1-07建立DTM的原理和方法.docVIP

7 建立DTM的原理和方法 7.1 概述 DTM(digital terrain model)即数字地面模型，简称数模，是以数字的形式按一定的结构组织在一起，表示实际地形特征的空间分布，也就是地形形状大小和起伏的数字描述。只有在DTM的基础上才能绘制等高线。数字表示方式包括离散点的三维坐标(测量数据)、由离散点组成的规则或不规则的格网结构、依据数模及一定的内插和拟合算法自动生成的等高线(图)、断面(图)、坡度(图)等等。 DTM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DTM至少包含了相关区域内平面坐标与高程之间的映射关系，即： ∈DTM所在区域 在航片数据采集中，数据点往往呈规则格网分布，其平面位宽可由起始点坐标和点间格网的边长确定，只提供点的行列号即可。这时所指的地形特征仅指地面点的高程，所以不少文献又将这种数字地形描述称为数字高程(digital elevation model, DEM)。 通过DTM可以得到有关区域中任一点的地形情况，计算出任一点的高程并获得等高线。DTM还可以用于计算区域面积，划分土地，计算土方工程量，获取地形断面和坡度信息等。 建立DTM需要在有关区域内采集相当数量的地形数据，采样点的位置和密度都可能影响DTM的精度，插值算法和数据结构的选择同样会影响DTM的精度和使用效率。目前，DTM已经成为地理信息系统(geographical information system, GIS)的重要组成部分。GIS的许多功能是以DTM为基础的，DTM的原理还适用于水文、海洋及气象的数据处理。 DTM系统主要是由计算机程序实现的，应用于各种类型计算机系统的DTM已经在许多国家开发成功，尽管使用的方法不同，用户界面各异，但主要功能都是从离散数据构造出相互联接的网格结构，以此作为地形的数字模型基础。等高线、断面和三维地形图都是根据这个模型生成的。 综上所述，建立一个数字地面模型系统必须具有以下几个基本组成部分: ·数据的获取; ·数据的转换; ·数据的预处理; ·构网建模; ·存储和管理; ·数模的应用。 由于实际地形表面有连续变化，也有断裂，而构造DTM时采集的数据最是有限的，因此如何选择构造DTM的算法及应用时的插值算法，以利用有限的数据准确地表达实际的地形变化，是DTM研究的重要课题。评价DTM系统性能的主要参数有精度、计算速度、处理的数据量、用户界面和数据采集工作量等。 7.2 数据的获取、转换及预处理 7.2.1 数据的获取 DTM的数据获取就是提取并测定地形的特征点，即将一个连续的地形表面转化成一个以一定数量的离散点表示的离散的地表。离散点。数据的获取是建立数模最费工时而又最重要的一步，它影响着建模的正确性、精度、效率、成本。 完善的DTM系统应具有各种类型数据输入的接口，它可以接受野外测量仪器直接传输的数据，还可以接受由人工键入的测量数据;也可以接受航测照片经立体坐标量测仪或解析测图仪等量测的三维地形数据;遥感图像经图像处理系统处理后也可得到地形数据。因此DTM数据获取部分应包括计算机与不同的设备，如全站仪、电子手薄、数字化仪……进行数据传送的接口。 7.2.2 数据的转换 不同来源的原始数据类型可以是各种备样的，例如三维坐标或距离、方位角等。数据中除了离散点的坐标信息，还包含离散点之间的地形关系及地物特征等信息。因此，DTM系统还要有数据格式转换的功能。不同类型的原始数据经过处理之后，转换成DTM系统的标准格式(一般为三维坐标)数据，但不能影响原始数据精度。转换模块需对原始数据进行分类，把坐标数据、连接信息、地物特征等按标准格式分别存放。 7.2.3 数据的预处理 (1)通过数据采集、数据转换得到一组(或一个区域)的原始DTM数据，其中可能包含不符合建立数模要求的数据，甚至有错误的数据。为了顺利完成构网建模，首先要对原始数据进行必要的预处理，如数据过滤，剔除几乎重合的数据，给定高程限值，剔除粗差数据，进行必要的数据加密等等，同时程序还应提供编辑数据的工具。 (2)除地面坐标数据之外，地形和地物的特征信息，如地性线、山脊线、山谷线、断裂线等，是DTM不可缺少的要素。为了便于计算机程序识别和提高工作效率，这些信息是由地形地物的特征代码及连接点关系代码表示的。从原始数据中提取地形地物特征信息的依据是数据记录中的特定编码，不同类型的原始数据可采用不同的编码方式，但在采集数据过程中要遵循测量软件规定的相应规则。 DTM系统的特征提取部分功能包括: ·识别原始数据记录中的特征编码; ·将地性线特征编码和相关的空间定位数据转换成DTM标准数据格式; ·提取地性线、断裂线以及处理