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1、 3.1 DEM数据源及特征(tzhng) 第1页/共74页第一页，共75页。3.1.2 DEM3.1.2 DEM数据源特征(tzhng)(tzhng)（1 1）遥感(yogn)(yogn)图像遥感：源于航空摄影测量，是一种利用地物反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波，识别地物及其存在环境的技术。当前(dngqin)的遥感技术已经发展成为一种多平台、多波段、多分辨率和全天候的对地观测技术，并正朝着高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率的方向发展。高光谱分辨率：在紫外到中红外波段范围内，划分成许多非常窄且光谱连续的波段来进行探测的遥感系统。国际遥感界的共识是光谱分辨率在/10数量级范围的
2、称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段，如美国 LandsatMSS，TM，法国的SPOT等;而光谱分辨率在/100的遥感信息称之为高光谱遥感(HyPerspectral);随着遥 感 光 谱 分 辨 率 的 进 一 步 提 高 ， 在 达 到 /1000时 ， 遥 感 即 进 入 超 高 光 谱(ultraspeetral)阶段(陈述彭等，1998)。第2页/共74页第二页，共75页。第3页/共74页第三页，共75页。遥遥感感(yogn)数数据据的的不不确确定定性来源性来源数据固有的不确定性数据固有的不确定性数据获取过程的不确定性数据获取过程
3、的不确定性数据处理的不确定性数据处理的不确定性数数据据转转换换和和传传输输中中的的不不确确定定性性数数据据分分类类和和信信息息提提取取中中的的不不确定性确定性第4页/共74页第四页，共75页。第5页/共74页第五页，共75页。IKONOS(伊科诺斯)卫星于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。IKONOS卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰度且分辨率达1米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷、更经济获得最新基础地理信息的途径，更创立了崭新的商业化卫星影像的标准。IKONOS是可采集1米分辨率全色和4米分辨率多光谱影像的商业卫星，同时全色和多光谱影像可融合
4、成1米分辨率的彩色影像。目前，IKONOS已采集超过2.5亿Km2涉及每个大洲的影像，许多影像被广泛用于国家防御，军队制图，海空运输等领域。从681千米高度的轨道上，IKONOS的重访周期为3天，并且可从卫星直接向全球12个地面站地传输数据。全色波段（Panchromatic band），因为是单波段，在图上显示是灰度图片。全色遥感影象(yn xin)一般空间分辨率高，但无法显示地物色彩。 实际操作中，我们经常将之与波段影象(yn xin)融合处理，得到既有全色影象(yn xin)的高分辨率，又有多波段影象(yn xin)的彩色信息的影象(yn xin)。第6页/共74页第六页，共75页。AS
5、TERASTER搭载在TerraTerra卫星上的星载热量散发和反辐射仪，是于19991999年1212月1818日发射升空的，由日本国际贸易和工业部制造。ASTERASTER是唯一一部高分辨解析地表图像(t (t xin)xin)的传感器，其主要任务是通过1414个频道获取整个地表的高分辨解析图像(t (t xin)xin)数据黑白立体照片。在4 4到1616天之内，当ASTERASTER重新扫描到同一地区，它具有重复覆盖地球表面变化区域的能力。第7页/共74页第七页，共75页。定义：地形图（topographic topographic mapmap）指的是地表起伏形态和地物位置、形状(x
6、ngzhun)(xngzhun)在水平面上的投影图。具体来讲，将地面上的地物和地貌按水平投影的方法，并按一定的比例尺缩绘到图纸上，这种图称为地形图。特点： （1 1）具有统一的大地坐标系统和高程系统：统一采用“1980“1980年中国国家大地坐标系”和“1985“1985国家高程基准”。以参考椭球中心为原点、起始子午面和赤道面为基准面的地球坐标系。 （2 2）具有完整的比例尺系列和分幅编号系统：国家基本地形图含1 1：5 5千、1 1：1 1万、1 1：2.52.5万、1 1：5 5万、1 1：1010万、1 1：2525万、1 1：5050万、1 1：100100万8 8种比例尺地形图。国家
7、基本地形图，按统一规定的经差和纬差进行分幅，每幅图的内图廓皆由经线和纬线构成，并在国际百万分之一地图分幅编号的基础上，建立了各级比例尺地形图的图幅编号系统。（2 2）地形图第8页/共74页第八页，共75页。第9页/共74页第九页，共75页。我国地形图比例尺系列(xli)及其特征第10页/共74页第十页，共75页。缺点(qudin)：1)1)地形图现势性较差：纸质地形图制作工艺复杂，更新周期比较长，一般不及时反映局部地形地貌的变化情况。这种情况在经济发达地区的表现尤为明显，但对于地形地貌变化较小的地区，既有地形图是DEMDEM物美价廉的数据源。2)2)地形图存储介质单一，容易变形：传统地形图多为
