中国地质大学数字地面模型第1章概论

郑坤[e-mail]参考教材《数字高程模型及地学分析的原理与方法》汤国安《数字地形分析》周启明《数字高程模型》李志林《数字高程模型原理和方法》刘修国课程主要内容数字地面模型概论DEM的数据组织模型DEM原始数据采集DEM表面建模数字高程模型内插DEM数据质量分析与控制DEM基本地形分析DEM三维可视化及应用数字高程模型的应用数字高程模型发展方向和展望实习内容第一次表面建模上机实习第二次地形分析上机实习考核及成绩考核内容：1、实习报告2、平时成绩3、考试成绩第一讲、数字高程模型概述横看成岭侧成峰远近高低各不同地形图地理环境空间信息的载体和传输工具：现实世界的缩影。人们在足不出户的情况下通过阅图了解感兴趣区域的自然、社会、经济现象和地势起伏等。通过对这些数据和图形的解译和发现，可获取在地形图上没有直接表现的知识。地表形态表达:从模拟到数字象形绘图法写景表示法等高线图示法数字高程模型DEM的概念与理解传统的高程模型－－等高线地形图：高程用来描述地形表面的起伏形态；传统的高程模型是等高线，其数学意义是定义在二维地理空间上的连续曲面函数。数字高程模型：DEM(DigitalElevationModel)区域地形表面海拔高度的数字化表达（狭义）或地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达（广义）。传统的高程模型数字高程模型：•数字化：数字计算机只识数字，一切必须数字化•离散化：数字计算机容量有限，必须采样离散化•结构化：借助计算机表达与处理，模型必须结构化DEM定义Miller(1958)利用一个任意坐标场中大量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连续地面的一个简单统计表示Doyle（1978）描述地面诸特征空间分布的有序数值阵列，在一般情况下，所记录的地面特征为高程值，他的空间分布由x、y平面坐标系统来描述，也可通过经度和维度进行描述海拔分布。王之卓（1979）地形表面用X、Y、Z坐标的数字形式的一种表达Burrough(1986)数字形式表示的局部地球表面的量化模型，有时也成为数字地形模型DTMWeibel(1991)局部地形表面的数字化表达DEMDigitalElevationModel以绝对高程或海拔表示的地形模型DHMDigitalHeightModel以任意高程表示的地形模型，包括绝对高程和相对高程，为德国所使用DGMDigitalGroundModelDigitalGeomorphologyModel具有连续变化特征的地表实体模型，为英国所使用除高程外的其他地貌形态模型，如坡度、坡向等DTMDigitalTerrainModel泛指地形表面自然、人文、社会景观模型DTEDDigitalTerrainElevationModel为美国国防制图局所使用的地形模型，强调模型的格网结构特征数字地面模型有关术语DTM与DEM数字地面模型：DTM(DigitalTerrainModel)地表二维地理空间位置和其相关的地表属性信息的数字化表达。区别与联系：数字地面模型中地形属性为高程时，称为数字高程模型。都是地球表面地形地貌离散数字的一种数学表达；DEM是DTM的一个子集。DEM不再仅是一种数据产品，而是数据及其相关处理、表达和分析方法的统一体。DEM的信息特征l数字高程模型是零阶单纯的单项数字地貌模型，是数字地貌模型总体的滋生点。l构筑数字高程模型和由它派生数字地貌模型的方法，有比较一般的应用意义。