DEM數(shù)據(jù)獲取方法PPT課件

1、準(zhǔn)備知識(shí) 數(shù)據(jù)點(diǎn)是建立數(shù)字地面模型的基礎(chǔ)。 有了地面三維信息，就能根據(jù)這些已知信息（X,Y,Z）來(lái)確定地面數(shù)字函數(shù)模型，內(nèi)插出需要的數(shù)據(jù)點(diǎn)。取得一種密集方形格網(wǎng)線結(jié)點(diǎn)處高程值，就能繪制等高線。對(duì)于圖形的數(shù)據(jù)獲取，則是記錄坐標(biāo)、屬性、特征等。獲取的原始數(shù)據(jù)，還要進(jìn)行預(yù)處理。第1頁(yè)/共60頁(yè)DEM數(shù)據(jù)的主要來(lái)源 地形圖 攝影測(cè)量與遙感影像數(shù)據(jù) 地面測(cè)量 既有DEM數(shù)據(jù) 第2頁(yè)/共60頁(yè)地形圖數(shù)據(jù)及其特征 地形圖現(xiàn)勢(shì)性 現(xiàn)勢(shì)性差，但物美價(jià)廉 地形圖存儲(chǔ)介質(zhì) 溫度，濕度等存放環(huán)境會(huì)使地形圖圖幅產(chǎn)生不同程度的變形 地形圖精度 地形圖精度決定地形圖比例尺、等高線密度（由等高距表示）、成圖方法有關(guān) 第3頁(yè)/

2、共60頁(yè)各種不同比例尺的比較工程設(shè)計(jì)的基本用圖，實(shí)地測(cè)量我國(guó)地形圖系列的基本地形圖 第4頁(yè)/共60頁(yè)第5頁(yè)/共60頁(yè)第6頁(yè)/共60頁(yè)攝影測(cè)量/遙感影像數(shù)據(jù)及其特征 現(xiàn)勢(shì)性好：獲取速度快、更新速度快、更新面積大（大范圍DEM數(shù)據(jù)的最有價(jià)值來(lái)源） 相對(duì)精度和絕對(duì)精度低的遙感影像： LandsatMSS、TM傳感器、SPOT 高分辨率遙感圖像：1米分辨率的IKONOS 0.61米QUICKBIRD 第7頁(yè)/共60頁(yè)航空遙感影像數(shù)據(jù)作為DEM數(shù)據(jù)源注意點(diǎn) 遙感影像的幾何畸變 遙感數(shù)據(jù)的增強(qiáng)處理 遙感影像數(shù)據(jù)的空間分辨率 遙感影像數(shù)據(jù)的解譯和判讀 第8頁(yè)/共60頁(yè)地面測(cè)量數(shù)據(jù)及其特征 測(cè)量?jī)x器：全球定位

3、系統(tǒng)（GPS）、全站儀、電子平板或經(jīng)緯儀/測(cè)距儀 測(cè)量要素：方向、距離和高差 （三維坐標(biāo)x、y、z） 用途：公路鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)、房屋建筑、場(chǎng)地平整、礦山、水利等對(duì)高程精度要求較高的工程項(xiàng)目 缺點(diǎn)：工作量大，周期長(zhǎng)、更新十分困難，費(fèi)用較高 第9頁(yè)/共60頁(yè)現(xiàn)存DEM數(shù)據(jù) 覆蓋全國(guó)范圍的1:100萬(wàn)、1:25萬(wàn)、1:5萬(wàn)數(shù)字高程模型 七大江河重點(diǎn)防洪區(qū)的1:1萬(wàn)DEM 省級(jí)1:1萬(wàn)數(shù)字高程模型的建庫(kù)工作也已全面展開(kāi) 第10頁(yè)/共60頁(yè)第11頁(yè)/共60頁(yè)第二節(jié)DEM數(shù)據(jù)采樣理論基礎(chǔ) 第12頁(yè)/共60頁(yè)準(zhǔn)備知識(shí) DEM重點(diǎn)應(yīng)放在數(shù)據(jù)來(lái)源和輸入質(zhì)量的控制上，而不實(shí)學(xué)習(xí)復(fù)雜的內(nèi)插方法 DEM是實(shí)際地形表面的

