数字高程模型复习大纲.doc

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1、数字地面模型原理及应用课程复习大纲 第一讲 概论 1. 熟练掌握地图表达地表形态的内容和基本特点；基本特性：可量测性 数学法则 一览性 制图综合 直观性 内容符号掌握等高线地形图的特性； 2. 熟练掌握影像表达地表形态的特点和优势；优势：细节丰富；成像快速；直观逼真。特点：周期短 覆盖面广 现势性强 能够重建实际地形的立体模型 能够进行精确的三维量测3. 熟练掌握模型的概念：用来表现其它事物的一个对象或概念，是按比例缩减并转变到我们能够理解的形式的事物本体。熟练掌握模型的层次：概念模型（建模的初级阶段） 物质模型（模拟的模型） 数学模型（基于数字系统的定量模型）4. 熟练掌握数字高程模型的概念

2、：通过有限的地形高程数据，实现对地形曲面的数字化模拟，或者说是地形表面形态的数字化表示。 掌握数字高程模型的分类体系：熟练掌握数字高程模型的特点：精度的恒定性 表达的多样性 更新的实时性 尺度的综合性5. 熟练掌握数字高程模型与数字地面模型的联系与区别: 6. 熟练掌握地形高程数据的获取方法: 地形图数据采集方法 摄影测量数据采集方法 野外测量数据采集方法 第二讲 DEM 数据组织与管理 2. 掌握空间数据模型设计的基本原则；适用性 运行性 更新性 相关性 相容性 先进性 高质量 完备性 安全性 3. 熟练掌握镶嵌数据模型的概念和基本思想；掌握镶嵌数据模型的基本原理和 构造方法； 基本思想：空

3、间对象可用相互连接在一起的网络来覆盖和逼近，或者说用在二维区域上的网络划分来覆盖整个区域。基本原理：用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形曲面。构造方法：用数学手段将研究区域进行网格划分，把连续的地理空间离散为互不覆盖的网格，然后对网格单元附加相应的属性信息。 4. 熟练掌握规则镶嵌数据模型的优点和缺点；优点：1. 其数据结构为二维矩阵结构，格网单元表示二维空间位置，利用数学公式访问方便，算法多且成熟；2. 具有隐式坐标，不需要进行坐标数字化。缺点：不管地形变化复杂还是简单，均采用相同的结构，导 致数据冗余而给数据管理带来不便。 5. 熟练掌握行程编码结构的基本思路；掌握块状编码结构的基本原

4、理；熟练掌 握四叉树数据结构的基本思想； 基本思路：对于一幅DEM，常常在行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的高程值，因而从第一列开始，在格网单元数值发生变化时依次纪录该值以及重复的个数，应用时可利用重复个数恢复DEM矩阵。 基本原理：行程编码方案从一维到二维的扩展，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。四叉树数据结构基本思想：首先把一幅图象或一幅栅格地图(2n2n，n1)等分成4部分，逐块检查其栅格值，若每个子区中所有栅格都含有相同值，则该子区不再往下分割，否则，将该区域再分割成4个子区域，如此递归地分割，直到每个子块都含有相同的灰度或属性值为止，称为自上往下(Top

5、to Down)的四叉树 。 四叉树也可自下而上(Down to top)的建立，即从底层开始对每个栅格数据的值进行检测，对具有相同灰度或属性的四等分的子区进行合并，如此递归向上合并。6. 熟练掌握规则格网DEM与不规则三角网（TIN）数据结构之间优缺点比较，并 熟练掌握模型采用何种结构主要考虑的因素； 模型采用何种结构，主要考虑以下因素： 数据的可获取性； 地形曲面特点以及是否考虑特征点、线； 目的和应用； 原始数据的比例尺和分辨率。 8. 熟练掌握元数据的概念；掌握DEM元数据的基本作用。 元数据 ：关于数据的数据，是对有关数据体、数据集合等在内容、性能、特征、规律等方面的解释和说明。 是

6、数据共享、远程数据访问、理解数据的基础，是联系数据生产者、管理者和使用者之间的纽带； 建立元数据的目的就是促进数据体的高效利用，并为计算机辅助软件工程服务；元数据的建立贯穿于数据处理的每一个环节，包括数据采集前、数据采集中、数据处理与入库、数据更新等。基本作用：可用性(availability)：用以确定是否存在关于 某个地理位置的一组数据； 适用性(fitness for use)：用以评估这组数据是否适用； 存取(access)：用以确定获得验证过的数据的手段； 变换(transfer)：用以成功地处理（如变换）和使用这组数据。第三讲 DEM 数据获取方法 4. 掌握坡度的概念和计算方法；

7、坡度（slope）是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度h和水平宽度l的比叫做坡度（或叫做坡比）用字母i表示 5. 熟练掌握DEM数据源的三大属性； 数据的分布数据的分布是指采样数据位置及分布。位置可由地理坐标系统中的经纬度或直角坐标系统中的东北向坐标值决定。而布点的形式较多（如表2），具体的采样点分布与所采用的设备、应用要求而异。表2 采样数据的分布表2采样数据的分布规则分布二维规则格网按矩形格网分布采样数据点按正方形格网分布采样数据点特殊规则分布按三角形分布采样数据点按六边形分布采样数据点不规则分布一维分布剖面沿等高线采样数据点链表分布沿断裂线等特征线分布采样数据点随机分布随机分布采样

