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1、数字高程模型数字高程模型第1页，此课件共26页哦主要内容主要内容n n数字高程模型的概念数字高程模型的概念n nDEMDEM的表示方法的表示方法n nDEM的主要表示模型的主要表示模型n nDEMDEM的系统结构的系统结构n nDEM的特点的特点n nDEMDEM的数据获取及预处理的数据获取及预处理n nDEMDEM数据设计一般遵循以下的基本原则数据设计一般遵循以下的基本原则n nDEMDEM质量评价标准质量评价标准n nDEM的应用的应用n nDEMDEM与DTMDTM第2页，此课件共26页哦第3页，此课件共26页哦1、数字高程模型的基本概念、数字高程模型的基本概念n n数字高程模型(Dig
2、ital Elevation Model),(Digital Elevation Model),简称简称DEM。它是。它是用一组有序数值阵列形式表示地用一组有序数值阵列形式表示地 面高程的一种实体面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model(Digital Terrain Model，简，简称称DTM)DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。一般认为一般认为,DTM,DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子 在内的线性和非线性组合的空间分布，其中
3、DEMDEM是零阶单纯的单项数是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡字地貌模型，其他如坡 度、坡向及坡度变化率等地貌特度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在性可在DEMDEM的基础上派生。的基础上派生。第4页，此课件共26页哦n n数字高程模型的定义为：数字高程模型是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟模型化表达和过程模拟，Digital Elevation ModelDigital Elevation Model，简称，简称DEMDEM。简单地说，空间起伏连续变化现象的数字化表示和简单地说，空间起伏连续变化现象的数字化表示和分析工具的集合。分析
4、工具的集合。狭义DEMDEM：是区域地表面海拔高程的数字化表达地表；广义广义DEMDEM：是地理空间中地理对象表面海拔高度：是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达的数字化表达-对象表面，具有更大的包容性，如海底DEMDEM，大气等压面，大气等压面DEM等。等。第5页，此课件共26页哦2、DEM的表示方法的表示方法第6页，此课件共26页哦DEM表示方法表示方法n n数字高程模型的表达方法主要分两大类：数字高程模型的表达方法主要分两大类：n n(1)数学函数法。数学函数法。n n(2)图形图像法。图形图像法。第7页，此课件共26页哦n n数学方法数学方法n n用数学方法来表达，可以采用用数学
5、方法来表达，可以采用整体整体拟合合方法，方法，即根据区域所有的高程点数据，用傅立叶即根据区域所有的高程点数据，用傅立叶级数数和高次多和高次多项式式拟合合统一的地面高程曲面一的地面高程曲面n n也可用也可用局部局部拟合合方法，将地表复方法，将地表复杂表面分成正表面分成正方形方形规则区域或面区域或面积大致相等的不大致相等的不规则区域区域进行分行分块搜索，根据有限个点搜索，根据有限个点进行行拟合形成高程合形成高程曲面曲面第8页，此课件共26页哦n n图形方法形方法n n线线模式：模式：模式：模式：等高等高等高等高线线是表示地形最常是表示地形最常是表示地形最常是表示地形最常见见的形式。其它的地形特征的