8、纸质存储介质，存放环境（温度、湿度等）导致地形图图幅产生不同程度的变形，这种变形表现在不同方向上的长度变形和图幅面积上的变形。3)3)地形图精度有限：地形图精度决定着地形图对实际地形表达的可信度，与地形图比例尺、等高线密度（由等高距表示(biosh)(biosh)）、成图方法有关。不同比例尺的地形图，其所表示(biosh)(biosh)的几何精度和内容详细程度有很大的差别。第11页/共74页第十一页，共75页。 原理：用GPS，全站仪、经纬仪在已知站点的测站上，观测目标(mbio)点的方向、距离和高差三个参数，进而计算出目标(mbio)点的三维坐标。在经过适当的转换获得高程。（3 3）地面测量
9、(cling)(cling)数据 第12页/共74页第十二页，共75页。优点：可获取较高精度的高程(gochng)数据不足：工作量大、周期长、更新困难，费用高。第13页/共74页第十三页，共75页。p我国到目前为止，已经建成了覆盖全国范围的1:1001:100万、1:251:25万、1:51:5万数字高程模型，以及七大江河重点防洪区的1:11:1万DEMDEM，省级1:11:1万数字高程模型的建库工作也已全面展开(zhn ki)(zhn ki)。p对已存在的各种分辨率的DEMDEM数据，应用时要考虑自身的研究目的以及DEMDEM分辨率、存储格式、数据精度和可信度等因素。（4 4）既有DEMDE
10、M数据(shj) (shj) p七大江河：海河、辽河、黄河(hun h)、淮河、松花江、长江、珠江第14页/共74页第十四页，共75页。第15页/共74页第十五页，共75页。3.2DEM3.2DEM数据采样理论(lln)(lln)基础 DEM-DEM-实实际际地地形形表表面面的的再再现现-可可信信程程度度-原原始始地地形形采样点的分布和密度采样点的分布和密度(md)(md)DEMDEM数数据据采采样样要要求求：深深入入了了解解地地形形表表面面结结构构特特征征和和地地形形复复杂杂程程度度，正正确确选选择择地地形形特特征征点点和和线线，合合理理分分布布采采样点。样点。第16页/共74页第十六页，共
11、75页。3.2.1 3.2.1 采样的理论背景理论上：点00维，无大小，地表全部几何信息包含无数个点，不可能获取地表全部信息。实践上：不需要DEMDEM表达全部信息，测量表达相应(xingyng)(xingyng)地表所需要的数据点，达到地形表面精度和可信度即可。DEMDEM采样的实质是如何用有限的地面高程点来表达完整的地形表面。第17页/共74页第十七页，共75页。3.2.2 3.2.2 基于不同观点的采样（1 1）统计学观点：DEMDEM表面可以看作是点的特定集合（采样空间）有随机采样和系统采样两种方法。因此，对特定集合的研究可以转化为对采样数据的研究。随机采样：对各采样点以一定概率进行选
12、择，各点被选中的概率各不相同（若概率相同则为简单随机采样）。系统采样：也称规则采样，以预先设定的方式（如谷底线取高程最小的特征(tzhng)(tzhng)点）确定采样点，各采样点被选取的概率为100%100%。第18页/共74页第十八页，共75页。（2 2）几何学观点：）几何学观点：DEMDEM表面通过不同的几何结构来表示，这表面通过不同的几何结构来表示，这些结构按其自身的性质可分为规则和不规则两种形式。些结构按其自身的性质可分为规则和不规则两种形式。规则结构据其在空间规则结构据其在空间(kngjin)(kngjin)表现可分为：表现可分为：一维结构：对应的采样方法为剖面法或等高线法。一维结构
13、：对应的采样方法为剖面法或等高线法。二维结构：通常为正方形或矩形、等边三角形、六边形或其二维结构：通常为正方形或矩形、等边三角形、六边形或其他规则几何图形。他规则几何图形。不规则结构：不规则三角形或多边形。不规则结构：不规则三角形或多边形。第19页/共74页第十九页，共75页。（3 3）基于特征的采样观点（地形曲面的几何特征）基于特征的采样观点（地形曲面的几何特征）形态各异的地形表面通过具有特征意义的点和线划分为一系列形态各异的地形表面通过具有特征意义的点和线划分为一系列单一的地貌形态。点和线具有不同的地形信息。单一的地貌形态。点和线具有不同的地形信息。特征要素：地形特征点和特征线特征要素：地
14、形特征点和特征线特征点：山顶、洼地、鞍部、山脚点、山脊点、山谷点等。不特征点：山顶、洼地、鞍部、山脚点、山脊点、山谷点等。不仅能表示仅能表示(biosh)(biosh)出自己的高程信息，还能给周围点更多的地出自己的高程信息，还能给周围点更多的地形信息。形信息。特征线：山脊线、山谷线、断裂线（陡坎、海岸线、水涯线等）特征线：山脊线、山谷线、断裂线（陡坎、海岸线、水涯线等）将特征点相连形成。将特征点相连形成。第20页/共74页第二十页，共75页。坡度变化点：在地形剖面上反映了地形的坡度变化趋势陡缓坡的变化。方向变化点：在平面上刻划着地形特征线的走势变化正负坡的变化。非特征要素：是分布(fnb)(f
15、nb)在各个地形单元上的点和线，是为满足采样点密度要求而加测的点，这些点线主要是用来辅助地形重建（地形测图中的辅助等高线勾绘等）。第21页/共74页第二十一页，共75页。（实线为山脊线，虚线为山谷线，三角形表示山顶(shn dn)，小圆为鞍部，正方形为方向变化点和坡度变化点） 第22页/共74页第二十二页，共75页。（4 4）地形的复杂程度 地形曲面的复杂程度是地形数据采样时必须考虑的又一个因素。 关于(guny)(guny)地形的复杂程度可以用粗糙度和不规则性来描述。 通过坡度可以完整的形成地形曲面。通过坡度可以完整的形成地形曲面。坡坡度度是是地地形形曲曲面面函函数数的的一一阶阶微微分分函函
