《DEM数字高程模型》课件

《DEM数字高程模型》课程介绍课程目标本课程旨在帮助学员理解DEM数字高程模型的概念、应用、数据采集和处理方法，并掌握相关软件操作。课程内容课程涵盖DEM的定义、应用领域、数据采集方式、数据格式、数据处理、可视化、地形分析及应用案例等内容。DEM数字高程模型的定义定义DEM是DigitalElevationModel的缩写，指的是数字高程模型，它是一种用数字形式表示地球表面地形起伏的模型。数据DEM数据通常以网格的形式存储，每个网格点代表地面上一个特定位置的高度值。应用DEM数据可以用于各种地理空间分析和可视化应用，例如地形分析、流域模拟和三维地形建模。DEM数字高程模型的应用领域地形分析DEM用于计算坡度、坡向、视域分析等，了解地形特征，支持灾害预警和资源管理。城市规划DEM用于城市规划设计、交通路线规划、基础设施建设、土地利用评估等，确保城市发展可持续性。水利工程DEM用于水利工程设计、水资源管理、水文模拟、洪水预警，提高水利工程效益和防洪能力。DEM数据采集方式1航空摄影测量利用航空摄影机从空中拍摄地面图像，通过图像处理和几何校正获得DEM数据。2遥感影像利用卫星或飞机搭载的传感器获取地表信息，通过图像处理和几何校正生成DEM数据。3地形图数字化将传统纸质地形图扫描并数字化，利用地理信息系统软件提取等高线数据生成DEM数据。4GPS测量利用GPS接收机进行地面测量，获取大量点位的高程信息，通过插值算法生成DEM数据。航空摄影测量航空摄影测量是利用航空摄影机从飞机上拍摄地面影像，并利用影像进行测量和制图的一种技术。航空摄影测量可以获取高精度的DEM数据，是制作地形图和三维模型的重要方法。遥感影像遥感影像可以通过卫星或飞机上的传感器获取，它们能提供覆盖广阔区域的数字高程信息。这些影像经过处理后，可以提取出地形信息，并生成DEM数据。遥感技术在DEM数据采集方面有着广泛应用，尤其是在大范围、难以接近的区域，例如山区、沙漠和海洋。地形图数字化将传统纸质地形图转化为数字化的DEM数据。使用扫描仪扫描地形图，并进行图像处理，将地图上的等高线信息提取出来。利用插值算法，根据等高线数据生成网格DEM。GPS测量全球定位系统（GPS）测量技术是DEM数据采集的重要手段之一。GPS接收机通过接收卫星信号，计算出接收机在地球表面的三维坐标，从而获取地形高程信息。GPS测量技术具有高精度、高效率和全天候作业的特点，适合于大范围、复杂地形地区的DEM数据采集。DEM数据格式网格DEM等高线DEM不规则三角网DEMDEM数据结构网格DEM使用规则的网格点来表示地形，每个网格点存储一个高程值，形成规则的矩阵。等高线DEM通过等高线来表示地形，每个等高线代表一个特定的高程值。不规则三角网DEM使用不规则三角形来表示地形，三角形顶点存储高程值，形成不规则的三角网。网格DEM规则数据结构网格DEM采用规则的网格结构，以矩阵的形式存储高程数据。空间位置明确每个网格点对应一个唯一的地理坐标，方便进行空间分析。数据处理方便网格DEM易于进行数据处理和计算，例如插值、分析等。等高线DEM概念等高线DEM是基于等高线数据构建的数字高程模型，等高线DEM通过对等高线数据的插值，生成一系列的点，并将其连接起来，形成一个连续的表面。优点等高线DEM易于理解和操作，且数据量较小，存储和处理效率高。缺点等高线DEM的精度受限于等高线的精度，且在等高线稀疏区域精度较低。不规则三角网DEM由一系列不规则三角形组成，每个三角形顶点对应一个地面点。适用于地形复杂区域，能够更精确地表达地形的起伏变化。存储效率高，数据量较小，适合进行地形分析和建模。DEM数据处理在创建DEM后，可能需要进行一些处理步骤，以提高数据质量、适应特定应用或满足特定要求。数据预处理包括数据清理、校正和拼接等步骤，以确保数据的一致性和准确性。数据细化通过插值等方法，将原始数据分辨率提高，以获得更精细的地形模型。数据预处理1数据清洗去除异常值、缺失值等错误数据，确保数据的完整性和准确性。2数据转换将数据转换为合适的格式和单位，例如，将经纬度坐标转换为平面坐标。3数据重采样调整数据分辨率，以满足不同的应用需求。