6、形式。其它的地形特征的形式。其它的地形特征的形式。其它的地形特征线线也是表达地面高程的重要信息源，如山脊也是表达地面高程的重要信息源，如山脊也是表达地面高程的重要信息源，如山脊也是表达地面高程的重要信息源，如山脊线线、谷底、谷底、谷底、谷底线线、海岸、海岸、海岸、海岸线线及坡度及坡度及坡度及坡度变换线变换线等。等。等。等。n n点模式：点模式：点模式：点模式：用离散采用离散采用离散采用离散采样样数据点建立数据点建立数据点建立数据点建立DEMDEM是是是是DEMDEM建立常用的方法之建立常用的方法之建立常用的方法之建立常用的方法之一。数据采一。数据采一。数据采一。数据采样样可以按可以按可以按可以
7、按规则规则格网采格网采格网采格网采样样，可以是密度一致的或不一致，可以是密度一致的或不一致，可以是密度一致的或不一致，可以是密度一致的或不一致的；可以是不的；可以是不的；可以是不的；可以是不规则规则采采采采样样，如不，如不，如不，如不规则规则三角网、三角网、三角网、三角网、邻邻近网模型等；也可近网模型等；也可近网模型等；也可近网模型等；也可以有以有以有以有选择选择性地采性地采性地采性地采样样，采集山峰、洼坑、隘口、，采集山峰、洼坑、隘口、，采集山峰、洼坑、隘口、，采集山峰、洼坑、隘口、边边界等重要特征点。界等重要特征点。界等重要特征点。界等重要特征点。第9页，此课件共26页哦3、DEM的主要表
8、示模型的主要表示模型3.1 规则格网模型规则格网模型3.2 不规则三角网（不规则三角网（TIN）模型）模型3.3 等高线模型等高线模型3.4 层次模型层次模型第10页，此课件共26页哦第11页，此课件共26页哦第12页，此课件共26页哦不规则三角网不规则三角网TIN第13页，此课件共26页哦等高线等高线等高线等高线等高线和相应的自由树等高线和相应的自由树第14页，此课件共26页哦4、DEM的系统结构的系统结构n n数字高程模型的理论和技术由数据采集、数据处理和数字高程模型的理论和技术由数据采集、数据处理和数字高程模型的理论和技术由数据采集、数据处理和数字高程模型的理论和技术由数据采集、数据处理
9、和应用三部分组成。这三部分根据功能又可划分为五个应用三部分组成。这三部分根据功能又可划分为五个应用三部分组成。这三部分根据功能又可划分为五个应用三部分组成。这三部分根据功能又可划分为五个功能模块：功能模块：功能模块：功能模块：（1 1）DEMDEM的建立的建立的建立的建立（2）DEMDEM模型操作模型操作模型操作模型操作（3）DEMDEM分析分析分析分析（4）DEMDEM可视化可视化（5）DEMDEM应用应用 各个功能模块之间的数据流不是单向的，是相互流各个功能模块之间的数据流不是单向的，是相互流动的。动的。第15页，此课件共26页哦5、数字高程模型的特点、数字高程模型的特点 n n与传统的模
10、拟数据如等高线地形图相比，与传统的模拟数据如等高线地形图相比，有如下特点：有如下特点：（1）精度的恒定性）精度的恒定性（2）表达的多样性）表达的多样性（3）更新的是实时性）更新的是实时性（4）尺度的综合性）尺度的综合性第16页，此课件共26页哦6、DEM的数据获取的数据获取第17页，此课件共26页哦数据的预处理数据的预处理第18页，此课件共26页哦7、DEM数据设计一般遵循以下的基本数据设计一般遵循以下的基本原则：原则：适用性，满足主要用户的需求，并充分兼顾潜在用户的需求；适用性，满足主要用户的需求，并充分兼顾潜在用户的需求；适用性，满足主要用户的需求，并充分兼顾潜在用户的需求；适用性，满足主
11、要用户的需求，并充分兼顾潜在用户的需求；运行性，快速显示和查询，保持正常运行，可以及时提供数据产品运行性，快速显示和查询，保持正常运行，可以及时提供数据产品运行性，快速显示和查询，保持正常运行，可以及时提供数据产品运行性，快速显示和查询，保持正常运行，可以及时提供数据产品更新性，能对数据库中的数据进行增加、修改和删除，方便地扩充和进行数据更新；更新性，能对数据库中的数据进行增加、修改和删除，方便地扩充和进行数据更新；更新性，能对数据库中的数据进行增加、修改和删除，方便地扩充和进行数据更新；更新性，能对数据库中的数据进行增加、修改和删除，方便地扩充和进行数据更新；相关性，保证与其他基础地理信息产
