第六讲-数字高程模型及应用课件.ppt

1、Page 1第六讲第六讲 数字高程模型及应用数字高程模型及应用中山大学地理科学与规划学院2009-3-8地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 2数字高程模型及应用一、一、DEMDEM概述概述二、二、DEMDEM建立建立1 1、DEMDEM的数据获取的数据获取2 2、DEMDEM的建立方法的建立方法三、三、DEMDEM应用应用地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 3数字地面数字地面模型模型工程设计摄影测量和遥感中的应用是地理信息的基础数据军事上用于导航及导弹制导地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 4 原始影像原始影像 凸包凸包 表面模型表面模型地理科学与规划学院地理科学

2、与规划学院Page 5 原始影像原始影像三维模型（无纹理）三维模型（无纹理）三维模型（有纹理）三维模型（有纹理）地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 6一、概述：DEM定义DEMDEM，(Digital Elevation Models)(Digital Elevation Models)，是国家基，是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地形的上地形的三维向量三维向量的的有限有限序列，即地表单元上序列，即地表单元上高程的集合高程的集合，数学表达为：，数学表达为：z=f(xz=f(x，y)y)。DEMDEM是是DTMDTM的一个子集，是

3、的一个子集，是DTMDTM的基础数据，最核心部的基础数据，最核心部分，可以从中提取出各种地形信息，如高度、分，可以从中提取出各种地形信息，如高度、坡度、坡向、粗糙度，并进行通视分析，流域坡度、坡向、粗糙度，并进行通视分析，流域结构生成等应用分析。结构生成等应用分析。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 7 数字地形(地面)模型（Digital Terrain Model, DTM）是20世纪50年代由美国MIT 摄影测量试验室主任米勒（C.L.MILLER）首次提出，并用其成功地解决了道路工程中土方估算等问题。此后它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线等）的设计以及各种工程的面积、

4、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断即任意断面图绘制。在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图以及地图的修测。DTM是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划和洪水险情预报等。在军事上可用于导航、作战电子沙盘等。一、概述：DEM定义地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 8一、概述：DTM定义DTMDTM是定义于二维区域上的一个有限项的向量序是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布连续分布的的地形。地形。数学的角度数学的角度 KpKpfk(up,vpfk(up,vp) )(k(kl

5、 l，2 2，3 3，m; pm; p1 1，2 2，3 3，n) n) 或：或：DTM=Z i,j,iDTM=Z i,j,i=1,2,3,=1,2,3,m,m；j=1,2,3,j=1,2,3,n,nDTMDTM是地形表面形态属性信息的数字表达，是带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。有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征。用、土壤类型等其他地面诸特征。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 9概述：DEM 与 DTM的区分数字高程模型数

6、字高程模型( (Digital Elevation Digital Elevation ModelModel，DEMDEM) )：研究地面起伏。：研究地面起伏。数字地形模型数字地形模型( (Digital Terrain ModelDigital Terrain Model，DTMDTM) )：含有地面起伏和属性：含有地面起伏和属性( (如坡度、坡向如坡度、坡向等等) )两个含义，是两个含义，是DEMDEM的进一步分析。的进一步分析。在地理信息系统中，在地理信息系统中，DEM是建立是建立DTM的基础数据，的基础数据，其它的地形要素可由其它的地形要素可由DEM直接或间接导出，称为直接或间接导出，

7、称为“派生数据派生数据”，如坡度、坡向，如坡度、坡向地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 10概述：DEM的表示方法使用三维函数模拟复杂曲面；将一个完整曲面分解成方格网或面积上大体相等的不规则格网，每个格网中有一个点的观测值，即为格网值；适用于曲面插值来表示地下水或土壤的特性；地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 11概述：DEM的点模式表示高程矩阵高程矩阵( (规则矩形格网规则矩形格网) )，与栅格地图相同。，与栅格地图相同。表示方法：将区域划分成网格，记录每个网格的表示方法：将区域划分成网格，记录每个网格的高程；高程；线模型到高程矩阵的转换。线模型到高程矩阵的转换。优点：计

