搜索
2014-4-18数据源——DEM和TIN地形制图坡度和坡向表面曲率栅格与TIN数字高程模型DigitalElevationModel（简称DEM）：以数字形式按一定结构组织在一起，标识实际地形特征空间分布的数字模型，也是地形形状大小和起伏的数字描述。DEM的核心是地形表面特征点的三维坐标数据和一套对地表提供连续描述的算法，最基本的DEM是由一系列地面点x、y位置及其箱联系的高程Z组成。高程Z是关于平面坐标X，Y两个自变量的连续函数，Z=f（x，y）数字高程模型（DEM）只是它的一个有限的离散表示。表示高程点的规则排列•地面测量的传统方法:现在通常是利用测距经纬仪在野外实测，测量一些点的距离和角度，自动记录与显示所测量得到的数据，并输入到计算机中进行处理，获得这些点的三维坐标。•数字摄影测量：在模拟立体测图仪及解析测图仪上进行摄影测量时，都需要在人眼立体观测情况下使左右测标对准同名点，通过人眼与脑的观测实现影像定位、匹配与识别。数字摄影测量是利用计算机立体视觉代替人眼的立体观测，从遥感立体影像中提取地面高程，其基本原理是识别并测量两个或多个影像上同名影像的像对坐标，实现数字摄影的自动匹配。利用立体影像测定DEM•等高线法：根据数字化的等高线和地形线等，利用内插算法根据邻近点高程求出待求点的高程。所采用的内插算法有移动曲面拟合法、多面函数法、最小二乘法。•激光测高仪、雷达、GPS等方法：目前，德国已经利用激光遥感技术获取了1：5000的DEM。由于用这种技术获取的是地表地物的高度信息，故只有在处理掉植被、房屋高度后，才可得到真实的地面地形信息。但是，由于水体吸收激光（无反射），故无法获得水面信息，亦即基本无水面数据。根据激光高程点数据，采用SCOP内插程序可获得等高线数据。实践表明，将激光高程数据跟摄影测量三维影像图套合，符合较好。例如，加拿大一家公司用安装在LasarJet上的航空干涉侧视测量雷达STAR-3I获取中、高精度的数字高程模型DEM，其抽样间距为2.5米，高程精度为1.5米。数字地形模型（DTM,DigitalTerrainModel）它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制。地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。地表单元上地形参数的集合，通常DTM可由DEM生成。规则格网模型：通常是正方形，也可以是矩形，三角形等规则格网。把DEM覆盖区划分为规则格网，每个格网大小和形状都相同，用相应矩阵元素的行列号来实现网格点的二维空间定位，第三维为特征值，可以是高程和属性。网格大小代表数据精度。对网格单元值的理解（以高程为例）网格单元的数值是其中所有点的高程值，即格网单元对应的地面面积内高程是均一高度。网格单元的数值是网格中心点的高程或该网格单元的平均高程值。等高线BAFCGEHD等高线和相应的自由树等高线模型：高程值的集合石已知的，每一条等高线对应一个已知的高程值，这样一系列等高线集合和它们的高程值一起就构成了一种地面高程模型。不规则格网模型——TIN邻接三角形1XYZ2XYZ3XYZ4XYZ5XYZ6XYZ7XYZ8XYZ12345678123456781234顶点5687542365746544888721X31264534XX587X62867XX点文件三角形文件11125443三角网的一种存储方式DEM的分辨率DEM的分辨率越高，分析结果的精度越高DEM的数据质量取决于处理手段，软件包和输入质量等。TIN：根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任一点落在三角形的顶点、边或者三角形内。点的高程值通常通过线性插值的方法得到。用一系列无重叠的三角形近似模拟陆地表面，从而构成不规则的三角网。不规则三角网表示法客服了高程矩阵中冗余数据的问题，而且能更加有效的运用于各类以DTM为基础的计算，但其结构复杂。选择点的算法：VIP法和最大Z容差算法构建三角网的算法：德劳内三角网测量法将给予点的数字高程模型转换为高程格网选择要评估的点评价该点的重要性本质上是一种邻域运算。PABCDEFGHZAEPdVIP方法示意对于高程格网的每个点，其原始高程与由不规则三角网内插的高程之差在指定的最大容差之内。