第6章 三角网数字地面模型

1、数字高程模型的定义（DEM）：从狭义角度定义：DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。

从广义角度定义：DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。

2、数字高程模型的研究内容：1)地形数据采样2）地形建模与内插3）数据组织与管理4）地形分析与应用5）DEM可视化6）不确定性分析与表达3、数字高程模型分类：按结构分类：基于面单元的DEM(规则结构：正方形、正六边形格网结构，其他；不规则结构：不规则三角网、四边形。

)、基于线单元的DEM、基于点的DEM；2）按连续性分类：不连续型DEM、连续不光滑DEM、光滑DEM；3）按范围分类：局部DEM、地区DEM、全局DEM；4、DEM基于操作应包括如下主要内容：1）高程内插，即给定一点的平面位置（x,y）,内插计算该点的高程H；2）拟合曲面内插，即对于一组已知点（x,y,z），通过曲面拟合，推求给定位置的高程；3）剖面线计算；4）等高线内插；5）可视区域分析；6）面积，体积计算；7）坡度，坡向，曲率计算；8）晕渲图；5、数字高程模型应用：科学研究应用：（DEM主要用在以下几个领域）1）区域，全球气候变化研究2）水资源野生动植物分布3）地质，水文模型建立4）地理信息系统5）地形地貌分析6）土地分类，土地利用，土地覆盖变化检测等。

商业应用：（数字高程模型的商业潜在用户分布在以下几个主要行业）1）电信2）空中交通管理与导航3）资源规划管理与建设4）地质勘探5）水文和气象服务6）遥感，测绘7）多媒体应用和电子游戏。

工业工程应用：主要包括电信，导航，航空，采矿业，旅游业以及各种工程建设如公路，铁路，水利等部门。

管理应用：主要有自然资源管理，区域规划，环境保护，减灾防灾，农业，森林，水土保持以及与安全相关的各种应用如保险，公共卫生等领域。

军事应用：（DEM在军事上的应用主要在以下几个方面）1）虚拟战场2）战场地形环境模拟3）为作战部队提供作战地图4）军事工程5）基于地形匹配的导引技术6、简单矩阵结构：规则格网DEM的数据在水平方向和垂直方向的间隔相等，格网点的平面坐标隐含在行列号中，故适宜用矩阵形式进行存储，即按行（或列）逐一记录每一个格网单元的高程值。

数字地面模型DTM（Digital Terrain Model）——数字地面模型是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示，或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位臵特征和地形属性特征的数字描述。

地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。

数字地形模型（DTM, Digital Terrain Model）最初是为了高速公路的自动设计提出来的（Miller，1956）。

此后，它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制。

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。

在遥感应用中可作为分类的辅助数据。

它还是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。

在军事上可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。

对DTM的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集、DTM的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及不规则三角网DTM的建立与应用等。

1．概述数字地形模型（DTM, Digital Terrain Model）最初是为了高速公路的自动设计提出来的（Miller，1956）。

此后，它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制。

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。

在遥感应用中可作为分类的辅助数据。

它还是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。

在军事上可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。

对DTM的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集、D TM的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及不规则三角网DTM的建立与应用等。

1．1 DTM和DEM 从数学的角度，高程模型是高程Z关于平面坐标X，Y两个自变量的连续函数，数字高程模型（DEM）只是它的一个有限的离散表示。

第六章数字地面模型的建立及应用1.摄影测量4D产品：DOM(数字正射影像图）、DEM(数字高程模型)、DRG（数字栅格地图）、DLG（数字线划地图）※DTM与DEM的区别：DTM中除了包含X，Y，Z三维坐标外还包括地形属性特征。

2.DEM的三种表示形式3.DEM数据采集方法地面测量：利用全站仪在野外实测现有地图的数字化空间传感器数字摄影测量的DEM采集方式4.DEM数据预处理a. 数据的编辑：发现错误、进行补测；b. 数据格式的变换c. 坐标系统的转换d. 栅格数据矢量化e. 数据分块：原因：由于采集方式不同,数据点在计算机内排列的顺序不同方法：先将区域划分为等间隔的格网（比DEM格网大），然后将格网按行列号顺序排列。

6。

DEM的内插的特点1)整个地球表面的起伏形态不可能用一个简单的低次多项式来拟合，而高次多项式的解不稳定且会产生不符合实际的震荡；2）地形表面既有连续光滑的特性，有可能存在由于自然或人为的原因而产生的地形不连续；3）由于计算机内存的限制，不可能同时对很大的范围来内插数字高程模型。

因此要采用局部函数内地形插，并兼顾数据点和地形特征点、线。

7.内插生成DEM的三种方法8.DEM的管理存储、检查、拼接、更新9.三角网数字地面模型的构建（1）角度判断法建立TIN：已知三角形的两个顶点，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三角形的第三顶点（2）泰森多边形与狄洛尼三角网10.TIN与DTM存储的差别TIN存储每个网点的高程，平面坐标，网点链接的拓扑关系以及三角形及邻接三角形信息12.三角网中的内插：（1）格网点的检索（2)高程内插11.DEM的应用基于矩形格网的DEM多项式内插等高线绘制立体透视图11.基于矩形格网的等高线绘制步骤1）利用DEM的矩形或方形格网点高程，内插出格网边上的等高线点位置，并将这些等高线点按顺序排列; 2）利用按顺序排列的等高线点的平面坐标进行插补，进一步加密等高线点，并绘制光滑的曲线。

数字地面模型实习一1、不规则三角网建模根据给定等高线，采用不同方法（至少两种）生成不规则三角网模型，比较各模型异同点，要求给出文字描述。

(1)“高程点/线三角化”方法建立不规则三角网(2)“快速生成三角剖分网”方法建立不规则三角网抽稀系数1.25两种方法建出的不规则三角网基本上是一样的，只不过建立的方式不同。

一是直接用等高线建立不规则三角网，二是先在等高线上根据抽稀系数来提取特征点，然后再根据特征点建立三角网，三角网跟点的分布密度有关，而点的分布密度取决于抽稀系数，抽稀系数为1.25时刚好跟方法一建成的三角网相同。

2、选择区域进行局部修正从上述三角网中选择一个模型，划定一定区域，添加特征点、线信息，修正区域中所有不符合地形特征的三角网。

修正后的三角网需要满足以下条件：1）、等高线外轮廓以外没有三角网；2）、三角网中不存在平高三角形；3）、三角网不能横跨山脊或山谷线；（1）使用空洞点特征线生成三角网满足条件一（2）三角网修正人为添加山脊线，可以发现建网时，在山脊线上提取了三角网的顶点，消除了三角网穿越山脊线的情况，满足条件三人为添加山顶点作为特征点，然后构建三角网。

发现添加的山顶点成为了三角网中的顶点，消除了山顶的平高三角形。

满足条件二。

3、规则网构建根据给定等高线，采用不同方法（至少四种）生成规则网模型，比较各模型的异同点，要求给出文字描述。

（1）“高程点/线栅格化”方法建立规则网；（2）“等值线高程栅格化方法”建立规则网；（3）“距离幂函数反比加权”方法建立规则网（4）“Kring 泛克立格”方法建立规则网。

上述四种模型根据建模时使用特征点还是特征线可以分为两类，（1）（2）方法使用等高线建立规则网分为一类；（3）（4）方法使用特征点建立规则网分为一类。

高程点/线栅格化和等值线高程栅格化方法对比，前者建立的规则网在等高线边缘处过度比较平滑，而后者虽然过度不平滑，但是可以较好的显现出原始等高线数据的轮廓。