数据细化网格分辨率通过调整网格单元的大小，可以控制DEM的精度和细节程度。插值方法使用不同的插值算法，可以生成更准确、更平滑或更符合实际地形特征的DEM。数据源融合结合多个数据源，例如航空摄影测量和地形图数字化，可以提高DEM的精度和完整性。噪音滤波1平滑滤波减少突变2中值滤波消除脉冲噪声3高通滤波增强边缘细节插值算法1反距离加权法根据已知点距离的倒数进行加权平均。2克里金法利用空间自相关性进行插值。3样条函数法使用样条函数对已知数据进行拟合。插值算法用于在DEM数据中填充未知点的高度。常用的方法包括反距离加权法、克里金法和样条函数法。DEM数据可视化将DEM数据转化为可视化形式，以直观地展现地形地貌信息，是DEM应用的重要环节。三维地形模型利用DEM数据构建三维地形模型，可以更直观地展现地形起伏和地貌特征。2.5D地形模型将DEM数据投影到二维平面，并通过颜色或纹理来表现地形高程变化，构建2.5D地形模型。三维地形模型真实感渲染三维模型能够以逼真的方式呈现地形的细节，包括山脉、河流和植被，为用户提供更加直观的体验。互动式浏览用户可以自由旋转、缩放和移动模型，从不同角度观察地形，进行更加深入的分析和研究。数据可视化通过三维模型，可以将复杂的地理数据转化为直观易懂的图形，方便用户理解和分析地形的特征。2.5D地形模型2.5D地形模型是将DEM数据转换为二维平面图的方式，并将高度信息用颜色或阴影等方式表示，方便用户直观地了解地形地貌特征。2.5D模型保留了DEM数据的高度信息，但只能在二维平面内进行展示，无法模拟三维空间中的真实地形。地形分析1坡度分析分析地形的倾斜程度，了解地形起伏变化，如山坡的陡峭程度。2坡向分析确定地表坡面的朝向，了解地形的朝向变化，如山坡朝向南北、东西等。3视域分析确定在特定地点能够看到哪些区域，用于景观规划、建筑设计、军事防御等。4流域分析分析水流的汇集方向，了解河流的流域范围，用于水资源管理、防洪、水利工程设计等。坡度分析地形坡度坡度是指地表坡面的倾斜程度，通常以角度或百分比表示。坡度计算DEM数据可用于计算每个网格点的坡度，从而生成坡度图。应用价值坡度分析可用于识别陡峭地形，评估滑坡风险，以及规划道路建设。坡向分析坡向是指坡面法线方向在水平面上的投影方向，通常以方位角表示。坡向会影响地表接受太阳辐射的量，进而影响植物生长、土壤水分蒸发等。坡向分析可用于识别不同朝向的坡面，并分析其对地表环境的影响。视域分析可见区域视域分析可以确定从特定点或区域可以观察到的范围。建筑设计该分析可用于优化建筑设计，确保最佳的景观视野。森林管理帮助制定最佳的森林砍伐计划，避免破坏景观和自然保护区。流域分析1水文分析确定河流网络，计算河流长度、面积和流量。2洪水模拟预测洪水淹没范围，评估洪水风险。3水资源管理评估水资源潜力，规划水资源利用和保护。地形剖面分析提取信息从特定方向上分析地形的起伏变化，获取地形高程信息。应用场景公路、铁路等线性工程的选线，以及水库、堤坝等工程的建设。DEM数据的应用案例DEM数据广泛应用于各个领域，为城市规划、水利工程、农业监测、环境评估等提供数据支撑。通过DEM数据分析，可以更好地了解地形地貌特征，为相关决策提供科学依据。城市规划DEM数据可以帮助城市规划者更好地了解城市地形，例如山坡、河流和低洼地区。利用DEM进行地形分析，可以为道路规划、桥梁建设和地下设施布局提供参考。DEM数据可以帮助优化城市绿地规划和城市景观设计，提高城市宜居性。水利工程1水库建设DEM可用于水库选址和设计，确定最佳水库位置，模拟水库蓄水量和淹没范围。2灌溉系统DEM可用于灌溉系统设计，优化灌溉区域，计算灌溉用水量，分析地形对灌溉效率的影响。3防洪工程DEM可用于防洪工程设计，分析洪水泛滥区域，制定最佳防洪措施，评估防洪工程的效果。农业监测作物生长监测利用DEM数据分析地形的坡度和坡向，帮助农民优化作物种植。灌溉系统优化根据DEM数据，设计更合理的灌溉系统，提高用水效率，减少水资源浪费。土壤水分监测通过DEM数据分析土壤水分状况，帮助农民及时进行灌溉或排水，提高作物产量。环境评估环境影响分析DEM数据可用于评估建设项目对周围环境的影响，例如地形变化、水文特征