12、品的相关性，使数据库在数学基础、坐相关性，保证与其他基础地理信息产品的相关性，使数据库在数学基础、坐相关性，保证与其他基础地理信息产品的相关性，使数据库在数学基础、坐相关性，保证与其他基础地理信息产品的相关性，使数据库在数学基础、坐标系统以及产品一致性方面相关；标系统以及产品一致性方面相关；标系统以及产品一致性方面相关；标系统以及产品一致性方面相关；相容性，与其他类型数据库系统兼容，可以共享或相互交换数据；相容性，与其他类型数据库系统兼容，可以共享或相互交换数据；相容性，与其他类型数据库系统兼容，可以共享或相互交换数据；相容性，与其他类型数据库系统兼容，可以共享或相互交换数据；先进性，采用科学
13、的技术手段，使系统保持一定的先进性；先进性，采用科学的技术手段，使系统保持一定的先进性；先进性，采用科学的技术手段，使系统保持一定的先进性；先进性，采用科学的技术手段，使系统保持一定的先进性；高质量，与原始资料一致，数据质量可靠，数据标准、规范；高质量，与原始资料一致，数据质量可靠，数据标准、规范；高质量，与原始资料一致，数据质量可靠，数据标准、规范；高质量，与原始资料一致，数据质量可靠，数据标准、规范；完备性，除了基本的数据体外，有完备的元数据内容；完备性，除了基本的数据体外，有完备的元数据内容；完备性，除了基本的数据体外，有完备的元数据内容；完备性，除了基本的数据体外，有完备的元数据内容；
14、安全性，有严密的权限控制机制。安全性，有严密的权限控制机制。安全性，有严密的权限控制机制。安全性，有严密的权限控制机制。第19页，此课件共26页哦8、DEM的质量评价标准的质量评价标准n n2.DEM 质量评价标准1）保凸性2）逼真性3）光滑性第20页，此课件共26页哦n n三方面相互独立又相互影响：三方面相互独立又相互影响：曲面的逼真性与保凸性有关，保凸性显然会影响曲面的逼真性与保凸性有关，保凸性显然会影响曲面的整体逼近性；曲面的整体逼近性；而保凸性和光滑性常常矛盾，一个光滑性很好的而保凸性和光滑性常常矛盾，一个光滑性很好的逼近面可能保凸性较差。逼近面可能保凸性较差。不同的应用领域对这些要求
15、的重视程度也不一致，例不同的应用领域对这些要求的重视程度也不一致，例如实际地形曲面一般是比较粗糙的，如实际地形曲面一般是比较粗糙的，DEM 应首先满足应首先满足保凸性和逼真性，而对于飞机、汽车等制造业而言，保凸性和逼真性，而对于飞机、汽车等制造业而言，首先考虑的却是光滑性。首先考虑的却是光滑性。第21页，此课件共26页哦9、DEM的应用的应用9.1科学研究应用科学研究应用n n区域、全球气候变化研究区域、全球气候变化研究 n n水资源、野生动植物分布水资源、野生动植物分布n n地质、水文模型地质、水文模型n n地理信息系统地理信息系统n n地形地貌分析地形地貌分析n n土地分类、土地利用、土地
16、覆盖变化、监土地分类、土地利用、土地覆盖变化、监测等测等第22页，此课件共26页哦9.29.2商业应用商业应用商业应用商业应用 数字高程模型的应用是面向用户的，因此数字高程模型的应用是面向用户的，因此数字高程模型的应用是面向用户的，因此数字高程模型的应用是面向用户的，因此DEMDEM的商业价的商业价的商业价的商业价值在于值在于值在于值在于DEMDEM产品与产品与产品与产品与DEMDEM派生产品的生产和分发。派生产品的生产和分发。派生产品的生产和分发。派生产品的生产和分发。DEMDEM的商业的商业的商业的商业市场可分为两类：直接提供市场可分为两类：直接提供市场可分为两类：直接提供市场可分为两类：