8、点 数据密度数据的密度是指采样数据的密集程度，与研究区域的地貌类型和地形复杂程度相关。数据点的密度有多种表示方式，如相邻两点之间的距离、单位面积内点数、截止频率、单位线段上的点数等。相邻两采样点之间的距离通常称为采样间隔（或采样距离）。如果采样间隔随距离变化，那么就用平均值来代替。通常采样间隔以一个数字加单位组成，如20m。如果数据分布是沿等高线或特征线等线状分布采样点，如若用前两种方法表示不能真实地反映采样的密度大小，这种采样可采用单位线段上的采样点数来表示，如2点/米。 数据精度采样数据精度与数据源、数据的采集方法和数据采集的仪器密切相关的。不同产数据源有着不同的特点，因而有着不同的精度，

9、各种数据源的精度按从高到低是野外测量、影像、地形图扫描6. 熟练掌握采样的理论背景: 地表包含无穷多的点 特定区域的地表信息可通过DEM的重建完整表达出来 只需要测量表达相应地表所需要的数据点以达到一定的地形表面精度和可信度即可。7. 掌握基本的采样方法： 8. 熟练掌握DEM原始数据粗差处理的特殊性。 （1）. 不存在平差问题 （2）. 粗差大小难于界定DEM不但强调高程数据的准确性，更为重要的是还要强调对地形表达的真实性，故DEM原始数据粗差探查要从单个独立数据、局部地形和整体区域三方面综合考虑。第四讲 DEM 内插 1. 熟练掌握DEM内插的概念； 根据相邻若干参考点高程值求出待定点高程

10、值2. 熟练掌握必须进行DEM内插的情况； 现有的离散点的分辨率与所要求的不符，需要重新插值；现有的连续曲面的数据模型与所需的数据模型不符，需要重新插值现有的数据不能完全覆盖所要求的区域范围，需要插值 内插是DEM研究的核心问题，其渗透在DEM生产、质量控制、精度评定和分析应用等各个环节 3. 熟练掌握DEM的本质； DEM的实质就是一个分片的曲面（平面）模型，无论是DEM建立还是DEM点的高程内插，一般都是在局部范围进行5. 熟练掌握DEM内插的基本原理和方法分类； 对高程点的位置变换和加密处理，其数学基础是二元函数逼近，即利用已知地形采样点集的三维空间数据坐标，展铺一张连续的数学曲面，将任

11、一待求点的平面坐标代入曲面方程，可求得该点的高程数据。任意一种内插方法都是基于原始地形起伏变化的连续光滑性，或者说邻近的数据点间有很大的相关性才可能由邻近的数据点内插出待定点的高程； 8. 熟练掌握逐点内插法的基本概念和原理； 以内插点为中心，确定一个邻域范围，用落在邻域范围内的采样点计算内插点的高程值掌握逐点内插法的基本步骤；理解 ( 1 )定义内插点的邻域范围（2）确定落在邻域内的采样点；（3）选定内插数学模型；（4）通过邻域内的采样点和内插数学模型计算内插点的高程 逐点内插法的关键问题； 内插函数 领域大小 领域内数据点的个数 采样点的权重 采样点的分布 附加信息的考虑9. 掌握整体内插

12、、分块内插、逐点内插和剖分内插的优缺点比较。 第五讲 不规则三角网TIN 的建立 一、. 熟练掌握基于不规则三角网的数字高程模型的概念: 用一系列不交叉、互不重叠的连接在一起的三角形来表示地形表面二、 掌握TIN的基本元素：三、. 熟练掌握TIN模型中三角形几何形状的基本原则：1尽量接近正三角形；2 保证最近的点形成三角形；3 三角形网络唯一四、. 掌握常用的三角剖分准则： 1空外接圆准则(在TIN中，过每个三角形的外接圆均不包含点集的其余任何点 ) 2最大最小角准则 (在两相邻三角形形成的凸四边形中，这两三角形中的最小内角一定大于交换凸四边形对角线后所形成的两三角形的最小内角。)3最短距离和

13、准则 (在TIN中，一点到基边两端的距离和为最小) 4张角最大准则 ( 一点到基边的张角为最大) 5面积比准则 （三角形内切圆面积与三角形面积或三角形面积与周长平方之比最小。） 6对角线准则 （两三角形组成的凸四边形的两条对角线之比超过给定限定值时，对三角形进行优化。） 4. 掌握常用的三角剖分准则，熟练掌握空外接圆准则； 5. 掌握 Delaunay 三角网的概念和特性；熟练掌握局部优化过程(LOP)的概念和 基本思想； Delaunay 三角网：指在空外接圆准则、最大最小角准则下进行的三角剖分，简称DT。Delaunay 三角网特性：可最大限度避免狭长三角形的出现以及不管从何处开始构网都能保持三角形网络的唯一性。LOP 概念: 在任何三角剖分准则下得到的TIN，只要用LOP法则（局部优化过程，Local Optimal Procedre,LOP）对其进行优化处理，就能得到唯一的DT三角网络。LOP 基本思想：基本思想为运用 DT 三角网的空外接圆性质对两个有公共边的三角形组成的四边形进行判断。如果其中一个三角形的外接圆中含有第四个顶点，则交换四边形的对角线。