8、算机处理以栅格为基础的矩阵很方便，优点：计算机处理以栅格为基础的矩阵很方便，使高程矩阵成为最常见的使高程矩阵成为最常见的DEMDEM；缺点：在平坦地区出现大量数据冗余；若不改变缺点：在平坦地区出现大量数据冗余；若不改变格网大小，就不能适应不同的地形条件；在视线计格网大小，就不能适应不同的地形条件；在视线计算中过分依赖格网轴线。算中过分依赖格网轴线。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 12概述：DEM的线模式表示描述高程曲线的描述高程曲线的等高线等高线；数字化现有等高线地图产生的数字化现有等高线地图产生的DEMDEM比比直接直接利用航空摄影测量方法产生的利用航空摄影测量方法产生的DEM

9、DEM质量要差；质量要差；数字化的等高线对于计算坡度或生成着色数字化的等高线对于计算坡度或生成着色地形图不十分适用。地形图不十分适用。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 13概述：GRID模式 规则格网法是把规则格网法是把DEMDEM表示成表示成高程矩阵高程矩阵，此时，此时，DEMDEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生点内插产生. .规则网格将区域空间切分为规则的格网单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。元，每个格网单元对应一个数值。 结构简单结构简单，计算机对矩阵的，计算机对矩阵的处

10、理处理比较比较方便方便，高程，高程矩阵已成为矩阵已成为DEMDEM最通用最通用的形式。高程矩阵特别的形式。高程矩阵特别有利于有利于各各种应用。种应用。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 14概述：GRID模式对于每个格网的数值有两种不同的解释。第一对于每个格网的数值有两种不同的解释。第一种是种是格网栅格观点格网栅格观点，认为该格网单元的数值是，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是一个不连续的函数第二种是第二种是点栅格观

11、点点栅格观点，认为该网格单元的数值，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是网格中心点的高程或该网格单元的平均高程值，这样就需要用一种插值方法来计算每个点值，这样就需要用一种插值方法来计算每个点的高程的高程地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 15概述：GRID模式的缺点规则格网的高程矩阵，可以规则格网的高程矩阵，可以很容易地用计算机很容易地用计算机进行处理进行处理。它还可以很容易地计算等高线、坡。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，使得度坡向、山坡阴影和自动提取流域地形，使得它成为它成为DEMDEM最广泛使用的格式最广泛使用的格式格

12、网格网DEMDEM的缺点是的缺点是不能准确表示地形的结构和不能准确表示地形的结构和细部细部，为避免这些问题，可采用附加地形特征，为避免这些问题，可采用附加地形特征数据，如地形特征点、山脊线、谷底线、断裂数据，如地形特征点、山脊线、谷底线、断裂线，以描述地形结构线，以描述地形结构 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 16概述：GRID模式的缺点格网格网DEMDEM的另一个缺点是的另一个缺点是数据量过大数据量过大，给数，给数据管理带来了不方便，通常要进行压缩存据管理带来了不方便，通常要进行压缩存储储DEMDEM数据的无损压缩可以采用普通的栅格数数据的无损压缩可以采用普通的栅格数据压缩方式

13、，如据压缩方式，如游程编码、块码游程编码、块码等等但是由于但是由于DEM DEM 数据反映了地形的连续起伏数据反映了地形的连续起伏变化，通常比较变化，通常比较“破碎破碎”，普通压缩方式，普通压缩方式难以达到很好的效果难以达到很好的效果因此对于网格因此对于网格DEMDEM数据，可以采用数据，可以采用哈夫曼编哈夫曼编码码；离散余弦变换离散余弦变换或或小波变换。小波变换。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 17概述：等高线模式 等高线通常被存储成一个等高线通常被存储成一个有序有序的的坐标点序列坐标点序列，可，可以认为是一条带有高程值属性的以认为是一条带有高程值属性的简单多边形简单多边形或多

14、边形或多边形弧段。由于等高线模型只是表达了区域的弧段。由于等高线模型只是表达了区域的部分高程值部分高程值，往往需要一种往往需要一种插值方法插值方法来计算落在来计算落在等高线以外等高线以外的的其他其他点点的高程，又因为这些点是落在两条等高线包围的区的高程，又因为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只要使用域内，所以，通常只要使用外包的外包的两条等高线的高程两条等高线的高程进行进行插值插值。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 18概述：等高线模式等高线模式等高线模式-等高线模型表示高程等高线模型表示高程，高程值的集合是已高程值的集合是已知的知的，每一条等高线，每一条等高线对应