17、直接提供DEMDEM数据而不进行增值服务和用户数据而不进行增值服务和用户数据而不进行增值服务和用户数据而不进行增值服务和用户需要增值服务。主要行业有：需要增值服务。主要行业有：需要增值服务。主要行业有：需要增值服务。主要行业有：n n电信电信电信电信n n交通管理与导航交通管理与导航交通管理与导航交通管理与导航n n资源规划管理与建设资源规划管理与建设资源规划管理与建设资源规划管理与建设 n n地质勘探地质勘探地质勘探地质勘探n n水文和气象服务水文和气象服务水文和气象服务水文和气象服务n n遥感、测绘遥感、测绘遥感、测绘遥感、测绘n n多媒体应用和电子游戏多媒体应用和电子游戏多媒体应用和电子
18、游戏多媒体应用和电子游戏第23页，此课件共26页哦n n9.39.3 工业、工程应用工业、工程应用工业、工程应用工业、工程应用 主要用于进行各种辅助决策和设计，以提高服务、设计质量等，主要用于进行各种辅助决策和设计，以提高服务、设计质量等，主要用于进行各种辅助决策和设计，以提高服务、设计质量等，主要用于进行各种辅助决策和设计，以提高服务、设计质量等，获取更大的经济效益，主要部门有：电信、导航、航空、采矿业、获取更大的经济效益，主要部门有：电信、导航、航空、采矿业、获取更大的经济效益，主要部门有：电信、导航、航空、采矿业、获取更大的经济效益，主要部门有：电信、导航、航空、采矿业、旅游业以及各种工
19、程建设如公路、铁路、水利等部门。旅游业以及各种工程建设如公路、铁路、水利等部门。旅游业以及各种工程建设如公路、铁路、水利等部门。旅游业以及各种工程建设如公路、铁路、水利等部门。9.4 9.4 管理应用管理应用管理应用管理应用 地理信息贯穿于政府职能部门的管理规划等各个层面，对于地理信息贯穿于政府职能部门的管理规划等各个层面，对于地理信息贯穿于政府职能部门的管理规划等各个层面，对于地理信息贯穿于政府职能部门的管理规划等各个层面，对于DEMDEM而言，主要有自然资源管理、区域规划、环境保护、减灾防灾、而言，主要有自然资源管理、区域规划、环境保护、减灾防灾、而言，主要有自然资源管理、区域规划、环境保
20、护、减灾防灾、而言，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入保险、公农业、森林、水土保持以及与安全相关的各种应用入保险、公农业、森林、水土保持以及与安全相关的各种应用入保险、公农业、森林、水土保持以及与安全相关的各种应用入保险、公共卫生等领域。共卫生等领域。共卫生等领域。共卫生等领域。9.5 9.5 军事应用军事应用军事应用军事应用 虚拟战场、战场地形环境模拟、制作作战地图、军事工程、基于虚拟战场、战场地形环境模拟、制作作战地图、军事工程、基于虚拟战场、战场地形环境模拟、制作作战地图、军事工程、基于虚拟战场、战场地形环境模拟、制作作战地图
21、、军事工程、基于地形匹配的引导技术等。地形匹配的引导技术等。地形匹配的引导技术等。地形匹配的引导技术等。第24页，此课件共26页哦10、DEM与与DTM的比较的比较DTM和和DEM 数字地形模型数字地形模型(Digital Terrain Model，简称简称DTM)，是在空间数据库中存储并管理，是在空间数据库中存储并管理的空间地形数据集合的统称。是带有空间的空间地形数据集合的统称。是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。位置特征和地形属性特征的数字描述。数字高程模型数字高程模型（Digital Elevation Model，简称，简称 DEM）是给二维的点、线、）是给二维的点、线、面赋予特殊的属性：高程，使其变为三维面赋予特殊的属性：高程，使其变为三维的表面模型。的表面模型。第25页，此课件共26页哦DEM和和DTM的关系：的关系：n nDEM是DTM的子集，是DTM最基本的部分；n n20世纪60年代出现了地理信息系统的概念，其含义包括了DTM，在概念上取代了DTM。n nDTM提出后，其实际发展和应用中的内涵还主要局限于DEM，故二者的名称混淆使用，主要表示的都是DEM的概念。第26页，此课件共26页哦