16、数数，表表达达了了高高程程随随距距离离变变化化的的比比率率。坡坡度度的的变变 率率 是是 地地 形形 曲曲 面面 的的 二二 阶阶 微微 分分 ， 反反 映映(fnyng)(fnyng)了地形的复杂程度。了地形的复杂程度。区区域域DEMDEM高高程程精精度度与与平平均均坡坡度度值值之之间间存存在在较较强强相相关关，通通过过模模型型的的平平均均坡坡度度可可预预测测DEMDEM的精度。的精度。坡坡度度通通过过相相互互垂垂直直的的两两个个坐坐标标轴轴方方向向的的高高程程变变化化表表达达地地形形曲曲面面局局部部单单元元的的倾倾斜斜程度（地表的陡峭方向和大小）。程度（地表的陡峭方向和大小）。第23页/共
17、74页第二十三页，共75页。（5 5）地貌单元类型 不同行业对地貌类型的划分标准不一样，如地貌学中根据地貌成因将地形划分成黄土地貌、风成地貌、喀斯特地貌、丹霞地貌等类型。不同的地貌类型划分对DEMDEM数据(shj)(shj)采集有一定的指导意义，如黄土地貌破碎，要分布较多的采样点，而平原地区高程数据(shj)(shj)的精度要求比较高（对坡向、流域网络影响比其他地区要大）。 第24页/共74页第二十四页，共75页。p测绘学中一般根据地表坡度(pd)和高差对地形进行分类，并根据这种分类确定地形图的等高距（表）表表 1 5万地形图坡度与高差分级万地形图坡度与高差分级据李志林等，据李志林等，200
18、3地形类别基本等高距（米）地形坡度（度）高差（米）平地10（5）2度以下小于80丘陵地102度-6度80-300山地206度-25度300-600高山地20大于25度大于600第25页/共74页第二十五页，共75页。3.2.3 3.2.3 采样数据采样数据(shj)(shj)的属性的属性采样：确定在何处需要测量点的过程，这个过程采样：确定在何处需要测量点的过程，这个过程有三个参数。决定：点的分布、点的密度和点的有三个参数。决定：点的分布、点的密度和点的精度。精度。（1 1）采样数据）采样数据(shj)(shj)的分布：由数据的分布：由数据(shj)(shj)位置和结构来确定，指数据位置和结构来
19、确定，指数据(shj)(shj)点的分布形点的分布形态。态。位置由地理坐标系统中经纬度或格网坐标系统中位置由地理坐标系统中经纬度或格网坐标系统中坐标决定。坐标决定。结构（分布）的形式很多，因地形特征、设备、结构（分布）的形式很多，因地形特征、设备、应用的不同而不同。应用的不同而不同。结构（或分布）的类别之间没有明显的界限和标结构（或分布）的类别之间没有明显的界限和标准，实际采样时相互之间很多时候是重叠的。准，实际采样时相互之间很多时候是重叠的。第26页/共74页第二十六页，共75页。第27页/共74页第二十七页，共75页。（2 2）数数据据的的密密度度：是是指指采采样样数数据据密密集集程程度度
20、，与与研研究究区区域域的的地地貌貌类类型型(lixng)(lixng)和和地地形形复复杂杂程程度度相相关关。用用于于刻刻画画地地形形形形态所必须的最少的数据点。态所必须的最少的数据点。表表示示方方法法：相相邻邻的的两两点点之之间间的的距距离离、单单元元面面积积内内的的点点数数、截截止止频频率率（采采样样数数据据所所能能表表示示的的最最高高频频率率）、单单位位线线段段上上的的点点数等。数等。采采样样距距离离：相相邻邻两两采采样样点点之之间间的的距距离离，也也称称采采样样间间隔隔。采采样样距距离离为为2020米米，表表示示规规则则格格网网分分布布的的采采样样数数据据。每每平平方方米米500500点
21、点，描描述述随随机机分分布布的的采采样样数数据据。单单位位线线段段上上的的点点数数，每每米米2 2点，描述数据分布是沿等高线或特征线等线状分布采样点。点，描述数据分布是沿等高线或特征线等线状分布采样点。第28页/共74页第二十八页，共75页。（3 3）数据的精度：是指数据点本身所具有的精确度，是数据获取）数据的精度：是指数据点本身所具有的精确度，是数据获取过程中各种不同类型误差的综合反映过程中各种不同类型误差的综合反映(fnyng)(fnyng)。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。相关。野外测量、影像、地形图扫
22、描的精度从高到低。野外测量、影像、地形图扫描的精度从高到低。激光扫描、干涉雷达的精度是非常高的。激光扫描、干涉雷达的精度是非常高的。摄影测量比摄影测量比GPSGPS的精度要高，达到厘米级。地形图的手扶跟踪和扫的精度要高，达到厘米级。地形图的手扶跟踪和扫描矢量化的精度都较低。描矢量化的精度都较低。第29页/共74页第二十九页，共75页。 采样(ci yn)数据点的分布与研究区域地貌类型、所采用的设备有关。3.3DEM3.3DEM数据采样策略(cl)(cl)与采样方法 第30页/共74页第三十页，共75页。采样数据的分布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
23、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点第31页/共74页第三十一页，共75页。3.3.1 3.3.1 采样策略（1 1）沿等高线法：采样时将Z Z轴固定，即固定高程值沿等高线采集高程点。平坦地区(dq)(dq)不宜使用。第32页/共74页第三十二页，共75页。（2）规则格网采样：通过规定X和Y轴方向的间距来形成平面格网，在立体模型上量测这些格网点的高程值。规则格网采样能确保所采集数据的平面坐标具有( jyu)规则的格网形式。第33页/共74页第三十三页，共75页。（3 3