15、一个已知的高程对应一个已知的高程值，这样一系列等高值，这样一系列等高线集合和它们的高程线集合和它们的高程值一起就构成了一种值一起就构成了一种地面高程模型地面高程模型 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 19概述：等高线模式等高线模式等高线模式-等高线通常被存成一个有序的等高线通常被存成一个有序的坐标点对序列坐标点对序列，可以，可以认为是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形认为是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段弧段-由于等高线模型只表达了区域的由于等高线模型只表达了区域的部分高程值部分高程值，往往，往往需要一种需要一种插值方法插值方法来计算落在等高线外的其它点的来计算落在等

16、高线外的其它点的高程高程-因为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以因为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只使用外包的两条等高线的高程进行插值，通常只使用外包的两条等高线的高程进行插值地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 20概述：等高线模式等高线模式等高线模式-等高线通常可以用二维的链表来存储。另外的一种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下间的区域表示成图的节点，用边表示等高线本身下图为一个等高线图和它相应的自由树图为一个等高线图和

17、它相应的自由树 BAFCGEHD地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 21概述：不规则三角网(TIN)TIN-尽管规则格网尽管规则格网DEM在计算和应用方面有许在计算和应用方面有许多优点，但也存在许多难以克服的缺陷：多优点，但也存在许多难以克服的缺陷：-在地形平坦的地方，存在大量的数据冗在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余余-在不改变格网大小的情况下，难以表达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复杂地形的突变现象-在某些计算，如通视问题，过分强调网在某些计算，如通视问题，过分强调网格的轴方向格的轴方向地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 22概述：不规则三角网(

18、TIN) TINTIN（Triangulated Irregular NetworkTriangulated Irregular Network) )表示法利表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合优化组合的原则，的原则，把这些离散点把这些离散点( (各三角形的顶点各三角形的顶点) )连接成相互连续的连接成相互连续的三三角面角面( (在连接时，尽可能地确保每个三角形都是在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角锐角三角形三角形或是三边的或是三边的长度近似长度近似相等相等DelaunayDelaunay) )。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page

19、23概述：不规则三角网(TIN) 因为因为TINTIN可根据地形的可根据地形的复杂程度复杂程度来确定采样点的来确定采样点的密密度度和和位置位置，能，能充分表示充分表示地形特征点和线，从而地形特征点和线，从而减少了减少了地形较平坦地区的地形较平坦地区的数据冗余数据冗余。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 24概述：TIN的三角剖分地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 25概述：TIN模型的存储方式TINTIN-TINTIN的数据存储方式比格网的数据存储方式比格网DEMDEM复杂，它不复杂，它不仅要存储每个点的高程，还要存储其平面仅要存储每个点的高程，还要存储其平面坐标、节点连

20、接的拓扑关系，三角形及邻坐标、节点连接的拓扑关系，三角形及邻接三角形等关系。接三角形等关系。TINTIN模型在概念上类似于模型在概念上类似于多边形网络的矢量拓扑结构，只是多边形网络的矢量拓扑结构，只是TINTIN模型模型不需要定义不需要定义“岛岛”和和“洞洞”的拓扑关系的拓扑关系 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 26概述：概述：TINTIN模型的存储方式模型的存储方式TINTIN-有许多种表达有许多种表达TINTIN拓扑结构的存储方式，一拓扑结构的存储方式，一般来讲，对于每一个三角形、边和节点都般来讲，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对应一个记录，

21、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；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也可以直接对每个三角形记录其顶点和相邻三角形邻三角形 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 27概述：TIN模型的存储方式NoXYZ190.010.043.5250.710.067.3367.223.962.6:810.090.081.0地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 28概述：TIN模型的表现地理科学

22、与规划学院地理科学与规划学院Page 29概述：TIN小结表示方法：表示方法：将区域划分为相邻的三角面网络，区将区域划分为相邻的三角面网络，区域中任意点都将落在三角面顶点、线或三角形内。域中任意点都将落在三角面顶点、线或三角形内。落落在顶点上在顶点上其高程与顶点相同；落其高程与顶点相同；落在线上在线上则由两个则由两个顶点线性插值得到；落顶点线性插值得到；落在三角形内在三角形内则由三个顶点插则由三个顶点插值得到。值得到。生成方法：生成方法：由不规则点、矩形格网或等高线转换由不规则点、矩形格网或等高线转换而得到。而得到。TINTIN允许在地形复杂地区收集较多的信息，而在允许在地形复杂地区收集较多的

