第7章数字高程模型及其应用.ppt

第七章 数字地面模型及其应用;一、数字地面模型的含义（DTM）;二、数字高程模型的含义（DEM）;三、DEM的主要表达形式 1.规则格网DEM（grid) 用一系列在X、Y方向上等间隔排列的地形点的高程来表示地形。;规则格网DEM的优点： 数据量小，便于使用与管理。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。它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。 ;规则格网结构DEM的缺点： 不能准确表示地形的结构与细部；格网过于粗略，不能精确表达某些重要的地形特征，如山峰、洼坑、山脊、山谷等。 如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的地区； 在地形简单、平坦的地区存在大量冗余数据；;2.不规则三角网DEM（TIN Triangulated Irregular Network ） 将按地形特征采集的点按一定规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的三角形，构成不规则的三角网表示的DEM 。; 德国Ebner教授提出了Grid-TIN混合形式的DEM，即一般区域使用矩形格网数据结构，沿地形特征则附加三角网数据结构。;四、DEM的建立过程 数据采样 按一定的数据采集方法，在测区内采集一定数量离散点的平面位置和高程，称为控制点（也称为数据点或参考点）。 数据处理 以采集到的数据点为控制基础，用某种数学模型拟合，内插大量的点，以获得符合要求的DEM； 数据记录 按一定的格式记录于存贮器内。;五、DEM数据点的获取方法; 50年代末概念形成 60-70年代对DTM的内插问题进行研究 70年代中、后期对采样方法进行研究 80年代以来，全方位对DTM进行研究，包括 DEM表示地形的精度，DEM数据的粗差探测； 质量控制；数据压缩等 90年代以后，建立大范围的DEM;七、数字高程模型的主要应用;DEM是GIS的基础数据，可用于空间分析、三维可视化、虚拟现实、土地利用现状的分析、规划、洪水险情预报等； ; 国家测绘局1994年建成了全国1:100万数字高程模型数据库；1998年完成全国1:25万数字高程模型数据库建设；1999年建设七大江河（松花江、辽河、??河、黄河、淮河、长江、珠江）重点防范区1:1万数字高程模型数据库；2002年建成全国1:5万数字高程模型数据库；各省正在建立本辖区1:1万数字高程模型数据库。;1. 数据格式的转换 数据采集的软、硬件不同，格式也可能不同。需要转换成要求的数据格式。 2. 坐标系统变换 将数据变换成地面坐标系中，地面坐标系一般采用国家坐标系，也可采用局部坐标系。 3. 数据编辑 剔除错误、重复、过密的点；补测点;4. 栅格数据与矢量数据的转换 扫描的图是栅格形式，须经过二值化处理，再经过滤波或形态学处理，并进行边缘跟踪，获取等高线上按顺序排列的点坐标，即换成矢量形式。;5. 数据分块 数据采集方式不同，数据的排列顺序也不同。;数据分块方法： （1）先将整个区域分成等间隔的格网 （通常比DEM格网大） （2）将数据点按格网进行存储 交换法 链指针法;（1）交换法;（2）链指针法;6. 子区边界提取;7.3 DEM内插方法;2.分类;整体内插 ;分块内插 ;以每一待定点为中心，定义一个局部函数去拟合周围的数据点。逐点内插法十分灵活，精度较高，计算方法简单又不需很大的计算机内存，但计算速度可能比较慢; DEM内插主要思路：选择一个合理的数学模型，利用已知点上的信息求出数学模型中的待定参数，再内插出待定点的高程。 关键：使用的插值函数及待定点邻域的确定。 ;1.移动曲面拟合法 原理：以待定点为中心，定义一个局部函数去拟合其周围的数据点，进而求出待定点的高程。 常用于从离散的数据点生成规则格网DEM;;（l）建立局部坐标;（2）选取邻近数据点: 以待定点P为圆心，R为半径选点 ;（3）选取二次曲面为内插函数;由n个数据点列出误差方程： ;（4）计算每一数据点的权 ;（5）法化求解 ;圆半径的确定;对点的选择除满足n＞6外，应保证各个象限都有数据点， 当地形起伏较大时，半径R不能取得很大。 当数据点较稀或分布不均匀时，利用二次曲面移动拟合可能产生很大的误差 ，可采用按方位取点法;按方位取点法;通过以上过程，总结DEM内插的步骤： 1）选用合适的数学模型； 2）利用已知数据点求模型中的参数； 3）根据模型求待定点的高程。;2.线性内插;3.双线性内插;4.多面函数法内插;核函数;误差方程 ;任意一点上的高程Zk(Kn)为 ;若m=n，则全部数据点取为核函数的中心