数字地面模型的建立与应用PPT推荐.ppt

1、一是数字地面模型的数据来源主要有两个方面：一是直接取自直接取自地形表面地形表面，二是间接取自，二是间接取自地形表面的模拟模型地形表面的模拟模型。根据数据获。根据数据获取的方法不同，数据来源可分为以下几种：取的方法不同，数据来源可分为以下几种：1、野外实地测量。即在实地直接测量地面点的平面位置和高、野外实地测量。即在实地直接测量地面点的平面位置和高程。一般使用全站仪、程。一般使用全站仪、GPS和和电子速测仪电子速测仪进行观测。进行观测。一、一、DEM数据点的采集方式数据点的采集方式2、由现有地形图上采集。利用数字化仪对已有地形图上的信、由现有地形图上采集。利用数字化仪对已有地形图上的信息（等高线

2、，地形线等）进行数字化方法。常用的数字化仪息（等高线，地形线等）进行数字化方法。常用的数字化仪有：手扶跟踪数字化仪、扫描数字化仪和半自动跟踪数字化有：手扶跟踪数字化仪、扫描数字化仪和半自动跟踪数字化仪。仪。手扶跟踪数字化手扶跟踪数字化：利用数字化仪将地图上的空间实体进行离：利用数字化仪将地图上的空间实体进行离散化采点。数字化仪是通过串口与计算机相联的，它可以设散化采点。数字化仪是通过串口与计算机相联的，它可以设置一系列参数（包括通信参数和数字化仪操作参数）以保证置一系列参数（包括通信参数和数字化仪操作参数）以保证数据录入的准确性和精度。数字化仪的主要工作部分就是数据录入的准确性和精度。数字化仪

3、的主要工作部分就是面面板板和和游标游标。500 6573.25 358.55573.80 357.45575.55 356.50578.10 355.95579.67 356.63580.00 358.38400 11571.20 358.40571.83 356.85573.15 355.92575.15 355.45577.05 354.77580.08 353.60582.85 352.77584.60 354.17584.42 356.13582.83 357.08582.00 358.353、由遥感系统直接测得。如航空和航天飞行器搭载雷达、由遥感系统直接测得。如航空和航天飞行器搭载雷

4、达和激光测高仪获得的数据。（和激光测高仪获得的数据。（LIDAR）4 4、数字摄影测量数字摄影测量方法是方法是DEMDEM数据点采集最常用的方法。可利数据点采集最常用的方法。可利用数字摄影测量系统，进行半自动或全自动的数据采集。用数字摄影测量系统，进行半自动或全自动的数据采集。3.DEM3.DEM数据预处理数据预处理u 数据格式的转换u 坐标系统的变换u 数据的编辑u 栅格数据的矢量化转换u 数据分块（1）格式转换 采集的软、硬件系统各不相同，因而数据的格式可能也不相同。常用的代码有ASCII码、BCD码及二进制码。每一记录的各项内容及每项内容的类型位数也可能各不相同，要根据DEM内插软件的要

5、求，将各种数据转换成该软件所要求的数据格式。（2）坐标系转换 若采集的数据不是出于地面坐标系，则应转化为地面坐标系。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 将采集的数据用图形方式显示在计算机屏幕上，作业人员根据图形交互式剔除错误的、过密的与重复的点，发现某些需要补测的区域并进行补测，对断面扫描数据，还要进行扫描的系统误差改正。3.DEM3.DEM数据预处理数据预处理（4）栅格数据转化为矢量数据 由地图扫描数字化仪获取的地图扫描影像是一灰度阵列，首先经过二值化处理，在经过滤波或形态处理，并进行边缘跟踪，获得等高线上顺序排列的点坐标，即矢量数据，供以后建立DEM使用。（5

6、）数据分块 由于采集方式不同，数据的排列顺序也不同，例如等高线数据是按各条等高线采集的先后顺序排列的。但是在内插DEM时，待定点常常只与其周围的数据有关，为了能迅速在大量数据中查找所需要的数据点，必须将其进行分块。分块方法是先将整个区域分成等间隔的格网，然后将数据按格网分成不同的类。3.DEM3.DEM数据预处理数据预处理第三节第三节数字高程模型的内插方法数字高程模型的内插方法摄影测量学第七章摄影测量学第七章n线性内插方法线性内插方法n移动曲面内插方法移动曲面内插方法n双线性多项式内插方法双线性多项式内插方法n多面函数内插方法多面函数内插方法主要内容主要内容 概述概述 DEM内插就是根据参考点

7、上的高程求出其它特定点的高程。内插特点：（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振荡（2）地形表面既有连续光滑的特性，又可能有由于自然力或人为地原因产生地形的不连续。（3）由于计算机内存的限制，不可能同时对很大的范围进行内插数字地面模型。综合上述三个特点：一般讲测区或图幅划分成较小的计算单元，采用局部函数内插方法，并在内插中兼顾一般数据点和地形特征点、线，并且根据数据点采集的不同方法采取相应的内插方法。一一 线性内插线性内插 线性内插即使用最靠近的三个数据点，其高程的观测值为Z1、Z2、Z3，可确定一个平面，从而求出一个新的高程