23、信息，而在简单的地区收集少量信息，避免数据冗余。简单的地区收集少量信息，避免数据冗余。对于某些类型的运算比建立在数字等高线基础上对于某些类型的运算比建立在数字等高线基础上的系统更有效，如坡度、坡向等的计算。的系统更有效，如坡度、坡向等的计算。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 30概述：建立DEM的目的 1 1）作为国家地理信息的基础数据；）作为国家地理信息的基础数据； 2 2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计；）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计； 3 3）为军事目的而进行的三维显示；）为军事目的而进行的三维显示； 4 4）景观设计与城市规划；）景观设计与城市规划； 5

24、5）流水线分析、可视性分析；）流水线分析、可视性分析； 6 6）交通路线的规划与大坝选址；）交通路线的规划与大坝选址； 7 7）不同地表的统计分析与比较；）不同地表的统计分析与比较； 8 8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等；）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等； 9 9）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析；进行显示与分析； 1010）与）与GISGIS联合进行空间分析；联合进行空间分析； 1111）虚拟现实）虚拟现实(Virtual Real

25、ity)(Virtual Reality)； 此外，从此外，从DEMDEM还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图等。等。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 31二、DEM数据来源地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 32DEM数据采集数字摄影测量：数字摄影测量：利用带自动记录装置的立体测利用带自动记录装置的立体测图仪或立体坐标仪、解析测图仪及数字摄影测量图仪或立体坐标仪、解析测图

26、仪及数字摄影测量系统，进行人工、半自动或全自动的量测。其原系统，进行人工、半自动或全自动的量测。其原理是在摄影图的基础上利用测图仪进行测量。理是在摄影图的基础上利用测图仪进行测量。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 33DEM数据采集现有地图数字化：现有地图数字化：对已有地图上的信息对已有地图上的信息( (如等如等高线高线) )进行数字化。进行数字化。u手扶跟踪数字化仪u扫描数字化仪地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 34DEM数据采集地面测量：地面测量：这种方法以地面实测记录为数据源，这种方法以地面实测记录为数据源，利用利用GPSGPS、全站仪和电子手簿或测距经纬仪等设、

27、全站仪和电子手簿或测距经纬仪等设备，在已知点位的测站上，观测到目标点的方向、备，在已知点位的测站上，观测到目标点的方向、距离和高差距离和高差3 3个要素。计算出目标点的（个要素。计算出目标点的（x,y,zx,y,z）三维坐标，存储于电子手簿或袖珍计算机中，成三维坐标，存储于电子手簿或袖珍计算机中，成为建立为建立DEMDEM的原始数据。这种方法一般用于建立的原始数据。这种方法一般用于建立小范围大比例尺区域的小范围大比例尺区域的DEMDEM，对高程的精度要求，对高程的精度要求较高。较高。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 35DEM数据采集空间传感器：空间传感器：利用利用GPSGPS，

28、结合雷达和激光测高，结合雷达和激光测高仪采集数据。仪采集数据。GPS激光测高仪地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 36数字摄影测量采样点的选取沿等高线采样：沿等高线采样：主要用于山区采样。主要用于山区采样。规则网格采样：规则网格采样：按规则矩形网格进行采样，可直按规则矩形网格进行采样，可直接生成规则矩形格网的接生成规则矩形格网的DEMDEM数据。数据。渐进采样：渐进采样：根据地形使采样点合理分布，即平坦根据地形使采样点合理分布，即平坦地区采样点少，地形复杂区采样点多。地区采样点少，地形复杂区采样点多。选择采样：选择采样：根据地形特征进行采样，如沿山脊线、根据地形特征进行采样，如沿山脊

29、线、山谷线等进行采集。山谷线等进行采集。混合采样。混合采样。注意：所有采集的数据都要按一定的空间注意：所有采集的数据都要按一定的空间插值方法转换成点模式格式数据。插值方法转换成点模式格式数据。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 37数字摄影测量采样点的选取n沿等高线采样n规则格网采样地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 38DEM的生成方法：方法：1 1、人工格网法、人工格网法2 2、三角网法、三角网法3 3、立体像对法、立体像对法4 4、曲面拟合法、曲面拟合法5 5、等值线插值法、等值线插值法地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 39人工格网法在地形图上蒙上格网，在