24、）剖面法：类似于规则格网法，唯一的区别是在格网法中量测点是在格网的两个方向上都规则采样，而在剖面法中，只沿一个(y (y )方向即剖面方向上采样；在剖面法中，通常情况下点以动态方式量测，而不像在规则采样中以静态方式进行。第34页/共74页第三十四页，共75页。（4 4）渐进采样（Makarovic,1973Makarovic,1973）：小区域的格网间距逐渐改变，而采样也由粗到精地逐渐进行。优点：渐进采样能解决规则格网采样方法所固有的数据冗余问题。缺点：在地表突变邻近区域内的采样数据仍有较高的冗余度；有些相关特性(txng)(txng)在第一轮粗略采样中有可能丢失，并且不能在其后的任一轮采样中
25、恢复；跟踪路径太长，导致时间效率降低。 第35页/共74页第三十五页，共75页。（5 5）选择性采样：为了准确反映地形，可根据地形特征进行选择性的采样，例如沿山脊线、山谷线、断裂线以及离散特征点（如山顶点）等进行采集。这种方法的突出优点(yudin)(yudin)在于只需以少量的点便能使其所代表的地面具有足够的可信度。第36页/共74页第三十六页，共75页。（6 6）混合采样：是一种将选择采样与规则格网采样相结合或者是选择采样与渐进采样相结合的采样方法。该方法在地形突变处（如山脊线、断裂线等）以选择采样的方式进行(jnxng)(jnxng)，然后这些特征线和另外一些特征点，山顶点、洞穴点等，被
26、加入到规则格网数据中。第37页/共74页第三十七页，共75页。3.3.1 DEM3.3.1 DEM数据采集数据采集(cij)(cij)方法方法（1 1）地形图数据采集）地形图数据采集(cij)(cij)方法：地形图数字化方法：地形图数字化是一种是一种DEMDEM数据获取的最基本的方法。数据获取的最基本的方法。1 1）手扶跟踪数字化）手扶跟踪数字化步骤：步骤：定参考点（固定地图）定参考点（固定地图）定控制点定控制点跟踪采集跟踪采集(cij)(cij)（点方式、流方式）（点方式、流方式）第38页/共74页第三十八页，共75页。2）扫描数字化/矢量化扫描过程：将地形图从模拟状态（纸质地图）通过扫描转
27、换成灰度（彩色）的数字数据（影像），即以像素方式存储地图信息。注意(zh y)两个问题：分辨率、颜色矢量化过程：将得到的栅格图像转化为矢量数据。具体方法：手动、半自动、全自动第39页/共74页第三十九页，共75页。步骤：扫描图件准备(zhnbi)：图件、接图表、控制点、坐标系等。图件预处理：检查图画是否平整、图廓点与符号是否清晰，量测图廓边长，检查变形情况，检查接边，等高线连接情况等。定向纠正与编辑：将地图数据由数字化仪坐标（扫描文件坐标）转化为地理/地图坐标，若图面变形大，逐格网进行纠正。坐标变换方式有仿射变换、双线性变换、二次多项式等方法。坐标误差要小于10米。扫描与矢量化：黑色或彩色扫描
28、，扫描参数根据图件信息量、线划密度、质量等因素调节。一般分辨率不小于300dpi。扫描后进行矢量化。数据分层：主要用于DEM的层有地形信息层、水系层、推测区域、辅助高程层、公里网层等。第40页/共74页第四十页，共75页。（2）摄影测量数据采集方法：1）摄影测量的基本原理：利用在不同地方获取的具有一定重叠度的同一景物的两张影像，在室内建立立体模型，对其进行三维量测。2）摄影量测的信息获取方式：航空/航天摄影测量：飞行器上搭载摄影测量设备（传感器），垂直摄影方式获得数据。地面摄影测量：采用倾斜(qngxi)摄影或交向摄影方式获取数据。3）摄影测量数据采集需要注意的问题：断裂线：一些地形特征线、陡
29、坎、人工或自然建筑，如梯田、河流、冲沟、池塘等在地面产生了转折或突变。在采集过程中断裂线要给予不同的明确编码。单断裂线：山脊线、山谷线、坡脚线等。双断裂线：陡坎、陡坡，两条断裂线表示上、下缘，成对出现。第41页/共74页第四十一页，共75页。（3）野外测量数据采集方法：对于小范围的DEM其主要服务于工程设计，对精度要求较高，采用野外测量（地形图数字化精度不一定够，航测(hn c)成本高）。仪器：全站仪测量、平板测量、GPS测量、车载GPS测量等。第42页/共74页第四十二页，共75页。（4 4）雷达测量数据采集：）雷达测量数据采集：合合成成孔孔径径雷雷达达干干涉涉测测量量SARSAR（synt
30、hetic synthetic aperture aperture radar radar 用用一一个个小小天天线线作作为为单单个个辐辐射射单单元元，将将此此单单元元沿沿一一直直线线不不断断移移动动，在在不不同同位位置置上上接接收收同同一一地地物物的的回回波波信信号号并并进进行行相相关关解解调调压压缩缩处理的侧视雷达。）处理的侧视雷达。）机机载载激激光光雷雷达达（机机载载激激光光扫扫描描）LIDARLIDAR（Light Light Laser Laser Detection Detection and and Ranging Ranging 是是激激光光探探测测及及测测距距系系统统的的简简称
31、称，其其主主动动传传感感系系统统-激激光光扫扫描描仪仪是是利利用用返返回回的的脉脉冲冲获获取取探探测测目目标标高高分分辨辨率率的的距距离离、坡坡度度、粗粗糙糙度度和和反反射射率率等等信信息息，而而被被动动光光电电成成像像技技术术可可获获取取探探测测目目标标的的数数字字成成像像信信息息，经经过过地地面面的的信信息息处处理理而而生生成成逐逐个个地地面面采采样样点点的的三三维维坐坐标标，最最后后经经过过综综合合处理而得到沿一定条带的地面区域三维定位与成像结果。）处理而得到沿一定条带的地面区域三维定位与成像结果。）主主动动遥遥感感测测量量，周周期期短短，精精度度高高，高高程程精精度度可可达达到到10c