4、再現(xiàn)，其對(duì)地形表達(dá)（數(shù)字化模擬）的可信程度，很大程度上取決于原始地形采樣點(diǎn)的分布和密度 第13頁(yè)/共60頁(yè)地形曲面幾何特征 理論基礎(chǔ)：地形表面可以劃分成點(diǎn)和線劃分成一系列的單一幾何表面 組成地形表面點(diǎn)和線可以分為兩大類(lèi)：特征要素和非特征要素 第14頁(yè)/共60頁(yè)特征要素包括地形特征點(diǎn)和特征線 特征點(diǎn)：山頂、洼地、鞍部、山腳點(diǎn)、山脊點(diǎn)、山谷點(diǎn)等 特征線：山脊線、山谷線、各種斷裂線（陡坎、海岸線、水涯線等） 第15頁(yè)/共60頁(yè)（實(shí)線為山脊線，虛線為山谷線，三角形表示山頂，小園為鞍部，正方形為方向變化點(diǎn)和坡度變化點(diǎn)） 第16頁(yè)/共60頁(yè) 非特征要素是分布在各個(gè)地形單元上的點(diǎn)和線，是為滿(mǎn)足采樣點(diǎn)密度要求

5、而加測(cè)的點(diǎn)，這些點(diǎn)線主要是用來(lái)輔助地形重建（地形測(cè)圖中的輔助等高線勾繪等） 第17頁(yè)/共60頁(yè) 地形的復(fù)雜程度 采樣點(diǎn)多少要求 地形比較破碎，溝壑交錯(cuò)，這時(shí)宜多布設(shè)一些采樣點(diǎn)，以便能正確反映地形細(xì)部變化特征 地形變化比較均勻平坦，則可在滿(mǎn)足密度要求的條件下，可適當(dāng)減少采樣點(diǎn) 第18頁(yè)/共60頁(yè)第19頁(yè)/共60頁(yè)地形復(fù)雜度表達(dá)方法 常用的判別方法： 光譜頻率法、分?jǐn)?shù)維、地形曲率、相似性、坡度 （李志林 ）第20頁(yè)/共60頁(yè) 坡度是地形復(fù)雜程度的最重要的因子？ 1.通過(guò)坡度可以完整地形成地形曲面 2.坡度是地形曲面函數(shù)一階微分的函數(shù)(高程隨距離變化的比率 ) ,坡度的變率是地形曲面的二階微分 3.

6、區(qū)域DEM高程精度與平均坡度值之間存在強(qiáng)相關(guān) 4.坡度可以表示地表的陡峭方向和大小 第21頁(yè)/共60頁(yè)地貌單元類(lèi)型 DEM數(shù)據(jù)采樣除與地形的幾何特征、復(fù)雜度有關(guān)外，地貌類(lèi)型也對(duì)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布和精度有一定影響 第22頁(yè)/共60頁(yè)行業(yè)地貌類(lèi)型的劃分標(biāo)準(zhǔn) 地貌學(xué) 黃土地貌、風(fēng)成地貌、喀斯特地貌、丹霞地貌 地理學(xué) ：平原、高原、丘陵、低山、高山、極高山 測(cè)繪學(xué) ：地表坡度和高差 黃土地貌樣點(diǎn)要多，而平原地貌精度要高第23頁(yè)/共60頁(yè) 常用的方法：測(cè)繪學(xué)中的坡度和高差 有等高線圖的計(jì)算方法 無(wú)等高線圖：航測(cè) 第24頁(yè)/共60頁(yè) 等高線圖中平均坡度計(jì)算方法PlharctgP為測(cè)區(qū)的面積，為測(cè)區(qū)等高線的長(zhǎng)

