2025 高中城乡规划之数字高程模型应用课件

一、数字高程模型（DEM）的基础认知：从概念到技术内核演讲人01数字高程模型（DEM）的基础认知：从概念到技术内核02总结：DEM——连接过去与未来的“空间思维钥匙”目录2025高中城乡规划之数字高程模型应用课件各位老师、同学们：今天，我将以“数字高程模型（DEM）在高中城乡规划教学中的应用”为主题，结合多年参与城乡规划项目的实践经验与一线教学观察，与大家共同探讨这一现代地理信息技术如何成为连接理论与实践的桥梁。作为一名深耕地理教育与规划咨询领域的从业者，我始终相信：技术工具的价值，在于让抽象的空间思维“落地生根”；而高中阶段的城乡规划教学，更需要用前沿技术激发学生对“人地关系”的深度思考。接下来，我将从“认知基础—应用场景—教学实践”三个维度展开，逐步揭开DEM在城乡规划中的独特价值。01数字高程模型（DEM）的基础认知：从概念到技术内核数字高程模型（DEM）的基础认知：从概念到技术内核要理解DEM在城乡规划中的应用，首先需要建立对其本质的清晰认知。这一部分，我将从“是什么—怎么来—怎么用”三个层面展开，帮助大家构建基础框架。1定义与核心特征：DEM的“数字地形密码”数字高程模型（DigitalElevationModel，简称DEM）是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化表达，本质上是一组有序数值阵列，以二维矩阵形式存储区域内各点的高程信息。与传统等高线图相比，DEM的核心优势在于“可计算性”——它不仅能直观展示地形起伏，更能通过算法提取坡度、坡向、地形曲率、流域边界等关键地形参数，为规划决策提供量化依据。记得2019年参与某县域国土空间规划时，团队曾用1:10000比例尺的DEM数据叠加卫星影像，仅用3天便完成了全县域3000平方公里的地形分析，而传统人工勾绘至少需要2周。这让我深刻体会到：DEM不是简单的“数字地图”，而是“会思考的地形数据库”。2数据来源与精度：从航天到地面的“多源融合”DEM数据的获取途径主要分为三类：航天遥感：如美国SRTM（航天飞机雷达地形测绘任务）提供的90米分辨率全球DEM，我国高分三号卫星的12米分辨率数据；航空摄影测量：通过无人机倾斜摄影或机载LiDAR（激光雷达）获取，分辨率可达0.5-5米，适用于城镇级精细规划；地面测量：通过GPS-RTK（实时动态定位）或全站仪采集离散点高程，经插值生成高精度DEM（如0.1-1米分辨率），常用于村庄规划或历史街区保护。需要特别强调的是，数据精度与规划尺度需“精准匹配”：大区域国土空间规划（如市域）可采用30米分辨率DEM，而详细规划（如镇中心区）则需1米以下精度数据。2022年指导学生参与“乡村振兴规划”课题时，我们用无人机航拍生成的5厘米分辨率DEM，成功识别出传统地形图中遗漏的3处微地形（如田坎、小土坡），这些细节直接影响了道路选线与建筑布局方案。3表现形式：从二维到三维的“地形可视化”DEM的可视化输出是其服务规划的重要环节，常见形式包括：等高线图：通过连接相同高程点生成，直观反映地形起伏；坡度图：以颜色梯度表示坡度等级（如0-5为平坡，5-15为缓坡），直接指导建设用地适宜性评价；三维地形模型：结合纹理（如卫星影像）或建筑模型，生成可旋转、可量测的立体场景，辅助空间形态规划；地形剖面：沿特定方向切割地形，展示地面高程变化，常用于道路、管线选线分析。