32、m10cm，空空间分辨率达到间分辨率达到1m1m。通通过过对对获获取取的的三三维维坐坐标标数数据据进进行行滤滤波波（将将信信号号中中特特定定波波段段频频率率滤滤除除的的操操作作(cozu)(cozu)）、分分类类等等（删删除除不不需需要要数数据据），进进行建模，即可得到行建模，即可得到DEMDEM数据。数据。第43页/共74页第四十三页，共75页。 3.3.2 DEM 3.3.2 DEM数据采集方法的对比分析（1 1）选择数据采集方法考虑(kol)(kol)的因素： 目的和需求、DEMDEM精度、所需设备条件、经费等。（2 2）数据采集方法对比：第44页/共74页第四十四页，共75页。地形图采
33、集数据的方法所需的原始数据（地形图）容易获取，对采集作业所需的仪器设备和作业人员的要求不高，采集速度也比较快，易于进行大批量作业。手扶跟踪数字化的优点是所获取的向量形式的数据在计算机中比较容易处理；缺点是速度慢、人工劳动强度大，数据精度主要取决于操作员的技术熟练程度。摄影测量在我国基本比例尺测图生产(shngchn)(shngchn)中起到了非常关键的作用。影像数据的特点是更新速度快，对于大范围、大批量的数据的获取是一种主要的方法。野外实测数据所获得的数据精度在三种方式中最高，适用于小范围大比例尺DEMDEM生产(shngchn)(shngchn)。但由于数据获取的工作量大，费用昂贵，不适合大
34、规模的数据采集任务。第45页/共74页第四十五页，共75页。第46页/共74页第四十六页，共75页。DEM是采集数据的最终表现形式和产品，从原始数据到DEM，要经过一系列的数据处理，在这一过程中原始数据中的误差会被传播和放大。DEM用户应把重点放在数据来源和输入质量控制上，而不是学习复杂的内插方法。影响DEM精度的因素还包括DEM内插方法、有无顾及特征线、DEM分辨率大小等，但是减少(jinsho)数据采集时的误差是保证DEM精度的根本。3.4DEM3.4DEM数据采样质量(zhling)(zhling)控制第47页/共74页第四十七页，共75页。3.4.1 3.4.1 原始数据粗差检测与删除
35、粗差（疏失误差）：在测量(cling)(cling)过程中，由于测量(cling)(cling)仪器工作失常，或观测者疲劳、大意等因素造成的误差。如读取数据记录数据发生的错误等。这种误差属于测量(cling)(cling)坏值，一旦发现，应及时删除。由于DEMDEM强调高程数据的准确性，对地形表达的真实性，因此DEMDEM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48页/共74页第四十八页，共75页。3.4.1 3.4.1 原始数据粗差检测与删除（1 1）基于趋势面的粗差探测与处理：基础：基于地形具有(jyu)(jyu)的自相关性，即地形表面变化符合一定的自然趋势，
36、表现为连续空间的渐变模型，可用光滑曲面来描述。趋势面表达了地形的宏观变化趋势，当某一采样点的观测值和趋势面计算值相差较大时，该点可能含有粗差偏离了整体变化趋势。第49页/共74页第四十九页，共75页。应用趋势面进行粗差探测注意的问题：趋势面函数的确定：理论上任何复杂(fz)(fz)的趋势面都可用高阶多项式去逼近。但高阶多项式本身不稳定，其系数的物理意义也不清楚，将导致不符合实际地形起伏的趋势。阈值的确定：测量值和计算值相差多大时，被怀疑为粗差点。一般取中误差的三倍为极限值（可能遗漏或过多地选择粗差点）（中误差：有限的几次观测的偶然误差求得的标准差）。趋势面分析技术的特点：将问题简单化、局部化，
37、能找出部分可疑数据点，但不能确定该点是否为真正的粗差，需要用其他方法进一步分析。第50页/共74页第五十页，共75页。（2 2）三维可视化粗差检测技术）三维可视化粗差检测技术对含有粗差的原始数据建立三维表面模型（一般为对含有粗差的原始数据建立三维表面模型（一般为TINTIN），），在三维可视化环境在三维可视化环境(hunjng)(hunjng)下通过人机交互的方式有下通过人机交互的方式有效地检测粗差点。效地检测粗差点。这种方法需要高效可靠的构网技术、快速的交互响应效率这种方法需要高效可靠的构网技术、快速的交互响应效率以及建立对异常值敏感的可视化图形。以及建立对异常值敏感的可视化图形。常用图形：
38、线框透视图和晕渲图。常用图形：线框透视图和晕渲图。第51页/共74页第五十一页，共75页。（3 3）基于坡度信息的规则格网分布数据粗差探测）基于坡度信息的规则格网分布数据粗差探测技术技术坡度是地表的固有属性，在局部连续空间坡度是地表的固有属性，在局部连续空间(kngjin)(kngjin)的渐变模型上，其变化是连续的，的渐变模型上，其变化是连续的，因此，可采用采样点与周围点的坡度变化是否因此，可采用采样点与周围点的坡度变化是否一致来检测采样点是否含有粗差。一致来检测采样点是否含有粗差。本方法适用于规则分布的采样点的粗差探测。本方法适用于规则分布的采样点的粗差探测。第52页/共74页第五十二页，
39、共75页。原理与步骤：相邻两个区域坡度差计算：在3*33*3的局部窗口内，计算在水平方向和垂直方向上相邻两点之间的坡度（1212个），然后计算两个格网之间的坡度差（6 6个）。通过相邻两个格网之间的坡度差确定衡量坡度是否变化一致的阈值。对当前窗口坡度差进行统计分析，统计标准可采用绝对平均值、数据值范围、均方根、算数平均值或标准差等，阈值为统计标准的K K倍（K K是常数）。怀疑点：当采样点在某一方向上的坡度差大于阈值，则该点在局部范围内不正常(zhngchng)(zhngchng)，可能含有粗差。粗差剔除与数据点改正：通过周围各网点的坡度和高程计算相差点的高程，取代原有高程值。该方法一次只能检
