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1、辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学DEM模型概述-第一次课Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学主要内容主要内容4.DEM的表示方法的表示方法 2.DEM定义定义 5. DEM的应的应用用6.内容总结内容总结1.地形表达方式的回顾地形表达方式的回顾 3. DEM的的分类分类2辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学1 地形表达方式的回顾地形表达方式的回顾 * *绘图绘图*地形图地形图* *摄影摄影- -影像影像这些方法的主要缺点是什么？如何表达地形？3
2、辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学地形表达地形表达DEM是否有更好的表示是否有更好的表示方法呢方法呢？4辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学2 DEM定义定义3) DEM 研究的内容研究的内容1)DEM定义 2) DEM 表示地形的优点表示地形的优点5辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学1) DEM定义定义表表1 1数字地面模型、数字高程模型定义数字地面模型、数字高程模型定义Miller（1958）数字地面模型是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的统计表示。Doyle（1978）数字地面模型是描述地面诸特性空间分布的有序数值阵列，在一般情况下，所记录的地面特性为高程
3、值，它的空间分布由x、y平面坐标系统来描述，也可通过经度和纬度进行描述海拔分布。，在新近文献中，称上述高程或海拔分布的数字地面模型为数字高程模型，以与描述其他地面特性的数字地面模型有所区别。DTM可以是每三个三维坐标值为一组的散点结构，也可是由多项式或富里叶级数确定的曲面方程。另外数字地面模型可以包含除高程外的其他地面特性，如地价、土地权属、土壤类型、岩层深度等。王之卓（1979）数字地面模型是地形表面用x,y,z坐标的数字形式的一种表达。Burrough(1986)A Digital Elevation Model is a quantitative model of a part of t
4、he earths surface in digital form. Also digital terrain model(DTM)Weibel (1991)A DTM is a digital representation of a portion of the eraths surface龚健雅（1993）数字地面模型DTM是定义在二维区域上地形特征空间分布及关联信息的一个有限n维向量系列Xi，数字高程模型DEM是DTM的一个子集，它表示地形空间分布的一个有限三维向量系列X,Y,Z，其中X, Y表示地形点的平面位置，Z表示相应点的高程。6辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学1) DEM定义定义
5、区别区别: : DEMDEM表示地貌，表示地貌，DTMDTM不仅表示不仅表示地貌地貌也表示也表示地物地物。 DEM是DTM的子集 DEM定义在x,y域离散点（规则或不规则）上以高程高程表达地表起伏形态地表起伏形态的数字集合 。 -（测绘学名词测绘学名词 全国科学技术名词审定委员会全国科学技术名词审定委员会 科学出版社科学出版社 2002年第二版年第二版）DTM 表示地面起伏形态地面起伏形态和地表景观地表景观的一系列离散点或规则点的坐标数值集合的总称 -（测绘学名词（测绘学名词 全国科学技术名词审定委员会全国科学技术名词审定委员会 科学出版社科学出版社 2002年第二版）年第二版）Digital
6、 elevation modelDigital terrain model=7辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学2) DEM 表示地形的优点表示地形的优点 精度的恒定性精度的恒定性 表达的多样性 尺度的综合性 更新的实时性8辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学3) DEM 研究的内容研究的内容 地形数据采样 地形建模与内插 数据组织与管理 地形分析与行业应用 DEM可视化 不确定性分析和表达9辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学3 数字高程模型的分类数字高程模型的分类 1）根据大小和覆盖范围分类）根据大小和覆盖范围分类 a.局部的DEM：建立局部的模型往往源于这样的前提，即待模拟的区域非常复杂，只能对一
7、个局部的范围进行处理。 b.全局的DEM：全局性的模型一般包含大量的数据并覆盖一个很大的区域，并且该区域通常具有简单、规则的地形特征。或者为了一些特殊的目的只需要使用地形表面最一般的信息。2）根据模型的连续性分类）根据模型的连续性分类 a.不连续的DEM：每一个观测点的高程都代表了其邻域范围内的值，基于这样的观点，任何内插的点的高程都可以利用最邻近的参考点近似。如左图所示（正方形分布数据）。10辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学 b.连续的DEM：每个数据点代表的只是连续表面上的一个采样值，而表面的一阶导数可以是连续的也可以是不连续的。 c.光滑的DEM：光滑DEM指的是一阶导数或更高阶导数连续