30、地形图上蒙上格网，逐格逐格读取读取中心点中心点或或交点交点的高程值。的高程值。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 40三角网法 对有限个离散点，对有限个离散点，每三个每三个邻近点邻近点联结成联结成三角形，三角形，每个三角形代表一个每个三角形代表一个局部平面局部平面，再根据每个平面方，再根据每个平面方程，可计算程，可计算各格网点各格网点高程，生成高程，生成DEMDEM。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 41构三角网的要求应尽可能保证每个三角形是锐角三角应尽可能保证每个三角形是锐角三角形或三边的长度近似相等，避免出现形或三边的长度近似相等，避免出现过大的钝角和过小的锐角。过

31、大的钝角和过小的锐角。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 42角度判断法建立TIN当已知三角形的两个顶点后，利用当已知三角形的两个顶点后，利用余余弦定理弦定理计算备选第三顶点的三角形内计算备选第三顶点的三角形内角的大小，选择最大者对应的点为该角的大小，选择最大者对应的点为该三角形的第三顶点。三角形的第三顶点。 将原始数据分块将原始数据分块 检索所处理三角形邻近点检索所处理三角形邻近点地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 43C1C2C3确定第一个三角形iCCmax则C为该三角形第三顶点 AB地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 44构网示意图与与A A点距离点距离最

32、近的点最近的点哪个内哪个内角最大角最大iiiiibacbaC2cos222地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 45三角形的扩展对每一个已生成的三角形的新增加的两对每一个已生成的三角形的新增加的两边，按角度最大的原则向外进行扩展，边，按角度最大的原则向外进行扩展，并进行是否重复的检测。并进行是否重复的检测。向外扩展的处理：若从顶点为向外扩展的处理：若从顶点为P P1 1(X(X1 1,Y,Y1 1), ), P P2 2(X(X2 2,Y,Y2 2), P), P3 3(X(X3 3,Y,Y3 3) )的三角形之的三角形之P P1 1P P2 2边向外扩边向外扩展，应取位于直线展，应取

33、位于直线P P1 1P P2 2与与P P3 3异侧的点异侧的点 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 46异则判断0)()(),(1212112YYXXXXYYYXFp3p2若备选点P之坐标为（X，Y）重复与交叉的检测：任意一边最多只能是两个三角形的公共边。p1地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 47立体像对法资料来源于张超主编的资料来源于张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 48曲面拟合法 根据根据有限个有限个离散点的高程，采用离散点的高程，采用多项式多项式或或样条函数样条函数求得求得拟合公式拟合公式，再逐

34、个计算各点的高程，得到拟合的再逐个计算各点的高程，得到拟合的DEMDEM。可反映。可反映总的地势总的地势，但，但局部局部误误差差较大较大。可分为：。可分为：整体拟合：根据研究区域内整体拟合：根据研究区域内所有采样点所有采样点的观测值建立的观测值建立趋势面模型趋势面模型。特。特点是不能反映内插区域内的局部特征。点是不能反映内插区域内的局部特征。局部拟合：利用局部拟合：利用邻近的邻近的数据点数据点估计估计未知点的值，能未知点的值，能反映局部反映局部特征。特征。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 49等高线插值法地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 50三、DEM的应用1 1、基于

35、、基于DEMDEM的信息提取的信息提取2 2、等高线的绘制、等高线的绘制3 3、基于、基于DEMDEM的可视化分析的可视化分析1 1、三维景观、三维景观2 2、数码城市和虚拟现实、数码城市和虚拟现实3 3、DEMDEM在工程上的应用在工程上的应用概述应用：概述应用：应用算法：应用算法：地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 51三维景观地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 52地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 53数码城市和虚拟现实City ModelDOMDEMDLGAttribute RDB地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 54数码深圳地理科学与规划学

36、院地理科学与规划学院Page 553D 建筑地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 56DEM+DEM+DOM+DLGDOM+DLG地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 57交通行业：数字公路地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 58DEM的土石方计算立体计算线路挖土、石方量立体计算线路挖土、石方量地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 59坡度图和坡向图的制作 通常用通常用3 3* *3 3的格网窗口的格网窗口在在DEMDEM数据矩阵中连续移数据矩阵中连续移动计算完成。动计算完成。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 60等高线的绘制在格网在格网DEMD

37、EM上上自动绘制自动绘制等高线主要包括两个步骤：等高线主要包括两个步骤：1 1、等高线追踪，利用、等高线追踪，利用DEMDEM矩形格网点的高程内插出矩形格网点的高程内插出格网边格网边上上的等高线点，并将这些等高线点的等高线点，并将这些等高线点排序排序；2 2、等高线光滑，进一步、等高线光滑，进一步加密加密等高线点并绘制光滑曲线。等高线点并绘制光滑曲线。 地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 61剖面分析1 1）意义：）意义： 常常可以常常可以以线代面以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等。造、