去年带领学生用ArcGIS制作某镇DEM时，有位同学提出：“如果能看到下雨时水往哪里流，是不是对排水规划更有帮助？”这启发我们通过DEM计算“汇流累积量”，生成了简易的内涝风险图——这正是DEM“可计算性”的典型应用。3表现形式：从二维到三维的“地形可视化”二、DEM在城乡规划中的核心应用场景：从分析到决策的全流程支撑城乡规划本质是对“空间资源的优化配置”，而DEM通过提供地形本底数据，深度参与从“现状分析—方案设计—实施评估”的全流程。以下结合具体规划类型，解析DEM的四大应用场景。1地形适应性分析：城乡空间布局的“先天约束”地形是城乡发展的基础本底，DEM通过量化地形参数，为“哪里能建、怎么建”提供科学依据。建设用地适宜性评价：结合坡度（如城镇建设一般要求坡度≤15）、坡向（阳坡更适宜居住）、高程（避免洪水位以下）等指标，将区域划分为“适宜—较适宜—限制—禁止”建设区。例如，2021年参与某山区县城规划时，通过DEM分析发现，原规划的产业园区位于25以上陡坡区（水土流失风险高），最终调整至5-10的缓坡地带，既规避了生态风险，又降低了场地平整成本。交通网络选线：通过DEM提取地形剖面，计算道路纵坡（一般要求≤8%），结合地质条件（如避开冲沟），优化路线方案。我曾目睹某乡镇因未做DEM分析，将公路选在12的陡坡上，建成后频繁发生塌方，最终不得不改线——这正是忽视地形约束的代价。2生态安全格局构建：山水林田湖草的“数字脉络”DEM是识别生态要素空间关系的关键工具，尤其在“三区三线”划定中发挥重要作用：流域与汇水分析：通过DEM计算水流方向、汇流累积量，识别自然排水沟、集水区域，划定生态保护红线中的“水源涵养区”。例如，在某湿地公园规划中，我们利用DEM定位到5条潜在汇水沟谷，最终将其规划为生态廊道，既保护了原有水系，又增强了湿地的自净能力。水土流失风险评估：结合坡度（>25为高风险）、地形起伏度（单位面积内最大高差），叠加土地利用数据，生成水土流失敏感性图，指导生态修复重点区域。2023年参与的“矿山复垦规划”中，DEM分析显示某矿区坡度达30且汇水集中，最终采用“阶梯式梯田+植被固坡”方案，比原计划的“全面硬化”更生态、更经济。3灾害预警与韧性规划：应对极端天气的“数字防线”随着全球气候变化加剧，城乡规划需增强“韧性”，DEM在灾害风险评估中不可替代：洪涝模拟：通过DEM提取地表径流路径，结合降雨强度模型，模拟不同重现期（如50年一遇、100年一遇）的淹没范围，指导避洪区规划与排水系统设计。2020年郑州“720”特大暴雨后，我们为某沿河县城做灾后规划时，利用高精度DEM模拟发现，原规划的学校位于50年一遇淹没区内，最终将其迁至地势较高的缓坡地，同时在低洼区规划为生态滞洪区。地质灾害监测：通过DEM分析斜坡坡度、坡型（凸坡/凹坡）、临空面高度，结合地质资料，圈定滑坡、泥石流易发区。例如，某山区村庄曾因未做DEM分析，将集中安置点选在凹型陡坡下方，2022年暴雨引发泥石流，造成严重损失——这警示我们：DEM是“防患于未然”的关键工具。4文化遗产保护：地形与人文的“时空对话”传统村落、历史城镇的保护需尊重“因山就势”的营建智慧，DEM能帮助我们解码其中的空间逻辑：历史格局复原：通过对比古地图与现代DEM，还原历史时期的地形特征（如古城墙走向、水系分布），为保护规划提供依据。我曾参与某明清古镇保护项目，利用DEM发现现存街道走向与1:50000古地图中的等高线完全吻合，证明其“随山就水”的传统格局，最终规划明确“禁止大拆大建，保持原有肌理”。