地理信息系统第九课.pptVIP

第九章 数字地形模型（DTM）与地形分析 学习目标 了解数字地形模型的概念，数字高程模型的数据采集方法 掌握数字高程模型的主要表示模型以及它们之间的相互转换方法 重点：格网模型、等高线模型和不规则三角网模型 。 1．概述 1．1 DTM和DEM 数字地形模型是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(DTM)。 数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）。 1．2 DEM的表示法 一个地区的地表高程的变化可以采用多种方法表达，用数学定义的表面或点、线、影像都可用来表示DEM。 DEM的表示方法 2．DEM的主要表示模型 2．1规则格网模型 规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。 对于每个格网的数值有两种不同的解释。 第一种是格网栅格观点，认为该格网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的高度，这种数字高程模型是一个不连续的函数。 第二种是点栅格观点，认为该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。 规则格网的优点： 可以很容易地用计算机进行处理，特别是栅格数据结构的地理信息系统。还可以很容易地计算等高线、坡度坡向、山坡阴影和自动提取流域地形，使得它成为DEM最广泛使用的格式，目前许多国家提供的DEM数据都是以规则格网的数据矩阵形式提供的。 格网DEM的缺点： 1、不能准确表示地形的结构和细部 。 2、数据量过大，给数据管理带来了不方便，通常要进行压缩存储。 3、在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余 4、在不改变格网大小的情况下，难以表达复杂地形的突变现象 。 2．2等高线模型 等高线模型表示高程，高程值的集合是已知的，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。 等高线通常被存成一个有序的坐标点对序列，可以认为是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。 等高线通常可以用二维的链表来存储。另外的一种方法是用图来表示等高线的拓扑关系，将等高线之间的区域表示成图的节点，用边表示等高线本身。 2．3不规则三角网（TIN）模型 TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微。 表达TIN拓扑结构的存储方式： 一个简单的记录方式是：对于每一个三角形、边和节点都对应一个记录，三角形的记录包括三个指向它三个边的记录的指针；边的记录有四个指针字段，包括两个指向相邻三角形记录的指针和它的两个顶点的记录的指针；也可以直接对每个三角形记录其顶点和相邻三角形。每个节点包括三个坐标值的字段，分别存储X，X，Z坐标。 2．4层次模型 层次地形模型（Layer of Details，LOD）是一种表达多种不同精度水平的数字高程模型。大多数层次模型是基于不规则三角网模型的，通常不规则三角网的数据点越多精度越高，数据点越少精度越低，但数据点多则要求更多的计算资源。所以如果在精度满足要求的情况下，最好使用尽可能少的数据点。层次地形模型允许根据不同的任务要求选择不同精度的地形模型。 3．DEM模型之间的相互转换 3．1不规则点集生成TIN 对于不规则分布的高程点，可以形式化地描述为平面的一个无序的点集P，点集中每个点p对应于它的高程值。将该点集转成TIN，最常用的方法是Delaunay三角剖分方法。 Voronoi图，又叫泰森多边形或Dirichlet图，它由一组连续多边形组成，多边形的边界是由连接两邻点线段的垂直平分线组成。N个在平面上有区别的点，按照最近邻原则划分平面：每个点与它的最近邻区域相关联。 Delaunay三角形是由与相邻Voronoi多边形共享一条边的相关点连接而成的三角形。Delaunay三角形的外接圆圆心是与三角形相关的Voronoi多边形的一个顶点。Delaunay三角形是Voronoi图的偶图。 Delaunay三角网与Voronoi图 Delaunay三角形产生的基本准则： Delaunay三角形产生准则的最简明的形式是：任何一个Delaunay三角形的外接圆的内部不能包含其它任何点 。 Lawson 提出了一个局部优化过程LOP（Local Optimization Procedure）方法。 如下图