7、度，h為等高距 第25頁(yè)/共60頁(yè)平均坡度在測(cè)區(qū)較大或等高距不相等誤差大 解決途徑：統(tǒng)計(jì)回歸方法 基于的思想：地形圖上的地形坡度越大等高線越密，反之，坡度越小等高線越稀 方法：格網(wǎng)劃分研究區(qū)（格網(wǎng)大小取決于應(yīng)用精度要求），計(jì)算各子區(qū)域內(nèi)的等高線總長(zhǎng)度，再根據(jù)回歸分析方法統(tǒng)計(jì)計(jì)算單位面積內(nèi)等高線長(zhǎng)度值與坡度值之間的回歸模型，然后將等高線長(zhǎng)度值轉(zhuǎn)換成坡度值。 第26頁(yè)/共60頁(yè)坡度的計(jì)算坡度的計(jì)算2yx1(1,0)(0,0)(1,1)Z10Z11Z01POQRSYZZZZXZZZZYX22tan22tan10001101010011101sintantanROQOQOPOROPOX12costan

8、sintantanSOQOQOPOSOPOY222tantantanYXT第27頁(yè)/共60頁(yè)第三節(jié)DEM數(shù)據(jù)采樣策略與采樣方法 在何處的點(diǎn)要量測(cè)記錄第28頁(yè)/共60頁(yè)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)源的三大屬性 點(diǎn)分布 （地理坐標(biāo)系統(tǒng)中的經(jīng)緯度或直角坐標(biāo)系統(tǒng)中的東北向坐標(biāo)值 ）第29頁(yè)/共60頁(yè)采樣點(diǎn)的選取采樣點(diǎn)的選取規(guī)則網(wǎng)格采樣：規(guī)則網(wǎng)格采樣：按規(guī)則矩形網(wǎng)格進(jìn)行采樣，按規(guī)則矩形網(wǎng)格進(jìn)行采樣，可直接生成規(guī)則矩形格網(wǎng)的可直接生成規(guī)則矩形格網(wǎng)的DEMDEM數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。漸進(jìn)采樣：漸進(jìn)采樣：根據(jù)地形使采樣點(diǎn)合理分布，根據(jù)地形使采樣點(diǎn)合理分布，即平坦地區(qū)采樣點(diǎn)少，地形復(fù)雜區(qū)采樣點(diǎn)多即平坦地區(qū)采樣點(diǎn)少，地形復(fù)雜區(qū)采樣點(diǎn)多

9、沿等高線采樣：沿等高線采樣：主要用于山區(qū)采樣。主要用于山區(qū)采樣。選擇采樣選擇采樣( (特征鏈狀數(shù)據(jù) ) )：根據(jù)地形特征根據(jù)地形特征進(jìn)行采樣，如沿山脊線、山谷線等進(jìn)行采集。進(jìn)行采樣，如沿山脊線、山谷線等進(jìn)行采集。隨機(jī)采樣：隨機(jī)采樣：隨機(jī)分布采樣點(diǎn)隨機(jī)分布采樣點(diǎn) 混合采樣?；旌喜蓸?。注意：所有采集的數(shù)據(jù)都要按一定注意：所有采集的數(shù)據(jù)都要按一定的空間插值方法轉(zhuǎn)換成點(diǎn)模式格式的空間插值方法轉(zhuǎn)換成點(diǎn)模式格式數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。第30頁(yè)/共60頁(yè)數(shù)據(jù)的密度 高程數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度，是影響數(shù)字高程模型質(zhì)量的主要因素。數(shù)據(jù)點(diǎn)太稀，則數(shù)字模型的精度差，數(shù)據(jù)太密，則增加了數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，增加了處理工作量以及不必要的存儲(chǔ)。第31頁(yè)/共

