数字高程模型试题集

《数字高程模型》

第1讲概论

一、名词解释

1.数字高程模型（DEM）：通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化

模拟，或者说,地形表面的数字化表示。DigitalElevationModel,缩写DEM.。

二、填空（选择、判断）

1、地形表达的历史演进过程，经历了象形绘图法、写景法、等高线地形图、地

貌晕渲图、航空摄影图像、遥感图像、数字地形表达等7个阶段。

2、DEM按结构分类包括：基于而元的DEM、基于线单元的DEM、基于点的DEM；

按连续性分类，包括：不连续DEM、连续但不光滑DEM（逐点内插的格网DEM、TIN）、

光滑DEM（样条函数内差的格网DEM）;按范围分类，局部DEM、区域DEM、全局

DEMo

三、问答题

1、DEM的特点。

（1）容易用多种形式显示地形信息。地形数据经计算机处理后能产生不同比例

尺的纵横断面图与立体图，而常规地图一旦制作形成，比例尺不容易改变，绘制

其他的地形图需要人工处理；

（2）精度不会损失，没有载体变形的问题；

（3）容易实现自动化、实时化。将修改信息直接输入计算机，软件处理后生成

各种地形图。

（4）快速计算、获取DEM分辨率范围内的高程数据。

2、在ArcGIS中，如何通过纸质等高线地形图生成不同形式的DEM。

（1）纸质等高线地形图扫描；

（2）在ArcMap中配准（选取投影和坐标系）；

（3）簟高线地形图矢量化并给每条等高线赋以属性值（高程）；

（4）运用Arctoolbox—Convertiontools—featurestoraster工具将矢量线

转化为栅格线（每个栅格的值为高程）；

（5）在ArcScencc中，运用convert—rastertofeature将栅格线转化为矢量

点数据文件；

（6）在ArcScencc中，运用3Danalyst一inpolatetoraster一Ichv进行差值;

（7）三维显示（在属性表中设置高程）；

（8）在ArcScence中,运用3Danrdyst—convert一rastertoTin转化为TIN。

第2讲数据获取

一、填空（选择、判断）

1、地面复杂度描述的指标主要有：光谱频率、分维数、曲率、相似性、坡度等;