8、的表面，通常是在区域或全局的尺度上实现。创建这种模型一般基于以下假设：模型表面不必经过所有原始观测点，待构建的表面应该比原始观测数据所反映的变化要平滑得多。11辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学3）按结构分类12辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学4.DEM的表示方法的表示方法据邬伦等，2001年 z=f(x,y)13辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学1)线模式线模式等高线等高线* 一个一个有序有序的的坐标点序列坐标点序列*带有高程值属性的带有高程值属性的简单多边形简单多边形或多边形弧段。或多边形弧段。*数据表达的数据表达的局部局部性性*任意点高程获得须任意点高程获得须插值。插值。14辽辽宁宁工工程程
9、技技术术大大学学2）DEM的的点模式点模式表示表示-高程矩阵高程矩阵表示方法表示方法：将区域划分成网格，：将区域划分成网格，记录每个网格的高程；记录每个网格的高程；优点优点： 数据结构简单数据结构简单 计算机处理方便计算机处理方便缺点缺点： 平坦地区平坦地区- -数据冗余；数据冗余； 格网固定格网固定- -无法表达复杂地形；无法表达复杂地形； 地表表达不连续。地表表达不连续。15辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学2）DEM的的点模式点模式表示表示-GRID离散数据点离散数据点内插内插规则矩形格网规则矩形格网(GRID)(GRID)16辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学2）DEM的的点模式点模式表示
10、表示缺点缺点：地形简单地形简单- -大量冗余数据大量冗余数据；地形复杂地形复杂- -不能精确不能精确表示地形的关键表示地形的关键特征特征优点优点： 数据结构简单数据结构简单 计算机处理方便计算机处理方便17辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学2）DEM的的点模式点模式表示表示-TIN 保证最邻近的点构成三角形保证最邻近的点构成三角形 TIN是惟一的是惟一的； 力求最佳的三角形几何形状力求最佳的三角形几何形状； ?什么样的三角网符合地形表达的要求什么样的三角网符合地形表达的要求18辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学2）DEM的的点模式点模式表示表示-TIN Delaunay三角网是唯一的； 三角网的外
11、边界构成了点集三角网的外边界构成了点集P的凸多边形的凸多边形“外壳外壳”； 空圆特性空圆特性 形成的三角形网总是具有最优的形状特征形成的三角形网总是具有最优的形状特征 Delaunay三角网三角网19辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学2）DEM的的点模式点模式表示表示-TIN任意点高程获取任意点高程获取 顶点上顶点上- -其高程与顶点相同；其高程与顶点相同； 在线上在线上- -两个顶点线性插值得到；两个顶点线性插值得到； 三角形三角形- -由三个顶点插值得到。由三个顶点插值得到。 TIN的优点和缺点的优点和缺点 优点优点：可变的分辨率：可变的分辨率 顾及地表特征顾及地表特征 利用随机点数据，精度
12、高利用随机点数据，精度高 缺点：缺点：数据存储与操作复杂数据存储与操作复杂20辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学5 5 DEM的应用的应用DEMDEM主要主要产品：品：等高等高线图坡度坡度图坡向坡向图通通视图断面断面图水文分析水文分析晕渲渲图三三维立体立体图 问题：DEM可以应用在那些行业 或领域？ 1 1）国家地理信息的）国家地理信息的基础数据基础数据； 2 2）工工程程建建设设与与规规划划设设计计（城城市市规规划划、土土木木工工程程、景景观观建建筑与矿山工程、交通路线的规划与大坝选址）；筑与矿山工程、交通路线的规划与大坝选址）； 3 3）军事应用军事应用（虚拟战场等）；（虚拟战场等）； 4
13、4）地地形形分分析析（坡坡度度图图、坡坡向向图图、剖剖面面图图、辅辅助助地地貌貌分分析析、估计侵蚀和径流等）估计侵蚀和径流等） 5 5）与与GISGIS联联合合进进行行空空间间分分析析（作作为为背背景景叠叠加加各各种种专专题题信信息息如如土土壤壤、土土地地利利用用及及植植被被覆覆盖盖数数据据等等，以以进进行行显显示示与与分分析析）； 6 6）虚拟现实虚拟现实(Virtual Reality)(Virtual Reality)； 21辽辽宁宁工工程程技技术术大大学学6.总结总结（1）总结）总结 理解掌握理解掌握DEM概念概念 理解掌握理解掌握DEM的点表示（的点表示（GRID和和TIN） 了解了解DEM研究内容研究内容-（2）课后思考问题）课后思考问题 DEM是用来解决什么问题？是用来解决什么问题？ 通过什么形式表达？通过什么形式表达？ 请设计请设计GRID格式的格式的DEM数据结构数据结构. 22