视线通廊保护：通过DEM计算重要文化节点（如古塔、古桥）的可视域，划定视线保护范围。例如，某古镇的“文笔塔”是视觉中心，DEM分析显示，若在塔南侧30米内建6层以上建筑，将遮挡从镇中心望向塔的视线，最终规划将该区域限高为3层。4文化遗产保护：地形与人文的“时空对话”三、高中城乡规划教学中的DEM实践：从知识到能力的“阶梯式培养”高中阶段引入DEM教学，并非要求学生掌握复杂算法，而是通过“观察—操作—分析”的递进式学习，培养空间思维与实践能力。结合新课标“地理实践力”“综合思维”的要求，我总结了“三阶段”教学模式。1基础感知阶段：从“看地形”到“读数据”此阶段重点是建立DEM与真实地形的联系，可通过“对比实验”激发兴趣：工具演示：用GoogleEarthPro（免费版）加载SRTM30米DEM，对比同一区域的卫星影像与三维地形，让学生观察“颜色（高程）—起伏—地物”的对应关系。例如，展示家乡的DEM，引导学生发现“绿色（低海拔）多为城镇，黄色（中海拔）多为农田，白色（高海拔）多为山地”的规律。案例讨论：选取典型规划失误案例（如前文提到的陡坡建园、淹没区建校），展示DEM分析前后的方案对比，提问：“如果没有DEM，可能忽略哪些风险？”这种“问题导向”能让学生直观感受DEM的价值。2操作实践阶段：从“用工具”到“解问题”此阶段需提供简单易用的平台，让学生动手操作，体验“数据输入—分析—输出”的完整流程：软件选择：推荐使用QGIS（开源GIS软件）或“地理探测器”（中学地理专用平台），前者功能全面，后者界面更友好。例如，用QGIS加载某乡镇的DEM数据，指导学生完成“坡度计算—分类着色—导出坡度图”的操作，过程中讲解“重分类”“符号化”等基础概念。任务设计：设计“乡村道路选线”“避洪安置点选址”等真实问题，要求学生基于DEM分析结果提出方案。我曾让学生为某虚拟村庄（提供DEM与人口分布数据）规划应急避难场所，学生通过计算坡度（<10）、高程（>50年一遇洪水位）、服务半径（≤500米），最终在缓坡台地选出3个候选点，并撰写分析报告——这种“做中学”的方式，比单纯讲解更能培养综合思维。3创新拓展阶段：从“用技术”到“创价值”此阶段鼓励学生结合社会热点，用DEM解决实际问题，实现“技术—人文—创新”的融合：跨学科项目：联合物理（坡度与摩擦力）、生物（坡向与植被分布）、历史（古村落选址与地形）等学科，设计“地形与人类活动”综合课题。例如，分析家乡古镇的DEM，结合地方志记载的“因水成市”“依坡建宅”，撰写《地形对古镇空间格局的影响》小论文。技术前沿引入：介绍DEM与AI、BIM（建筑信息模型）的融合趋势，如“数字孪生城市”中DEM与建筑模型的叠加应用，激发学生对未来技术的探索兴趣。2024年指导学生参加“未来城市设计”比赛时，团队将无人机DEM与AI生成的建筑模型结合，模拟了“海绵社区”的雨水径流路径，最终获得省级奖项——这让我坚信：技术工具的教育价值，在于点燃学生的创新之火。02总结：DEM——连接过去与未来的“空间思维钥匙”总结：DEM——连接过去与未来的“空间思维钥匙”回顾今天的分享，我们从DEM的基础概念出发，探讨了其在城乡规划中的四大应用场景，最终落脚于高中教学的实践路径。作为一名见证城乡规划从“经验主导”向“数据驱动”转型的从业者，我深刻体会到：DEM不仅是技术工具，更是一种“空间认知方式”——它让我们用数字的眼睛重新审视地形，用科学的方法优化人地关系。对于高中阶段的同学们而言，学习DEM的核心意义不在于掌握多