DEM数据结构 a、简单矩阵结构 b、行程编码结构 c、块状编码结构 d、四叉树数据结构（2）、不规则三角网DEM数据结构TIN数据结构：面结构、点结构、点面结构、边结构、边面结构、简单结构（3）、格网与不规则三角网结构混合结构6、DEM数据源特征地形图、航空、遥感影像、野外测量、既有DEM数据 可获得性（x，y，z）、DEM应用目的（分辨率、精度）、数据采集效率、数据量大小、技术熟练程度（1）数据源：地形图覆盖面广，可获取性强，是丰富、廉价的建立DEM的主要数据源。特点：现势性（经济发达地区往往不满足现势性要求）、存储介质、精度：比例尺、等高线密度、成图方式有关 （2）数据源：航空、遥感影像a、现势性好：获取速度快、更新速度快、更新面积大（大范围DEM数据的最有价值来源）b、 缺点：受外界影响因素较大，对于精度要求高的DEM难以满足要求，高精度影像获取方法费用昂贵c、相对精度和绝对精度低的遥感影像： LandsatMSS、TM传感器、SPOTd、高分辨率遥感图像：1米分辨率的IKONOS 0.61米QUICKBIRD （3）数据源：地面测量缺点：工作量大，周期长、更新十分困难，费用较高 用途：公路铁路勘测设计、房屋建筑、矿山、水利等对工程精度要求较高的工程项目（4）数据源：既有DEM数据 覆盖全国范围的1:100万、1:25万、1:5万数字高程模型 7、 数据采样方法对比（1）、地形图数据采集方法优点：a地形图易获取、作业设备简单、对操作人员技术要求较低，因而地形图是DEM获取最基本的方法。b手扶跟踪数字化的优点是所获向量形式的数据在计算机中较易处理缺点：速度慢、劳动强度大、精度难保证，难以实现大面积DEM数据采集（2）地图扫面数字化优点：速度快、精度高、自动化程度高 缺点：技术相对复杂（3）摄影测量优点：更新速度快、主要处理大范围、大批量的数据缺点：精度受外界影响较大、对于精度要求高的DEM难以满足要求，高精度影像获取方法费用昂贵8、采样的布点原则沿等高线采样 ：地形复杂沿等高线跟踪的方式进行数据采集 ;在平坦的地区，则不宜沿等高线采样 规则格网采样 :规定X和Y轴方向的间距来形成平面格网，量测这些格网点的高程。剖面法：而在剖面法中，只沿一个方向即剖面方向上采样 渐进采样：平坦的地区采样要相对较少，地形复杂的地区要采样相对较多 选择性采样：根据地形特征进行选择性的采样（方法并不常见 ）混合采样 ：选择采样与规则格网采样相结合或者是选择采样与渐进采样相结合的采样方法 （数据的存储管理与应用较复杂 ） 9、DEM数据采集方法地形图数据采集方法 摄影测量数据采集方法 野外测量数据采集方法 DEM数据采集技术的进展10、规则格网DEM建立的基本思路 （1）空间结构在水平面的投影为正方形格网时，称为基于格网的建模；（2）对研究区域在二维平面上进行格网划分（格网大小取决于DEM应用目的），形成覆盖整个区域的格网空间结构；然后利用分布在格网点周围的地形采样点内插计算格网点的高程值，最后按一定的格式输出，形成该地区的格网DEM；（3）DEM建立过程中的关键环节是格网点上高程的内插计算；11、TIN的基本概念 不规则三角网（Triangulated Irregular Network 简称TIN）：是用一系列互不交叉、互不重叠的连接在一起的三角形来表示地形表面。TIN既是矢量结构又有栅格的空间铺盖特征，能很好地描述和维护空间关系。TIN的基本元素节点（Node）：是相邻三角形的公共顶点，也是用来构建TIN的采样数据；边（Edge）：指两个三角形的公共边界，是TIN不光滑性的具体反映。边同时还包含特征线、断裂线以及区域边界。面（Face）：由最近的三个节点所组成的三角形面，是TIN描述地形表面的基本单元。TIN中的每一个三角形都描述了局部地形倾斜状态，具有唯一的坡度值。三角形在公共节点和边上是无缝的，或者说三角形不能交叉和重叠12、TIN的三角剖分准则 空外接圆准则：在TIN中，过每个三角形的外接圆均不包含点集的其余任何点；最大最小角准则：在TIN中的两相邻三角形形成的凸四边形中，这两三角形中的最小内角一定大于交换凸四边形对角线后所形成的两三角形的最小内角；最短距离和准则：指一点到基边的两端的距离和为最小。张角最大准则：一点到基边的张角为最大。面积比准则：三角形内切圆面积与三角形面积或三角形面积与周长平方之比最小。 对角线准则：两三角形组成的凸四边形的两条对角线之比。这一准则的比值限定值，须给定，即当计算值超过限定值才进行优化。