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数字高程模型

数字高程模型

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数字高程模型(Digital Elevation Model),简称DEM,是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数位化模拟(即地形表面形态的数位化表达),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(Digital Terrain Model,简称DTM)的一个分支,其它各种地形特徵值均可由此派生。

一般认为,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DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型,其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。

基本介绍

  • 中文名:数字高程模型
  • 外文名:Digital Elevation Model
  • 简称:DEM
  • 套用:测绘 水文 气象 地质 工程建设
  • 分类:规则格网DEM、TIN、等高线模型

简介

DTM的另外两个分支是各种非地貌特性的以矩阵形式表示的数字模型,包括自然地理要素以及与地面有关的社会经济及人文要 素,如土壤类型、土地利用类型、岩层深度、地价、商业优势区等等。实际上DTM是栅格数 据模型的一种。它与图像的栅格表示形式的区别主要是:图像是用一个点代表整个像元的属 性,而在DTM中,格网的点只表示点的属性,点与点之间的属性可以通过内插计算获得。

建立方法

建立DEM的方法有多种。从数据源及採集方式讲有:(1)直接从地面测量,所涉及的仪器有水平导轨、测针、测针架和相对高程测量板等构件,也可以用GPS、全站仪 、野外测量等高端仪器;(2)根据航空或航天影像,通过摄影测量途径获取,如立体坐标仪观测及空三加密 法、解析测图、数字摄影测量等等;(3)从现有地形图上採集,如格网读点法、数位化仪手扶 跟蹤及扫瞄器半自动採集然后通过内插生成DEM等方法。DEM内插方法很多,主要有整体内插 、分块内插和逐点内插三种。整体内插的拟合模型是由研究区内所有採样点的观测值建立的。分块内插是把参考空间分成若干大小相同的块,对各分块使用不同的函式。逐点内插是以待插点为中心,定义一个局部函式去拟合周围的数据点,数据点的範围随待插位置的变化而变化,因此又称移动拟合法。有规则网路结构和不规则三角网(Triangular Irregular Network, 简称TIN)两种算法。
目前常用的算法是TIN,然后在TIN基础上通过线性和双线性内插建DEM。用规则方格网高程数据记录地表起伏的优点有:(X,Y)位置信息可隐含,无需全部作为原始数据存储由于是规则网高程数据,以后在数据处理方面比较容易。缺点有:数据採集较麻烦,因为格线点不是特徵点,一些微地形可能没有记录。TIN结构数据的优点:能以不同层次的解析度来描述地表形态.与格网数据模型相比,TIN模型在某一特定解析度下能用更少的空间和时间更精确地表示更加複杂的表面.特别当地形包含有大量特徵如断裂线、构造线时,TIN模型能更好地顾及这些特徵。

形式

数字高程模型的数据组织表达形式有多种,其中在土地利用工程中常用的有规则的矩形格网与不规则的三角网两种。
(1)规则矩形格网。规则矩形格网是高斯投影平台上,在z、Y轴方向按等间隔排列的地形点的平面坐标(z,y)及其方程(z)的数据集,其任一点P_{i,j}的平面坐标,可根据该点在DEM中的行列号i,j及存放在该DEM档案基本信息中推算出来。矩形格网DEM的优点是存储量较小,可以压缩存储,便于使用和管理。在农地开发整理中,由于範围较小而且地形变化较小,测算土方量时一般採用方格网法,因此用矩形格网法组成DEM较为适用。
(2)不规则三角网。不规则三角网是用不规则的三角网表示的DEM,通常称DEM或TIN(Triangulated Irregular Network),由于构成TIN的每个点都是原始数据,避免了内插精度损失,所以TIN能较好地估计地貌的特徵点、线,表示複杂地形比矩形格网精确。但是TIN的数据量较大,除存储其三维坐标外还要设网点连线的拓扑关係,一般套用于较大範围航摄测量方式获取数值。

数据来源

数字高程模型的数据来源主要有以下几种途径:
摄影测量、地面测量、已有地形图数位化、已有的DEM库中提取。对于局部的土方工程计算而言,用摄影测量方式获取数据(除非是套用原有资料),显然在经济上是不合算的,已有的DEM库多因格线间距较大,也不合适。因此在实际工作中主要採取套用已有的大比例尺地形图扫描矢量化,或用全站仪、测距仪+电子平板直接测得到测点的三维坐标。

解析度

DEM解析度是DEM刻画地形精确程度的一个重要指标,同时也是决定其使用範围的一个主要的影响因素。DEM的解析度是指DEM最小的单元格的长度。因为DEM是离散的数据,所以(X,Y)坐标其实都是一个一个的小方格,每个小方格上标识出其高程。这个小方格的长度就是DEM的解析度。解析度数值越小,解析度就越高,刻画的地形程度就越精确,同时数据量也呈几何级数增长。所以DEM的製作和选取的时候要依据需要,在精确度和数据量之间做出平衡选择。目前我国已经完成了1:50 000地形图的製作DEM的资料库的建设。

用途

由于DEM描述的是地面高程信息,它在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、 通讯、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的套用。如在工 程建设上,可用于如土方量计算、通视分析等;在防洪减灾方面,DEM是进行水文分析如汇 水区分析、水系网路分析、降雨分析、蓄洪计算、淹没分析等的基础; 在无线通讯上,可用 于蜂窝电话的基站分析等等。

产品案例

全国各省市DEM数据产品是地理国情监测云平台推出的土地资源类数据产品之一。在TIN算法基础上採用线性、双线性内插法建成DEM数据,数据精度30m、90m、1km,数据质量好,可满足用户的特定需求。
数字高程模型
全国各各省市电子高程(渲染)数据产品。

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