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第3节数字高程模型分析一、DEM概述几个概念数字地面模型(DigitalTerrainModel,DTM)：是指描述地面特性的空间分布的有序数值阵列。数字搞成模型(DigitalElevationModel,DEM)：是指描述地表单元空间位置和地形属性分布的有序集合，它是定义在二维区域上的一个有限项的向量系列。JiangyinSoilDTMJiangyinDEM一、DEM概述DEM的表示法数学方法图形法整体局部傅立叶级数高次多项式规则数学分块不规则数学分块点数据线数据规则不规则典型特征密度一致密度不一致三角网邻近网山峰、洼地隘口、边界水平线垂直线典型线山脊线谷低线海岸线坡度变换线DEM的表示方法第3节数字高程模型分析一、DEM概述DEM的表示法1）等高线法等高线是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。需要用插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程。矢量等高线栅格等高线第3节数字高程模型分析一、DEM概述DEM的表示法2）TIN法TIN(TriangulatedIrregularNetwork)利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点连接成相互连续的三角面。连接原则：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——Delaunay。第3节数字高程模型分析一、DEM概述DEM的表示法2）TIN法第3节数字高程模型分析一、DEM概述DEM的表示法3）规则格网法(Grid)规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，DEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，成为DEM最通用的形式。第3节数字高程模型分析一、DEM概述DEM的表示法3）规则格网法(Grid)缺点：a)地形简单的地区存在大量冗余数据；b)如不改变格网大小,则无法适用于起伏程度不同的地区；c)对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向被夸大；d)由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征,如山峰、洼坑、山脊等；第3节数字高程模型分析一、DEM概述DEM的特点1）容易以多种形式显示地形信息。2）精度不会损失。3）容易实现自动化、实时化。第3节数字高程模型分析二、DEM的建立数据获取与处理1）数据采集2)数据处理选点采集随机采集沿等高线采集沿断面采集地形图数字化采集航空相片采集地面测量采集机载测高仪采集沿断面采集选点采集格式转换坐标系变换数据编辑数据分块数据内插第3节数字高程模型分析二、DEM的建立DEM的生成1）人工网格法在地形图上蒙上格网，逐格读取中心点或交点的高程值。2)三角网法对有限个离散点，每三个邻近点联结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可计算各格网点高程，生成DEM。第3节数字高程模型分析二、DEM的建立DEM的生成3）立体像对法通过遥感立体像对，根据视差模型，自动选配左右影像的同名点，建立数字高程模型。第3节数字高程模型分析二、DEM的建立DEM的生成4）曲面拟合法整体拟合——根据研究区域内所有采样点的观测值建立趋势面模型。局部拟合——利用邻近的数据点估计未知点的值，能反映局部特征。第3节数字高程模型分析二、DEM的建立DEM的生成5）等值线插值法距离加权法移动拟合法双线性多项式内插法样条函数内插法最小二乘匹配法有限元法分形插值法第3节数字高程模型分析三、DEM的应用基于DEM的信息提取1）坡度，定义为地表单元的法向与Z轴的夹角，即切平面与水平面的夹角2）坡向，坡向是地表单元的法向量在水平面上的投影与X轴之间的夹角3）地表粗造度(破碎度),定义为地表单元的曲面面积与其水平面上的投影面积之比。xyzP’1(x,y)P’4(x+∆x,y)P’2(x,y+∆y)P’3(x+∆x,y+∆y)nP1P2P3P4(z1)(z2)(z4)(z3)zφ第3节数字高程模型分析A=S(S-L1)(S-L2)(S-L3)S=(L1+L2+L3)/2三、DEM的应用基于DEM的信息提取GridDEM上制作坡度、坡向图通常用3×3的格网窗口在DEM数据矩阵中连续移动计算完成。DEMSLOPEASPECT第3节数字高程模型分析三、DEM的应用基于DEM的信息提取4）高程变异分析包括平均高程、相对高程、高程标准差，高程变异。高程变异——为格网顶点的高程标准差与平均高程的比值。5）地貌形态的自动分类DEM计算地表形态要素高度、坡度、坡向等地形分类标准表地形自动分类…………3坡度……100-200100…相对高度……400600……绝对高度高山低山丘陵岗丘平地第3节数字高程模型分析三、DEM的应用等高线的绘制在格网DEM上自动绘制等高线主要包括两个步骤：A等高线追踪：利用DEM矩形格网点的高程内插出格网边上的等高线点，并将这些等高线点排序B等高线光滑：进一步加密等高线点并绘制光滑曲线。第3节数字高程模型分析三、DEM的应用基于DEM的可视化分析1）剖面分析A意义：以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等。如果在地形剖面上叠加其它地理变量，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。B绘制可在格网DEM或三角网DEM上绘制1A432B50123456高程(m)12345BAB4321A0123456高程(m)1234BA第3节数字高程模型分析三、DEM的应用基于DEM的可视化分析2）通视分析——是指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析。A方法：以A为观察点，对格网DEM或三角网DEM上的另一点A’，判断通视与否以观察点O为轴，以一定的方位角间隔算出0°～360°的所有方位线上的通视情况。第3节数字高程模型分析三、DEM的应用基于DEM的可视化分析2）通视分析——是指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析。B关键算法：判断格网或三角网上的某一点是否通视倾角法观察点与各交点的倾角为βi(i＝A,B,C)若tgα＞max(tgβi,i＝A、B、C)，则OP通视否则，不通视。剖面图两点连线是否与剖面相交。AB第3节数字高程模型分析三、DEM的应用基于DEM的可视化分析2）通视分析——是指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析。C通视分析示例雷达盲区飞行可视域的三维显示第3节数字高程模型分析三、DEM的应用基于DEM的可视化分析3）地形三维图绘制DEM高程点建立几何模型透视变换隐藏线、面的消除光照模型计算贴纹理图形输出第3节数字高程模型分析三、DEM的应用基于DEM的可视化分析4）地貌晕渲图绘制即阴影立体法，可增加丘陵和山区地区描述高差起伏的视觉效果。第3节数字高程模型分析三、DEM的应用数字流域分析1）流向计算FlowDirection2）流水累积量FlowAccumulation流入每个栅格的所有的栅格的数目。2481X161286432第3节数字高程模型分析三、DEM的应用数字流域分析3）水网StreamNetwork根据地表的水流方向数字矩阵，确定河流的最小长度，显示出区域内水系分布的密集程度。4）流域分析Watershed流域是指流经其中的水流和其它物质从一个公共的出水口排出从而形成一个集中的排水区域。采用水流方向和流水累积量数据生成Watershed数据第3节数字高程模型分析