40、测一个点，当粗差分布比较集中时，要循环进行。该方法不适合边界部分粗差点的检测。第53页/共74页第五十三页，共75页。（4 4）基于）基于(jy)(jy)高程信息的不规则分布数据粗差探测方法高程信息的不规则分布数据粗差探测方法数据点呈散乱分布，其坡度信息获取困难，与规则格网分数据点呈散乱分布，其坡度信息获取困难，与规则格网分布的区别是：布的区别是：窗口确定：采用窗口尺寸定义或确定窗口区域采样点数量窗口确定：采用窗口尺寸定义或确定窗口区域采样点数量这两种方法来指定邻域范围。当使用后一种方法时，一这两种方法来指定邻域范围。当使用后一种方法时，一般认为包含般认为包含15-2015-20个点的窗口是适
41、宜的。坡度是地表的固个点的窗口是适宜的。坡度是地表的固有属性，在局部连续空间的渐变模型上，其变化是连续有属性，在局部连续空间的渐变模型上，其变化是连续的，因此，可采用采样点与周围点的坡度变化是否一致的，因此，可采用采样点与周围点的坡度变化是否一致来检测采样点是否含有粗差。本方法也适用于规则分布来检测采样点是否含有粗差。本方法也适用于规则分布的采样点的粗差探测。的采样点的粗差探测。第54页/共74页第五十四页，共75页。一致性标准一致性标准(biozhn)(biozhn)的确定：采用高程信息，即的确定：采用高程信息，即计算高程变化是否一致的阈值。原因是：规则格计算高程变化是否一致的阈值。原因是：
42、规则格网上比较容易获取坡度信息，而从不规则分布数网上比较容易获取坡度信息，而从不规则分布数据获取坡度信息却比较困难，但高程和坡向同时据获取坡度信息却比较困难，但高程和坡向同时刻画地形曲面连续性的指标，因此在散乱数据分刻画地形曲面连续性的指标，因此在散乱数据分布的区域上，一致性标准布的区域上，一致性标准(biozhn)(biozhn)采用高程信采用高程信息。息。第55页/共74页第五十五页，共75页。（5 5）基于等高线采样数据粗差探测方法）基于等高线采样数据粗差探测方法当采样数据来自等高线地形图时，采用以下方式进行粗差探当采样数据来自等高线地形图时，采用以下方式进行粗差探测。测。将所有等高线上
43、的点作为离散点，用上述任一种方法进行。将所有等高线上的点作为离散点，用上述任一种方法进行。按等高线的拓扑关系进行探测和剔除。按等高线的拓扑关系进行探测和剔除。可视化检查。可视化检查。缺点：缺点：第一种方法不适合手工数字化的地形采样数据，这是由于手第一种方法不适合手工数字化的地形采样数据，这是由于手工数字化常常赋错高程工数字化常常赋错高程(gochng)(gochng)值，整条等高线高程值，整条等高线高程(gochng)(gochng)都错，其粗差分布具有条带性，不具备单点或都错，其粗差分布具有条带性，不具备单点或集中呈面状的集中分布。集中呈面状的集中分布。按等高线拓扑关系进行粗差检查：在等高线
44、地图上，各种注按等高线拓扑关系进行粗差检查：在等高线地图上，各种注记、地物等的压盖，等高线常常不连续，从而使等高线的记、地物等的压盖，等高线常常不连续，从而使等高线的拓扑关系比较困难。拓扑关系比较困难。第56页/共74页第五十六页，共75页。可可视视化化检检查查。对对原原始始采采样样数数据据(shj)点点建建立立DEM，在在此此DEM上上提提取取等等高高线线，等等高高线线与与原原始始地地形形图图的的等等高高距距一一致致，将将原始地形图与提取的等高线套合，检查其中的错误。原始地形图与提取的等高线套合，检查其中的错误。因因此此对对基基于于等等高高线线采采样样数数据据(shj)的的粗粗差差探探测测，
45、经经常常采采用用可可视化检查（最常用的）。视化检查（最常用的）。第57页/共74页第五十七页，共75页。3.4.2 3.4.2 原始数据的滤波处理DEMDEM原始数据三大属性：数据点密度、分布、精度分布和密度：在数据采集前确定(qudng)(qudng)，主要影响DEMDEM对地形形态的宏观结构表达以及DEMDEM内插方法和内插精度。数据点精度：反映DEMDEM对地形描述的微观精度和光顺程度，若数据点中含有随机噪声，则由DEMDEM生成的等高线不光滑，呈锯齿状。第58页/共74页第五十八页，共75页。滤波(lb)(lb)处理-去除原始数据中的随机误差，以提高数据质量和DEMDEM地形表达精度。
46、滤波(lb)(lb)的方式：最近邻重采样、基于局部移动窗口的中值滤波(lb)(lb)、平均值滤波(lb)(lb)等。滤波(lb)(lb)的作用：去除原始数据中的随机误差，提供地形描述的精度，可以去除DEMDEM内插过程中生成的洼地等现象，但有可能降低了分辨率。应用对象：随机误差构成误差的主要部分的数据，尤其是对高密度的密集数据（航空、遥感影像等）。第59页/共74页第五十九页，共75页。3.53.5我国DEMDEM数据(shj)(shj)3.5.1 3.5.1 我国我国DEMDEM数据交换格式数据交换格式数据文件包含文件头和数据体两部分，数据体采用从数据文件包含文件头和数据体两部分，数据体采用
47、从上到下、从左到右的顺序并以上到下、从左到右的顺序并以ASCiiASCii码的方式存储。码的方式存储。文件头分为两类数据：一是基本文件头分为两类数据：一是基本(jbn)(jbn)的、必需的的、必需的数据，一是扩充的附加信息，可以省略。数据，一是扩充的附加信息，可以省略。文件头的基本文件头的基本(jbn)(jbn)组成单元是项目，格式为组成单元是项目，格式为-“-“项目名：值项目名：值”第60页/共74页第六十页，共75页。表表3 我国我国DEM数据交换格式标准数据交换格式标准项目名项目名对项目值的说明对项目值的说明DataMark中国地球空间数据交换格式中国地球空间数据交换格式DEMs数据交换