其中坡度是描述地面复杂度最基本、最有效的指标。

剖面法采样渐进采样

2

选择性采样混合采样

3、DEV数据源的三大属性是数据分布、数据密度和数据精度。

二、问答题

1、叙述采样理论。假定某个地形曲面的纵断面为周期为正弦函数，请计算该段

面上合理的采样间隔。

如果对某一函数g（x）间隔（1进行采样，则高于l/2d的频率部分将不能通过

数据采样的重建而恢复。也就是说，如果要想恢复重建表而，则函数的频率应小

于或等于1/（2d）o

采样间隔应为：d<7V

2、DEM三大数据源的特征。

（1）地形图数据

主要通过等高线来描述地物高度和地形起伏。地形图数据覆盖范围广、比例

尺系列齐全、获取经济，是各种尺度DEM主要数据。制作复杂，更新周期长，不

能反映局部地形地貌变化。多为纸质，存在不同程度变形。

（2）遥感影像数据

1）航空影像：更新速度快，地形图测绘、更新的有效手段，也是获取大面

积、高精度DEM最有价值数据源。

2）卫星遥感影像：传统立体扫描仪所获得高程数据，精度较差，只适合小

比例尺（1：100万）DEM生产。

3）高分辨率遥感影像（1m分辨率IK0N0S）、合成孔径雷达干涉测量、激光

扫描仪等新型传感器数据，是高精度、高分辨率DEM最有希望的数据，但价格昂

贵。

（3）地面测量数据

3

GPS、全站议、经纬仪在野外获取观测地面点数据，精度较高，但工作量大,

只适合小范围DEM数据获取。

第3讲DEM表面建模一格网DEM

一、填空题

1、地形起伏的空间自相关性是DEM内插的数理统计基础。

2、内插方法按内插范围可分为整体内插、分块内插、逐点内插。分块内插又包

括线性内插、双线性内插、二元样条函数内插、多面函数法内插、最小二乘配置

法内插、有限元法内插等。

二、问答题

1、评述几类内插方法

(1)一般说来，大范围内的地形比较复杂，用整体内插法若选取采样点个数较

少时，不足以描述整个地形，而若选用较多的采样点则内插函数易出现振荡现象,

很难获得稳定解。因此在DEM内插中通常不采用整体内插法。

(2)相对于整体内插，分块内插能够较好地保留地物细节，并通过块间一定重

叠范围保持内插曲面的连续性。分块内插方法的一个主要问题是分块大小的确

定。

(3)逐点内插方法计算简单，应用比较灵活，是较为常用的一类DEM内插方法。

逐点内插方法的主要问题是内插点邻域的确定，它不仅影响到DEM内插精度，也

影响到内插速度。

(4)各种内插方法在不同地貌地区和不同采点方式下有不同的误差。具体选择

时，要考虑每种方法的适用前提及优缺点，同时考虑应用的特点，从内插精度、

速度、计算量等方面选取合理的方法。

第4讲TIN建立

一、名词解释

1、TIN:基于不规则三角网的数字高程模型(BasedonTriangulatedIrregular

NetworkDEM,简写为3asedonTINDEM,简称TIN).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。

2、Delaunay三角网：有公共边的Voronoi多边形称为相邻Voronoi图，连接所

有相邻Voronoi多边形的生长中心所形成的三角网称为Delaunay三角网。它是

一个布满整个区域有互不重叠的三角网结构。

4

第5讲DEM可视化表达

一、名词解释

1、可视化（visualization）：是指运用计算机图形、图像处理技术，将复

杂的科学现象、自然景观以及十分抽象的概念图像化，以便理解现象、发现规律

和传播知识。

2、地形可视化：是在20世纪60年代以后随着地理信息系统的出现而逐渐

形成的，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。

3、地形三维可视化：是将三维空间对象按某一规则变换到二维平面，为了

使变换过的图形具有真实感，还须根据光源的位置和颜色、对象表面的形状和方

位及光谱特性等计算画面每一点的颜色灰度，并选择合适的纹理贴附于对象表

面。

二、填空

1、地形可视化经历了从简单到复杂、从低级符号到高级符号、从抽象到逼

真的过程。

2、地形三维可视叱方法有：立体等高线模型、三维线框透视模型、地形三

维表面模型、地形三维景观模型等。

三、问答题

1、简述地形三维可视叱的基本步骤。

（1）DEM三角形分割（TIN不需此步骤）；

（2）透视投影变换；

（3）光照模型；

（4）消隐处理；

（5）图形绘制和存储；

（6）地物叠加（添加纹理）。

5

第6讲DEM数据组织与管理

一、填空题

1、DEM数据模型包括镶嵌数据模型（不同大小、不同形状网络覆盖）、规则镶

嵌数据模型（如正方形）、不规则镶嵌数据模型（如三角网）。

2、规则格网DEM数据结构包括：简单矩阵结构、行程编码结构、块状编码结构、

四叉树数据结构。

3、TIN数据结构包括：面结构、点结构、点面结构、边面结构、

4、DEM数据库属空间数据库，DEM数据库的内容包括数据库结构设计、数据组织

方法、元数据、数据库功能等。

第7讲DEM生产质量控制

一、名词解释

1、DEM质量控制：指DEM数据在表达空间位置、高程、时间信息这三个基石要

素时所能达到的准确性。

2、随机误差：对同一目标，多次观测的结果会有不同，且没有任何规律性，所

以称为随机误差。

二、填空题

1、DEM质量控制策略：减少数据采集时的误差引入；对采集到的数据作误差处

理，以提高可靠性；减少表面建模时的误差引入。

2、不管采用何种采集方法，测量数据都包含误差，主要来自：（1）原始资料的

误差；（2）采点设备的误差；（3）人为误差；（4）坐标转换误差.