8、Zp（其平面坐标为X、Y）：Zp=a0+a1X+a2Y参数a0、a1、a2 由三个数据点组成的线性方程组求出。线性内插法主要用于根据格网点和注记点，断裂线点高程内插等高线点及三角形网眼的有限元内插法中。二二 移动曲面拟合法移动曲面拟合法 u整体函数内插 u局部函数内插 u逐点内插法 它是一个以待求点为中心的逐点内插法，它定义一个新的局部函数去拟合周围的数据点，进而求出待定点的高程。通常是将坐标原点移到待定点上，而采用的数据点应落在半径R的圆内。建立局部坐标2.移动曲面拟合法步骤移动曲面拟合法步骤对DEM每一个格网点，将坐标原点移至该DEM格网点P（Xp，Yp）列出误差方程式选取邻近数据点 Px

9、yd i误差方程式由n个数据点列出的误差方程为 内插参数解算计算每一数据点的权 l法化求解 系数F是待定点内插高程值ZP除满足n6，保证各象限都有数据点，当地形起伏较大时，半径R不能取很大当数据点较稀或分布不均匀时，可能产生很大的误差 3.3.注意事项注意事项 由于每个内插点所选用的数据点不同，所以内插曲面是不连续的。因此移动曲面拟合法一般不用于内插通用的数字高程模型，但由于其计算机量很小，它仍然能用来处理一些特殊的任务。例如，当直接沿等高线采集了数据点后，欲从中计算出格网点的高程，并用于正射像片的制作，则可以采用这种方法。根据最近的根据最近的4 4个数据点，确定一个双线性多项式：个数据点，确

10、定一个双线性多项式：或用矩阵形式表示为：利用利用4 4个已知点求出个已知点求出4 4个系数，个系数，再由求出的系数和待定点的平面坐标（再由求出的系数和待定点的平面坐标（X,YX,Y）内插出该点的内插出该点的高程。高程。三三 双线性多项式内插双线性多项式内插（627.00,570.00）（627.00,580.00）（637.00,570.00）（637.00,580.00）2、双三次多项式内插、双三次多项式内插1234567813245678三三 多面函数法多面函数法DEMDEM内插内插“任何一个圆滑的数学表面总是可以用一系列有规则的数学表面的总和，以任意的精度进行逼近。”也就是一个数学表面上

11、某点（X，Y）处高程Z的表达式为:1.1.核函数核函数选其中n个为核函数的中心点各数据点应满足 i=1,2m2.误差方程 3.法化求解得4.任意一点上的高程m=n 全部数据点取为核函数的中心 5.5.多面函数法解算多面函数法解算主要包含两个步骤主要包含两个步骤：利用DEM的矩形或方格网点的高程，内插出格网边上的等高线点的位置，并将这些等高线点按顺序排列。利用这些等高线点的平面坐标进一步加密等高线，并绘制成光滑的曲线。15014016015015215415615815215415615810m等高线的自动绘制等高线的自动绘制 等高线的绘制（基于矩形格网）等高线的绘制（基于矩形格网）第四节第四节

12、DEMDEM的存储管理的存储管理1.DEM1.DEM的存贮管理的存贮管理 1.1.DEMDEM数据文件的存贮数据文件的存贮 2 2.地形数据库地形数据库文件头+各格网点的高程整型量存贮3.DEM3.DEM数据的压缩数据的压缩将高程数据减去一常数Z0 差分映射相邻数据间的增量，数据范围较小，可以利用一个字节存贮一个数据，当差分的绝对值大于127时，将该数据之前的数据作为一个游程，差分游程法差分游程法（增量游程法增量游程法）-128-127小模块差分法（小模块增量法）将DEM分成较大的格网小模块，每一模块包含5 X 5或10 X 10个DEM格网17 18 19 20 2116 5672215 4

13、182314 3292413 12 11 10 25螺旋型21 22 23 24 2520 19 18 17 1611 12 13 14 1510 987612345往返型 压缩编码 u用位数（bit）最短的码表示出现概率最大的数u概率较小数用位数较长的码表示数据的平均最小位数可用信息论中熵的定义计算 4.DEM4.DEM数据的管理数据的管理 若DEM以图幅为单位存储，每一个存储单位可能由多个模型拼接而成，因而要建立一套管理软件，以完成DEM按图幅为单位的存储、接边及更新工作。对每一图幅可建立一管理数据文件，记录每一DEM格网或小模块的数据录入状况。第五节第五节数字高程模型的应用数字高程模型的应用数字高程模型的应用数字高程模型的应用（一）地形剖面的面积计算和体积计算（二）地面坡度计算（三）由DEM求真实的地表面积（四）