采用迭代算法1）构建一个初始不规则三角网2）计算格网中年每个点与所落入的三角面的高差3）这些差值与指定的Z比较，如果大于Z,则标记该点并将其添加到不规则三角网原型中。4）格网中每个点都检测以后，用标记的点重新计算三角形5）直到所有落入三角形内的点都在指定的容差Z内。DEM：经过转换而来点数据：实测高程点、GPS数据、雷达数据线数据：等高线和断线面数据：湖泊和水库不规则点集生成TIN等高线是一种等值线，连接相同高程的点，等高距代表等高线之间的垂直距离。等高线的排列及其模式是地形的反映陡峭地形等高线间距紧密沿着河流等高线向上游方向弯曲。等高线的自动生成步骤：探查等高线与格网单元或三角形的交叉通过格网单元或三角形画出等高线算法：1给定一条等高线2检查每个三角形的边缘是否有等高线经过3如果有，则沿三角形边缘做线性内插可确定等高线的位置4链接代表等高线位置的点5平滑等高线•从高程矩阵中得到等高线图:方法为把高程矩阵中各像元的高程分成适当的高程类别,然后用不同的颜色或灰度输出每一类别.连接等高线时如果原高程数据点不规则或间隔过大,必须同时使用内插技术内插到需要的密度.•从TIN数据中产生的等高线,是用水平面与TIN相交的办法实现的.TIN中的山脊\山谷线等数据主要用来引导等高线的起始点.利用TIN生成等高线表示高度沿一条线（道路、河流等）上的变化垂直剖面法生成步骤1在等高线图上画一条线2标记等高线与剖面线的每个交叉点，并记录其高程3适当提高每个交叉点的高度比例4联结各交叉点，绘成垂直剖面图模拟在太阳光下与地表要素相互作用下的地形容貌显示：向光的山坡明亮，背光的山坡阴暗用途：研究阳光的照射位置与公路上发生的车祸事件发生率之间的关系；分析农作物与太阳光照的关系•制图者为了增加丘陵和山地地区描述高差起伏的视觉效果而发展了“阴影立体法”(地貌晕渲法).•方法1(DEM):首先根据DEM数据计算坡度和坡向,然后将坡向数据与光源方向比较,而向光源的斜坡得到浅色调灰度值,反方向的斜坡得到深色调灰度值,介于中间坡度的斜坡得到中间灰度值.灰度值的大小则按坡度进一步确定.•方法2(TIN):与高程矩阵类似,只是灰度级的确定不按像元计算而按小三角面计算.定义：用不同颜色符号表示不同的高度分区用途：强调高程对分析对象的影响例如：地形对城市形成的影响；野生动物栖息地的研究是地形的三维视图，如同从飞机上某个角度所见的地形与四个参数有关：观察方位、观察角度、观察距离、竖向比例•从一个空间三维的立体的数字高程模型到一个平面的二维透视图，其本质就是一个透视变换。将“视点”看作为“摄影中心”，可以直接应用共线方程从物点（X，Y，Z）计算“像点”坐标（X,Y）。透视图中的另一个问题是“消隐”的问题，即处理前景挡后景的问题。定义：地面上某点的坡度标识了地表在该点的倾斜度两种表示方法：--坡度百分数：垂直距离与水平距离之比率的100倍--度：垂直距离与水平距离之比率的反正切应用：根据坡度起伏变化，确定崩塌、泥石流区域或严重的土壤侵蚀区，作为灾害防治与水土保持工作的基础。提取平坦区域，为大型商业中心或房屋建筑选址定义：坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。斜坡的倾斜方向可取方位角0-360度中的任意方向。坡向一般分为9类：东、南、西、北、东北、西北、东南、西南和平地。在实际应用中，可以综合为四种坡向，即平缓坡、阳坡、半阳坡和阴坡，分别用1/2/3/4标识阳坡（坡向向南,包括135～225°）、阴坡（坡向向北,包括315～45°）、半阳坡（坡向向东南或西南偏南，包括90～135°和225～270°）、半阴坡（坡向西北或东北偏北，包括45～90°和270～315°）坡度和坡向的用途——选址分析、土壤侵蚀、野生动物栖息地适宜性等。DEM分辨率DEM的质量坡度和坡向的算法：尚无定论局部地形：陡坡坡度误差较大，平坦坡向误差较大（1）在数字地形图数据库中存贮高程数据（2）解决道路设计和军事工程中的与高程有关的问题（3）军事目的三维地形显示及风景设计和规划（4）剖面视觉分析（5）道路规划、大坝选址等（6）不同地形之间的静态分析和比较（7）产生坡度图、坡向图和生成着色地形图的坡度剖面图，辅助地貌分析或建立侵蚀图（8）作为专题信息的显示背景或将地形数据与专题数据进行叠合（9）为景观的图像模拟模型和景观处理提供数据（10）通过将高程替换为其他连续变化的属性。