38、斜坡特征、地表切割强度等。 如果在地形剖面上如果在地形剖面上叠加叠加其它地理变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用其它地理变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用现状等，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。现状等，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。 2 2）绘制）绘制 可在格网可在格网DEMDEM或三角网或三角网DEMDEM上进上进行。行。 已知两点的坐标已知两点的坐标A(xA(x1 1，y y1 1) )，B(xB(x2 2，y y2 2) )，则可求出两点连线与格网或，则可求出两点连线与格网或三角网的交点，并内插交点上的三角网的交点，并内插交点上的高程，以及各交点之

39、间的距离。高程，以及各交点之间的距离。然后按选定的垂直比例尺和水平然后按选定的垂直比例尺和水平比例尺，按距离和高程绘出剖面比例尺，按距离和高程绘出剖面图。图。 剖面图不一定必须沿直线绘制，剖面图不一定必须沿直线绘制，也可沿一条曲线绘制。也可沿一条曲线绘制。地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 62基于DEM的可视化分析 通视分析是指以通视分析是指以某一点某一点为观察点，研究为观察点，研究某一区域某一区域通视情况通视情况的地形分析。的地形分析。方法：方法：a a、以、以O O为为观察点观察点，对格网，对格网DEMDEM或三角网或三角网DEMDEM上的上的每个点每个点判断通视与否，通视赋值

40、为判断通视与否，通视赋值为1 1，不通视赋值为，不通视赋值为0 0。由此。由此可形成属性值为可形成属性值为0 0和和1 1的格网或三角网。对此以的格网或三角网。对此以0.50.5为为值追踪等值线，即得到以值追踪等值线，即得到以O O为观察点的通视图。为观察点的通视图。b b、以、以观察点观察点O O为轴，以为轴，以一定的方位角一定的方位角间隔算出间隔算出0 0360360的所有的所有方位线方位线上的通视情况。对于每条方位线，上的通视情况。对于每条方位线，通视的地方绘线，不通视的地方断开，或相反。这样通视的地方绘线，不通视的地方断开，或相反。这样可得出射线状的通视图。可得出射线状的通视图。 地理

41、科学与规划学院地理科学与规划学院Page 63a a）倾角法）倾角法格网格网DEMDEM为例，为例，O(xO(xo o，y yo o，z zo o) )为观察点，为观察点，P(xP(xp p,y,yp p,z,zp p) )为某一格网点，为某一格网点，OPOP与与格网的交点为格网的交点为A A、B B、C C。 OPOP的倾角为的倾角为 观察点与各交点的倾角为观察点与各交点的倾角为i i (i(iA,B,C)A,B,C)若若tgtgmax(tgmax(tgi i , i, iA A、B B、C)C)，则，则OPOP通视通视 否则，不通视。否则，不通视。两点是否可见的算法b) b) 剖面图剖面图

42、 两点连线是否与剖面相交。两点连线是否与剖面相交。A AB BA A地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 64通视分析示例通视分析示例观察点观察点不通视不通视通视通视雷雷达达盲盲区区飞飞行行 可可视视域域的的三三维维显显示示资料来源于张超主编的资料来源于张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 65地形三维图绘制地形三维图绘制 DEMDEM高程点高程点建立几建立几何模型何模型透视透视变换变换隐藏线、隐藏线、面的消除面的消除光照光照模型模型计算计算贴贴纹纹理理图形图形输出输出开放式图形标准库（开放式图形标准库（OpenGLOp

43、enGL）。）。部分图片摘自张超主部分图片摘自张超主编的编的地理信息系统地理信息系统教程教程所配光盘所配光盘地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 66地貌晕渲图绘制地貌晕渲图绘制资料来源于张超主编的资料来源于张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 67晕渲图晕渲图的制作的制作地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 68模拟飞行模拟飞行地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 69透视图的绘制透视图的绘制地理科学与规划学院地理科学与规划学院Page 70流域水文特征及土木工程流域水文特征及土木工程 水淹示例水淹示例 三维规划设计三维规划设计 用于工程项目中的开挖填方、线路勘用于工程项目中的开挖填方、线路勘测设计、水利建设工程等。测设计、水利建设工程等。资料来源于资料来源于张超主编的张超主编的地理信息地理信息系统教程系统教程所配光盘所配光盘