空外接圆准则、最大最小角准则下进行的三角剖分称为Delaunay (译为狄洛尼或德劳内)三角剖分（Triangulation），简称DT。空外接圆准则也叫Delaunay法则。 13、DEM可视化概念 DEM实现了地形表面的数字化表达，但信息隐含，地形可读性差；需要一种技术以增强DEM的地形表达效果，即DEM地形可视化技术，以DEM为基础实现对地形的直观表达。地形可视化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14、地形二维可视化表达(1) 等高线法：等高线是高程相等的相邻点的连线。等高线地形图是通过成组的具有一定间隔的（等高距）等高线族来表达地面的起伏形态(2) 明暗等高线法：又称为波乌林法，由波乌林于1895年提出，基本理论为： 根据斜坡所对的光线方向确定等高线的明暗程度（阴坡面和阳坡面）； 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； 地图的底色为灰色(3) 分层设色法基于高程的分带设色：根据等高线划分出地形的高程带，逐层设置不同的颜色，用以表示地势起伏的一种方法(4) 地形晕渲法又称为地貌晕渲法或阴影法，通过模拟太阳光对地面照射所产生的明暗程度，并用灰度色调或彩色输出，得到随光度仅以连续变化的色调，达到地形的明暗对比，使地貌的分布、起伏和形态显示具有一定的立体感，直观地表达地面起伏变化。15、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。系统误差：定义：它是在一定的测量条件下，对同一个被测尺寸进行多次重复测量时，误差值的大小和符号（正值或负值）保持不变；或者在条件变化时，按一定规律变化的误差。随机误差：定义：在测量时，即使排除了产生系统误差的因素（实际上不可能也没有必要绝对排除），进行了精心的观测，仍然会存在一定的误差，这类由于偶然的或不确定的因素所造成的每一次测量值的无规则变化（涨落），叫做偶然误差，或随机误差。 粗差：定义：在相同观测条件下作一系列的观测，其绝对值超过限差的测量偏差，即超过三倍中误差的测量误差。 误差源分析1）地形表面特征2）数据源3）采点设备误差4）人为误差5）采样点密度和分布6）内插方法7）DEM数据结构16、DEM精度评定方法和精度模型DEM精度平定方式：平面精度和高程精度分开评定、平面精度和高程精度同时评定DEM精度平定 a检查点法和DEM中误差模型b逼近分析和地形描述误差c等高线套合分析和DEM定性评价模型d实验方法和DEM经验模型e理论分析与理论模型17、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。18、坡度：地表面任一点的坡度是指过该点的切平面与水平地面的夹角。坡度(degree of slope)：即水平面与地形面之间夹角。坡向:坡向反映斜坡所面对的方向。坡向（）也称为坡面倾面，单位为度，一般以正北方向为零度，按顺时针方向度量。19、坡形(1)、宏观坡形因子坡形是指局部地表坡面的曲折状态。宏观上讲，一般可分为直线形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡和台阶形斜坡四种基本类型 ，一般可采用地面曲率因子和地面变率因子度量地面表面一点的弯曲变化程度 (2)、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。(3)、地面变率因子 地面变率描述的是地表局部范围内坡度、坡向两个基本的地形指标的变化情况，它包括坡度变率、坡向变率两个基本因子 20、地表粗糙度 是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，一般定义为地表单元的曲面面积S曲面与其在水平面上的投影面积S水平之比。数学表达式为： R = S曲面/ S水平 R = 1/cos(S)21、坡面因子提取的算法基础（论述）P15722、地形特正点的提取（论述）P169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）等在一个33的栅格窗口中，也可以直接利用中心格网点与8个邻域格网点的高程关系来进行判断地形特征点：（Zi，j-1 - Zi，j）（Zi，j+1 - Zi，j）0（1）当Zi，j+1 Z