48、格式数据交换格式(CNSDTF-DEM)的标志。基木部分，不可缺省。的标志。基木部分，不可缺省。Version该空间数据交换格式的版本号，如该空间数据交换格式的版本号，如1.1。基本部分，不可缺省。基本部分，不可缺省。Unit坐标单位，坐标单位，K表示公里，表示公里，M表示米，表示米，D表示以度为单位的经纬度，表示以度为单位的经纬度，S表示以度分秒表示的经纬度（此时坐标格式为表示以度分秒表示的经纬度（此时坐标格式为DDDMMSS.SSSS，DDD为度，为度，MM为分，为分，SS.SSSS为秒）。基本部分，不可缺省。为秒）。基本部分，不可缺省。Alpha方向角。基本部分，不可块省。方向角。基本部
49、分，不可块省。Compress压缩方法。压缩方法。()表示不压缩，表示不压缩，1表示游程编码。基本部分，不可缺省。表示游程编码。基本部分，不可缺省。Xo左上角原点左上角原点x坐标。基本部分，不可缺省。坐标。基本部分，不可缺省。Yo左上角原点左上角原点Y坐标。基本部分，不可缺省。坐标。基本部分，不可缺省。DXX方向的间距。基本部分，不可缺省。方向的间距。基本部分，不可缺省。DYY方向的间距。基本部分，不可缺省。方向的间距。基本部分，不可缺省。Row行数。基本部分，不可缺省。行数。基本部分，不可缺省。Col列数。基本部分，不可缺省。列数。基本部分，不可缺省。ValueType高程值的类型。基本部分
50、，不可的省。高程值的类型。基本部分，不可的省。HZoom高程放大倍率。基本部分，不可缺省。高程放大倍率。基本部分，不可缺省。 设置高程的放大倍率，使高程娄数据以整数存贮，如高程精度精确到厘米，高程设置高程的放大倍率，使高程娄数据以整数存贮，如高程精度精确到厘米，高程的放大倍率为的放大倍率为100Coordinate坐标系，坐标系，G表示测量坐标系、表示测量坐标系、M表示数学坐标系。基本部分，缺省为表示数学坐标系。基本部分，缺省为M。Projection投影类型。附加部分。投影类型。附加部分。Spheroid参考椭球体。附加部分。参考椭球体。附加部分。Parameters投影参数。根据不同的投影
51、有不同的参数表，格式不做严格限定，但必须在同一行内表达完毕。附加部分。投影参数。根据不同的投影有不同的参数表，格式不做严格限定，但必须在同一行内表达完毕。附加部分。MinV格网最小值。附加部分。这里指乘了放大倍率以后的最小值。格网最小值。附加部分。这里指乘了放大倍率以后的最小值。MaxV格网最大值。附加部分。这里指乘了放大倍率以后的最大值。格网最大值。附加部分。这里指乘了放大倍率以后的最大值。第61页/共74页第六十一页，共75页。3.5.2 3.5.2 我国1:11:1万DEMDEM国家测绘局于19991999年组织生产了七大江河区域范围的1 1：1 1万数字高程模型，格网尺寸为12.5*1
52、2.5m12.5*12.5m，已完成1378113781幅。目前(mqin)(mqin)覆盖全国的1 1：1 1万DEMDEM的生产和建库已全面展开。长江、黄河、黑龙江、珠海、淮河、辽河、海河。第62页/共74页第六十二页，共75页。3.5.3 3.5.3 我国1:51:5万DEMDEM1:51:5万DEMDEM的格网间距为2525米，高程数据采用国际上通用的二维阵列数据格式存放，与其他DEMDEM一样，网格(wn )(wn )中心点的高程值作为该格网单元高程值，单位为m m。格网点按照由上到下，由左到右方向次序排列，平面坐标系为19801980西安坐标系为大地基准，投影方式为高斯克吕格投影，
53、以6 6度分带，高程基准采用19851985国家高程基准。第63页/共74页第六十三页，共75页。3.5.4 3.5.4 我国1:251:25万DEMDEM格网间隔为100*100m100*100m和3”*3”3”*3”两种。陆地和岛屿(doy)(doy)上格网值代表地面高程，海洋区域格网值代表水深。用于生成1:251:25万数字高程模型的原始数据包括等高线、高程点、等深线、水深点和部分河流、大型湖泊、水库等，通过不规则三角网内插获得。第64页/共74页第六十四页，共75页。3.5.4 3.5.4 我国1:251:25万DEMDEM坐标系统分为两套：高斯克吕格投影：格网尺寸为100*100m1
54、00*100m，以图幅为单元，每幅图数据按包含图幅范围的矩形划定，相邻图幅间有一定重叠。地理坐标：格网尺寸为3”*3”3”*3”，每幅图行列数位1201*18011201*1801，所有图幅范围都为大小相等的矩形。高程(gochng)(gochng)值的中误差在1/21/2、1/31/3等高距之内。第65页/共74页第六十五页，共75页。3.5.5 3.5.5 我国1:1001:100万DEMDEM利用1 1万多幅1:51:5万和1:101:10万地形图按照一定的格网间隔采集高程值，编辑处理后以1:501:50万图幅为单位(dnwi)(dnwi)入库。全国1:1001:100万数字高程模型的总
55、点数为25002500万个。利用该数据内插任一点高程值的中误差-高山区：70m70m；中低山区：41m41m；丘陵区：20m20m；平原区：1m1m。第66页/共74页第六十六页，共75页。3.6DEM3.6DEM生产项目(xingm)(xingm)设计p对对于于(duy)(duy)一一个个DEMDEM项项目目，最最终终目目标标是是要要经经济济、快快速速地地生生产产满满足足一一定定精精度度要要求求的的DEMDEM产产品品，即即DEMDEM生生产产涉涉及及三三个个基本问题：精度、生产成本、效率。基本问题：精度、生产成本、效率。p精精度度-数数据据源源要要有有足足够够的的精精度度和和采采样样密密度
