三维电子地图的地形建模技术

三维电子地图的地形建模技术目录CONTENTS二、DTM的空间内插方法一、DTM与DEM三、DEM的表示方法四、格网DEM及其建立方法五、不规则三角网TIN及其建立方法六、格网DEM与TINDEM的相互转换一、DTM与DEM1.DTM与DEM数字地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。DTM的核心是地形表面特征点的三维坐标数据和一套对地表提供连续描述的算法。最基本的DTM是由一系列地面点x,y位置及其相联系的高程z所组成，用数学函数式的表达是∶z=f（x,y）x,y∈DTM所在的区域DTM与DEM在一般情况下，地面特性是高程Z，它的空间分布由x、y水平坐标系统来描述，也可用经度x，纬度y来描述海拔的分布，这种地面特性为高程或海拔高程的DTM也称为数字高程模型（DigitalElevationMode，DEM）。其它地面特性可以是地价、土地权属、土壤类型、地貌特征、岩层深度及土地利用等与地形有关的信息。DTM可以是每三个坐标值为一组元的散点结构，也可以是由多项式或傅里叶级数确定的曲面方程。DTM与DEM二、DTM的空间内插方法一、项目概况2.DTM的空间内插方法DTM内插按插点分布范围，可分为分块内插、剖分内插和单点移面内插三类。DTM的空间内插方法三、DEM的表示方法一、项目概况3.DEM的表示方法（1）数学方法用数学方法来表达，可以采用整体拟合法，即根据区域所有的高程点数据，用傅立叶级数和高次多项式方法拟合统一的地面高程曲面。也可用局部拟合方法，将地表复杂表面分成正方形规则区域或面积大致相等的不规则区域进行分块搜索，根据有限个点进行拟合形成高程曲面。DEM的表示方法一、项目概况（2）图形方法a线模式等高线是表示地形最常见的形式。其他的地形特征也是表达地面高程的重要信息源，如山脊线、谷底线、海岸线及坡度变换线等。b点模式用离散采样数据点建立DEM是常用的方法之一。数据采样可以按规则格网采样，可以是密度一致的或不一致的；可以是不规则采样，如不规则三角网、邻近网模型等；也可以有选择性地采样，采集山峰、洼坑、隘口、边界等重要特征点。在实际应用中，DEM最主要的表示模型是∶规则格网（Grid）模型和不规则三角网（TIN）模型。DEM的表示方法四、格网DEM及其建立方法4.格网DEM及其建立方法规则格网的高程矩阵，可以很容易地用计算机进行处理，特别是栅格数据结构的地理信息系统。它还可以很容易地计算等高线、坡度坡向、山坡阴影和自动提取流域地形，使得它成为DEM最广泛使用的格式，目前许多国家的DEM数据都是以规则格网的数据矩阵形式提供的。电子地图的性质规则格网的数据矩阵一、项目概况(1)基于地性线的DEM向矩阵网格转换a地性线数据的矢/栅变换①地性线支撑点的栅格化;②沿地性线作高程加密。b其他网格高程的确定（旋转剖面插值法）①定义数字剖面②寻找最大坡度剖面③高程插值建立DEM（线性插值/非线性插值）（2）基于数字化等高线的DEM向矩阵网格转换①等高线的全路径栅格化②DEM加密③谷地地段与山脊地段的高程插值格网DEM及其建立方法一、项目概况规则格网结构DEM的缺点：在地形简单、平坦的地区存在大量冗余数据；如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的地区；对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向被夸大；由于栅格过于粗略，不能精确表达某些重要的地形特征，如山峰、洼坑、山脊、山谷等。用于非矩形的不规则区域时，边界要做特殊处理。为了压缩栅格DTM的冗余数据，可采用游程编码或四叉树编码方法。格网DEM及其建立方法五、不规则三角网TIN及其建立方法一、项目概况5.不规则三角网TIN及其建立方法不规则三角网（TriangulatedIrregularNetwork，TIN）是另外一种表示数字高程模型的方法，它是由不规则分布的离散数据点构造出邻接的三角形（三角面）而组成的格网结构。TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域内任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微。不规则三角网TIN及其建立方法一、项目概况不则三角网数字高程由连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点或节点的位置和密度。TIN表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点（各三角形的顶点）连接成相互连续的三角面（在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等）。TIN是不规则格网中最简单的形态，在等高线追踪、三维显示及其他方面也是最常用、最简单的结构。不规则三角网TIN及其建立方法不规则三角网TIN及其建立方法三角化算法分类六、格网DEM与TINDEM的相互转换一、项目概况6.格网DEM与TINDEM的相互转换格网DEM转成TIN保留重要点法（VIP，VeryImportantPoint）启发丢弃法（DH，DropHeuristic）TIN转成格网DEM有两种方法