3、DEM数据误差包括：系统误差、随机误差、粗差。研究的重点是偶然误差。

三、问答题

1、DEM质量检查的内容

（1）检查DEM原始的数学基础（投影/坐标系）；

（2）数据起止点坐标的正确性（范围）；

（3）原始数据质量（系统误差/随机误差/粗差）；

6

（4）高程值有效区间（插值会超出）；

（5）内插模型（选择是否恰当）

（6）产品质量（整体精度）

（7）元数据文件（描述是否准确）

第8讲DEM精度分析

一、名词解释

1、极限误差：通常以3倍中误差作为偶然误差的极限，并称为极限误差。

二、填空题

1、DEM误差就是数字地形表面建模过程中所传播的各种误差的综合。

2、DEM常用的精度描述指标是中误差、平均误差和标准差（公式）。

第9讲DEM的多尺度表达

一、名词解释

1、地图综合：同一地物在不同比例尺上所表达的细节是不一样的。通过一些诸

如简化和有选择性省略的操作，从大比例尺地图中获得小比例尺地图，即地图综

合。

二、」真空题

1、地理空间中地理对象的图形表达，往往在欧氏空间进行。但是，欧氏空间中

地理对象的放大和缩小，并不改变地理对象的尺度（比例尺）。

2、分辨率指地理对象基本测量单位的大小。反应的是对象的细节程度；而尺度

则反映观测对象时，距离对象的远近。二者显然是不同的。

3、多尺度DEM的表达方法：层次结构（金字塔结构、四叉树结构）；表面综合。

4、我国目前上产的不同尺度的DEM有：1：100万，1：25万，1：5万，1：1

万。

三、问答题

1、简述DEM多尺度表达的理论基础

7

根据人眼观察物体的规律，即人只能在一定的分辨率内观察物体，超出了这

个分辨率，将看不到这个物体。Li和Openshaw（1993）提出了尺度变换自然规律:

在一定的尺度中，如果基于空间变换的地理目标的大小低于最小规定尺寸，那么

它就会被忽略而不再被表达。运用这个规律，忽略掉人眼不能看到的空间物体细

节，进而可以得到不同分辨率（不同尺度）的DEM.

第10讲从DEM内插等高线

一，名词解释

1、二值等高线法：把具有相同等高距的高程等级用黑色和白色交替表示，定义

黑白的交界线为等高线。这个等高线没有宽度。

2、边界等高线法：按照黑白二值法形成的等高线并没有宽度。如果要让等高线

有宽度（一个栅格大小），并用黑色表示出来，可用边缘跟踪算法确定两个等级

之间的交界线。

二、填空题

1、从格网DEM内插等高线的栅格方法有：二值等高线法、边界等高线法，另外

还有：三色等高线法、高亮等高线法、高程灰阶等高线法、明暗等高线法、

第11讲数字地形分析

一、名词解释

1、数字地形分析：人们习惯用等高线、纵剖面、坡度与坡向、汇水面积、填挖

方、三维透视图等DEM的派生图形或数据来表达实际地形的各种特征。产生这些

派生产品的过程称为数字地形分析。

二、填空题

1、曲面拟合法中坡度坡向的计算公式（正切值、角度值）。

2、基于格网DEM的地形特征提取方法：基于图像处理的方法、断面极值法、基

于地形曲面流水物理模拟分析方法、基于地形曲向几何分析与流水物理模型模拟

分析相结合的方法。

3、基于等高线的特征提取方法有：等高线曲率判别法、等高线垂线跟踪法、等

高线骨架法、基于Voronoi图的骨架法。

4、可视性分析的基本用途有：可视查询、可视域计算、水平可视计算。

三、问答题

8

1、假定某一区域无洼地DEM如图（a）。

787269715849

746756494650

695344373848

645855223124

686147211619

745334121112

（a）

（1）按照D8算法进行方向编码；并用箭头标出每个格网的水流方向（可用简单

的落差值判断）。

787269715849

►

74部56494650

695344373848

645855223124

686147211619

745334121112

9

(b)

（2）按照方向编码，填写该格网DEM水流方向矩阵。

222448

222448

122484

1281281248

221444

1111416

(c)

（3）假定每个格网的降雨均为1个单位，根据水流方向矩阵，填写水流累积矩阵

（可以通过指向某个格网的箭头总数确定，一个箭头表示1个水流量）

000000

011220

037540

0002001

0001240

0247351

(d)

10

第12讲DEM应用

一、问答题

1、举例说明DEM在工程、军事、测绘等方面的应用。

(1)在工程中的应用：水库面积、库容计算

其实质是填方分析。

1)首先构建库区的TIN；

2)以TIN为基础，绘制库区的等高线图，用等高线表示不同的水位；

3)将封闭的等高线作为约束条件，使用替代多边形方法，用每条等高线的高程

填充封闭多边形，构建约束TIN;

4)以库区原始TIN和某个约束TIN为基础，进行填挖(cut/fill)分析，即可

得出某高程上水库的水面面积(area)和库容(volume).

5)以上面的计算为基础，还可以绘制水库水面面积与库容的关系曲线图。

(2)在军事中的应用

1)虚拟战场

虚拟战场是数字化基础上由计算机上成的另一类战场，是虚拟的，但人

可