56、度和和表表面面重重建建的的方方法法（算算法法）。要要完完美美-成成本本提提高高-效效率率降降低低。因因此此，要建立高效规范的生产流程。要建立高效规范的生产流程。第67页/共74页第六十七页，共75页。 3.6.1 DEM 3.6.1 DEM生产技术设计生产技术设计（1 1）项目情况归总：确定项目单位、承担单位、）项目情况归总：确定项目单位、承担单位、负责人及所涉及的测区概况。如范围、地貌、负责人及所涉及的测区概况。如范围、地貌、水系、地形类别等。水系、地形类别等。（2 2）资料收集与分析：所有原始资料，如地形图、）资料收集与分析：所有原始资料，如地形图、航片、图例薄、内外业控制点成果、图幅结合
57、航片、图例薄、内外业控制点成果、图幅结合表，并对这些资料进行分类整理。表，并对这些资料进行分类整理。（3 3）确定作业依据和技术标准：明确所采用的生）确定作业依据和技术标准：明确所采用的生产技术规定、技术标准、图幅分幅、编号标准、产技术规定、技术标准、图幅分幅、编号标准、要素分类与代码标准等，这是指导、监督、检要素分类与代码标准等，这是指导、监督、检查整个生产过程查整个生产过程(guchng)(guchng)的基本依据。的基本依据。第68页/共74页第六十八页，共75页。（4 4）生生产产设设备备及及技技术术力力量量的的配配置置：确确定定软软硬硬件件和和技技术术力力量量的的合合理理配配置置，特
58、特别别是是包包括括高高工工、工工程程师师、技技术术员员，检检查查员员等等各各个个层次的人员。层次的人员。（5 5）制制作作技技术术路路线线与与流流程程：在在整整个个DEMDEM过过程程中中，有有三三条条主主线线：数数据据流流程程主主线线、作作业业流流程程主主线线、质质量量控控制制主主线线、数数据据和和质质量量控控制制主主线线构构成成了了最最终终成成果果的的主主要要内内容容，二二者者又又是是作作业业流流程程的的质质量量评定的依据。评定的依据。（6 6）制制定定操操作作规规程程：对对DEMDEM生生产产过过程程中中影影响响生生产产效效率率和和质质量量等等的的环环节节都都应应作作出出明明确确具具体体
59、的的规规程程，如如数数据据预预处处理理、采采样样点点分分布布与与密密度度、数数据据差差错错(chcu)(chcu)与与编编辑辑、矢矢量量接接边边、建建立立TINTIN、DEMDEM质量检查、原数据录入等。质量检查、原数据录入等。第69页/共74页第六十九页，共75页。（7 7）质质量量控控制制方方案案：对对DEMDEM应应采采取取多多级级检检查查和和验验收收制制度度，填填写写质质量量跟跟踪卡。较低级部门踪卡。较低级部门100%100%检查，较高级部门抽样检查。检查，较高级部门抽样检查。（8 8）确定上交成果：包括数据文件、图文件、文档资料等。）确定上交成果：包括数据文件、图文件、文档资料等。（
60、9 9）进进度度计计划划：为为了了保保证证生生产产质质量量，将将整整个个系系统统的的各各项项任任务务分分解解成成具有具有(jyu)(jyu)先后顺序的各个阶段。先后顺序的各个阶段。第70页/共74页第七十页，共75页。3.6.2 DEM3.6.2 DEM生产中的注意事项生产中的注意事项（1 1）根据生产项目所设计的具体领域，确定需要加测的）根据生产项目所设计的具体领域，确定需要加测的重要地物（如：江河的堤坝）。重要地物（如：江河的堤坝）。（2 2）高程精度难以达到正常规定）高程精度难以达到正常规定(gudng)(gudng)精度要求的，精度要求的，应圈出其范围，作为应圈出其范围，作为DEMDE
61、M的推测区。的推测区。地形图上大范围（图面上地形图上大范围（图面上5cm*5cm5cm*5cm以上）既无等高线、高以上）既无等高线、高程点又达不到规定程点又达不到规定(gudng)(gudng)密度（千米格网内不足密度（千米格网内不足5 5个个点）的地方（城镇街区、沼泽等）。点）的地方（城镇街区、沼泽等）。草绘等高线范围草绘等高线范围一定树高的密林区一定树高的密林区一定面积的陡石山一定面积的陡石山一定宽度的双线河水域一定宽度的双线河水域第71页/共74页第七十一页，共75页。3.6.2 DEM3.6.2 DEM生产中的注意事项生产中的注意事项（3 3）由于）由于DEMDEM是由原始数据经过处理
62、后形成是由原始数据经过处理后形成(xngchng)(xngchng)的，因此必须保证质量，应对原的，因此必须保证质量，应对原始数据作严格的检查，包括检测系统误差、偶始数据作严格的检查，包括检测系统误差、偶然误差，剔除粗差。然误差，剔除粗差。（4 4）对得到）对得到DEMDEM进行编辑修改。进行编辑修改。第72页/共74页第七十二页，共75页。作业题1.DEM1.DEM数据源及其特征2.2.地理信息可以分为特征要素和非特征要素，分别(fnbi)(fnbi)是什么？3.DEM3.DEM采样方法有哪些？4.4.我国基础DEMDEM比例尺有哪些？第73页/共74页第七十三页，共75页。感谢您的欣赏(xnshng)！第74页/共74页第七十四页，共75页。内容(nirng)总结3.1 DEM数据源及特征。IKONOS(伊科诺斯)卫星于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。不规则结构：不规则三角形或多边形。测绘学中一般根据地表坡度和高差对地形进行分类，并根据这种分类确定地形图的等高距（表）。地面(dmin)摄影测量：采用倾斜摄影或交向摄影方式获取数据。中国地球空间数据交换格式DEMs数据交换格式(CNSDTF-DEM)的标志。感谢您的欣赏第七十五页，共75页。