数字地面模型…单项数字地面模型单项数字地面模型单项数字地面模型单项数字地面模型数字高程模型DEM数据的特点数据精度的恒定性表达的多样性更新的实时性尺度的综合性DEM的分类数字高程模型数据源航空航天遥感资料地形图地面实测记录…内容综合性数字高程模型区域性数字高程模型专题性数字高程模型…结构规则格网数字高程模型等值线数字高程模型空间多边形数字高程模型…DEM研究内容与体系地形数据采样地形数据组织与管理地形建模与内插地形分析与地学应用地形数据可视化DEM的不确定性分析与表达地形表面DEM建立DEMDEM操作DEM可视化DEM分析DEM应用数据采集数据处理应用DEM数据的来源地形图数字化影像数据野外地面测量DEM建立流程矢量数据库航摄相片地形图正射影象DEM数字等高线三维表示与分析影象数据库DEM数据库全数字化摄影测量提交提交扫描数字化移动曲面纹理映射矢量叠加透视地形数字化表达方式l数学描述l图形表达l图像表达地形数字化表达方式地形数字化表达方式数学描述全局傅里叶级数多项式函数局部规则的分块数据不规则的分块数据图形方式点不规则分布网络规则分布网络特征点（山顶、山脊、山谷）线等高线特征线（山脊线、山谷线等）剖面线图像方式直接航空影像、遥感影像间接透视图晕眩图DEM的操作主要包括：l编辑处理l滤波l合并l拼接l叠加l不同格式DEM之间的转换。DEM的分析主要包括：l基本地形信息计算：坡度、坡向、地表粗糙度、地形起伏度、剖面曲率、平面曲率等地形描述因子。l复杂地形信息计算：可视域分析、地形特征提取、水系特征分析等。DEM的可视化主要包括：l二维可视化:等高线地形图、分层设色图、剖面图等。l三维可视化：三维地形透视图、晕渲图、纹理影射、地形细节层次模型，以及在其他信息辅助下的地形三维景观图、地形三维造型图、地形场景仿真等DEM主要功能主要包括：l高程内插：l拟合曲面内插：l等高线内插：l可视区域分析；l面积体积计算；l坡度、坡向、曲率计算l晕渲图DEM与GIS的关系l数据采集方法l空间数据内插方法l空间分析技术与方法DEM的应用l科学研究应用：区域、全球气候变化研究；水资源、野生动植物分布；地质、水文模型建立；地形地貌分析；土地分类、土地利用、土地覆盖变化等…l商业工程应用：通讯基站选址、通讯网络规划、移动通讯传播模型校正；空中交通管理与导航；资源规划管理与建设；地质勘探；旅游资源仿真；水文和气象服务；遥感、测绘等…l管理领域应用：在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析、淹没分析不可或缺的基础：数字流域建设中的汇水区分析、水系网络分析等；l国防军事应用：战场模拟仿真；基于地形匹配的导引技术（导弹的飞行模拟）；……DEM应用举例——DTM系统数字高程模型作为地表勘测成果的数字化表现形式，其目的是用测量或其他技术手段获得地形数据，在满足一定精度的条件下，用离散数字的形式在计算机中进行表示，并利用计算机自动产生各类专业地学图件及进行各类专业分析。提供多种原始数据的建模方式地形高程数据的库管理功能提供基于DEM数据的多种专业分析功能提供三维交互地形可视化环境系统功能：DTM系统——土方计算地表沟脊脊提取地表晕眩图某地一天内不同时点的地形阴影早晨上午中午等值线追踪DTM系统——连线可视性分析DTM系统——洪水淹没分析DTM系统——高程剖面分析DEM应用举例——电子沙盘电子沙盘提供了强大的三维交互地形可视化环境，利用DEM数据与专业图象数据，通过交互地调整飞行参数，可生成近实时的飞行鸟瞰景观。此外，系统也允许预先精确的编辑飞行路径，沿飞行路径进行三维场景飞行浏览，并提供动态飞行场景的录制与播放功能。DEM数据的高程分层设色显示DEM数据与影像数据联结三维场景显示三维静态场景的输出功能三维动态飞行场景的录制与播放功能简单DEM模型分析功能系统功能：电子沙盘——高程分层设色电子沙盘——影像数据叠加显示DEM应用举例——景观模拟（1）城市景观系统通过运用数字技术构造出某一区域的虚拟场景来辅助人们进行观测，是一个可视现实和虚拟现实集成的系统。场景地形生成场景模型建立空间定位及属性查询场景分层管理实时漫游场景输出系统功能：DEM应用举例——城市景观（2）城市景观系统通过运用数字技术构造出某一区域的虚拟场景来辅助人们进行观测，是一个可视现实和虚拟现实集成的系统。场景地形生成场景模型建立空间定位及属性查询场景分层管理实时漫游场景输出系统功能：DEM的其它应用（1）DEM的其它应用（2）两个问题——DEM应用问题1：用于神舟飞船返回的搜救系统中，数字高程模型有哪些应用？搜救系统为“神舟”回收作贡献问题2：在三峡水库之规划设计中，数字高程模型有哪些应用？本节思考内容1、数字高程模型研究现状及其发展趋势2、数字高程模型与GIS、RS的关系谢谢！