10、60頁(yè)數(shù)據(jù)的密度 數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度有多種表示方式： 1.相鄰兩點(diǎn)之間的距離：通常采樣間隔以一個(gè)數(shù)字加單位組成（所有采樣點(diǎn)距離的平均值） 2.單位面積內(nèi)點(diǎn)數(shù) 3.截止頻率 4.單位線段上的點(diǎn)數(shù)第32頁(yè)/共60頁(yè) 如何確定數(shù)據(jù)點(diǎn)最佳密度？ 一是用截止頻率方法，對(duì)地形進(jìn)行頻譜分析，地形譜中高頻成分比較豐富時(shí)，即地形比較破碎，坡度變化較大，則要求數(shù)據(jù)點(diǎn)較密；反之，則對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)要求較稀。 二是采用漸近采樣法，即按一定間距采樣時(shí)，取二次曲線代表地面的曲線，用間隔中點(diǎn)的線性?xún)?nèi)插值與二次曲線內(nèi)插值的高程差異來(lái)判斷格網(wǎng)密度是否適當(dāng)。第33頁(yè)/共60頁(yè)數(shù)據(jù)精度數(shù)據(jù)精度 采樣數(shù)據(jù)精度與數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)的采集方法和數(shù)據(jù)采集的儀

11、器密切相關(guān)的 數(shù)據(jù)源： 野外測(cè)量 影像 地形圖掃描 影像:攝影測(cè)量 GPSGPS地形圖無(wú)論是手扶跟蹤數(shù)字化還是地形圖掃描的精度都是比較低的。 第34頁(yè)/共60頁(yè)采樣的布點(diǎn)遵循的原則 沿等高線采樣 ：地形復(fù)雜沿等高線跟蹤的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ;在平坦的地區(qū)，則不宜沿等高線采樣 規(guī)則格網(wǎng)采樣 :規(guī)定X和Y軸方向的間距來(lái)形成平面格網(wǎng)，量測(cè)這些格網(wǎng)點(diǎn)的高程。 剖面法：而在剖面法中，只沿一個(gè)方向即剖面方向上采樣 第35頁(yè)/共60頁(yè)剖面（Profile）第36頁(yè)/共60頁(yè) 漸進(jìn)采樣：平坦的地區(qū)采樣要相對(duì)較少，地形復(fù)雜的地區(qū)要采樣相對(duì)較多 選擇性采樣：根據(jù)地形特征進(jìn)行選擇性的采樣（方法并不常見(jiàn) ） 混合采樣

12、：選擇采樣與規(guī)則格網(wǎng)采樣相結(jié)合或者是選擇采樣與漸進(jìn)采樣相結(jié)合的采樣方法 （數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理與應(yīng)用較復(fù)雜 ） 第37頁(yè)/共60頁(yè)第38頁(yè)/共60頁(yè)DEM數(shù)據(jù)采集方法 地形圖數(shù)據(jù)采集方法 第39頁(yè)/共60頁(yè)手扶跟蹤數(shù)字化操作 在數(shù)字化地圖區(qū)域之外的三個(gè)角上分別選取三個(gè)參照點(diǎn) 確定幾個(gè)控制點(diǎn)并將其數(shù)字化 以點(diǎn)方式或流方式跟蹤采集高程數(shù)據(jù)和平面數(shù)據(jù)。 第40頁(yè)/共60頁(yè)掃描矢量化 掃描過(guò)程：顏色（灰度值）和分辨率（DPI） 矢量化過(guò)程 ：柵格圖像轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù) （矢量化過(guò)程可分為手動(dòng)式、半自動(dòng)式和全自動(dòng)式（暫時(shí)還沒(méi)有）三類(lèi) ） 第41頁(yè)/共60頁(yè)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集方法攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集方法 絕大部分的大比例

