1 第6章 三角网数字地面模型

DEM重点整理第一章概述1. 模型：指用来表现其他事物的一个对象或概念，是按比例缩减并转变到我们能够理解的形式的事物本体。

2. 数字地面模型含义的扩展：测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而且通过储存在磁性介质中的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。

3. 数字高程模型的概念：数字高程模型简称DEM。

它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。

4. 数字高程模型的含义：DEM是DTM中最基本的部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。

5. 数字地面模型的特点：（1）易以多种形式显示地形信息；（2）精度不会损失；（3）容易实现自动化、实时化；（4）具有多比例尺特性。

6. 数字高程模型的应用范畴：见课本10页作为国家地理信息的基础数据土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计为军事目的‘军事模拟等)而进行的地表三维显示景观设计与城市规划流水线分析、可视性分析关交通路线的规划与大坝的选址不同地表的统计分析与比较生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀和经流等作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被搜盖数据等，以进行显示与分析为遥感、环境规划中的处理提供数据辅助影像解译、遥感分类将I}If}概念扩充到表示与地表相关的各种属性，如人口、交通、旅行时间等与GI5联合进行空间分析虚拟地理环境第二章数字高程模型的采样理论1.采样的理论背景：推而广之，采样定理同样适用于决定相邻剖面之间的采样间隔，从而得以获取由DEM所表示的地形表面的足够信息。

反之，如果地形剖面的采样间隔是Dx，那么波长小于2Dx的地形信息将完全损失。

2.数据采样策略：（1）沿等高线采样（2）规则格网采样（3）剖面法（4）渐进采样（5）选择性采样（6）混合采样3. 数字高程模型源数据的三大属性：数据的分布、数据密度、数据精度。

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。

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。

三角网数字地面模型及程序实现袁功青（华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640）第一章三角网数字地面模型基本原理及特点1.1 数字地面模型的含义数字地形模型（Digital Terrain Model，简称DTM或“数模”）是一个表示地形特征的、空间分布的、有规则的数字阵列，也就是地表单元平面位置及其地形属性的数字化信息的有序集合。

它是地表2维地理空间位置和其相关的地表属性信息的数字化表现，可表示为：Ａi=Ｆ(ｘi,ｙi)ｉ=1,…,Ｎ（式1-1）式中Ａi是任一平面位置(ｘi,ｙi)的地表特有信息值，一般有：1) 基本地貌信息如高程、坡度、坡向等地貌因子；2) 自然地理环境信息如土壤、植被、气候、地质分布等；3) 自然构筑物如河流、水系等和人工构筑物如公路、铁路、居民地等；4) 社会人文经济信息如人口分布、工农业产值等。

根据不同的Ａi值，其名称也稍有不同，如Ａi为高程时，称为数字高程模型(Digital Height(Elevation) Model, DHM(DEM))；当Ａi为土壤分布时，称为数字土壤模型。

然而，不管怎样，都是对叠加在2维地理位置上的地表属性信息的数字描述，统称为数字地面模型，考虑到它的多样性，一般用DTMs表示。

Ｆ表达了平面位置(ｘi,ｙi)和Ａi 的空间相关关系，从这一意义上讲，DTMs是2.5维的而非3维。

本质上讲，DTMs是对地形表面在地形采样数据基础上的表面重构。

因此，对于一个通用的DTMs系统，一般要经过数据采集、DTM建立和应用模型建立3个步骤，图1.1详细表达了DTMs系统的任务与建立步骤。

图1.1 DTMs系统的建立步骤与任务地表的采样数据是一个无序的数据集合，为便于计算机的管理及应用，需对该数据建立结构化的表达式，即隐式或显式的表达数据之间的拓扑关系，可用散点的形式和网格结构的形式来表达，目前主要是以网格结构的形式来表达。

根据网格结构的不同，有规则网格(矩形、正三角形、正六边形网格等)和非规则网格(三角形、四边形网格等)。