13、尺圖（1:5千、1:1萬(wàn)、1:5萬(wàn)）的成圖是采用攝影測(cè)量方法 第42頁(yè)/共60頁(yè)立體像對(duì)法立體像對(duì)法資料來(lái)源于張超主編的地理信息系統(tǒng)教程所配光盤(pán)第43頁(yè)/共60頁(yè)兩類(lèi)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量 全數(shù)字自動(dòng)攝影測(cè)量方法：全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法采用規(guī)則格網(wǎng)采樣，直接形成格網(wǎng)DEM，如果與GPS自動(dòng)空中三角測(cè)量系統(tǒng)集成，則可形成內(nèi)外業(yè)一體的高度自動(dòng)化DEM數(shù)據(jù)采集技術(shù)流程 交互式數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法：交互式數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法增加了人工干預(yù)和編輯的功能，例如對(duì)于特殊地區(qū)的相關(guān)影像，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)相關(guān)和人工交互相結(jié)合的方法，能夠獲得比較可靠的、精度較好的DEM。 第44頁(yè)/共60頁(yè)野外測(cè)量數(shù)據(jù)采集方法野外測(cè)量數(shù)據(jù)采集方法 全站

14、儀與電子手薄 ：設(shè)備成本低 ，但是繁瑣 全站儀與便攜機(jī)相連 ：測(cè)量的結(jié)果直接顯示在屏幕上 注意：測(cè)量前要知道完整的地物編碼系統(tǒng)注意：測(cè)量前要知道完整的地物編碼系統(tǒng) 第45頁(yè)/共60頁(yè)DEMDEM數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進(jìn)展數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進(jìn)展 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量數(shù)據(jù)采集方法 機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)采集 第46頁(yè)/共60頁(yè)DEMDEM數(shù)據(jù)采集方法的對(duì)比分析第47頁(yè)/共60頁(yè)DEM用戶(hù)應(yīng)把重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)來(lái)源和輸入質(zhì)量控制上，而不是學(xué)習(xí)復(fù)雜的內(nèi)插方法 第五節(jié)DEM數(shù)據(jù)采集質(zhì)量控制第48頁(yè)/共60頁(yè)原始數(shù)據(jù)粗差檢測(cè)與剔除 趨勢(shì)面概念：地形表面變化符合一定的自然趨勢(shì)，表現(xiàn)為連續(xù)空間的漸變模型，可用以光滑的曲面來(lái)描述 。

15、原理：某一采樣點(diǎn)的觀測(cè)值和趨勢(shì)面計(jì)算值相差較大時(shí)，該點(diǎn)可能含有粗差，因?yàn)樗x了整體變化趨勢(shì) 第49頁(yè)/共60頁(yè) 某流域降水量的二次多項(xiàng)式趨勢(shì)面 第50頁(yè)/共60頁(yè)三維可視化粗差檢測(cè)技術(shù) 通過(guò)人機(jī)交互的方式可有效的檢測(cè)粗差點(diǎn) 第51頁(yè)/共60頁(yè)基于坡度信息的規(guī)則格網(wǎng)分布數(shù)據(jù)粗差探測(cè)技術(shù) 坡度差計(jì)算 通過(guò)相鄰兩個(gè)網(wǎng)格之間的坡度差確定衡量坡度是否變化一致的閾值 懷疑一點(diǎn) 粗差剔除與數(shù)據(jù)點(diǎn)改正 第52頁(yè)/共60頁(yè)基于高程信息的不規(guī)則分布數(shù)據(jù)粗差探測(cè)方法 第53頁(yè)/共60頁(yè)DEM數(shù)據(jù)共享和利用 第五節(jié)各個(gè)國(guó)家、地區(qū)和組織紛紛制定了相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享原則和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也適時(shí)頒布了我國(guó)DEM數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn) 第54頁(yè)/共60頁(yè)我國(guó)DEMDEM數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn) DEMs數(shù)據(jù)體采取從北到南，從西到東的順序，并以ASCII碼的方式存儲(chǔ)。 文件頭分兩類(lèi)數(shù)據(jù)：一類(lèi)是基本的必須的數(shù)據(jù)，一類(lèi)是擴(kuò)充的附加信息 第55頁(yè)/共60頁(yè)我國(guó)不同比例尺DEMDEM特點(diǎn) 1: