數(shù)字高程模型期末考試題

xxx公司文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度1.什么是DEM，DEM的特點(diǎn)DEM定義：簡(jiǎn)單來(lái)講，DEM是通過(guò)有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地形曲面的數(shù)字化模擬，或者說(shuō)是地形表面形態(tài)的數(shù)字化表示。①?gòu)莫M義角度定義：DEM是區(qū)域地表面海拔的數(shù)字化表達(dá)。②從廣義角度定義：DEM四地理空間中地理對(duì)象表面海拔的數(shù)字化表達(dá)。③數(shù)字定義：區(qū)域的采樣點(diǎn)或內(nèi)插點(diǎn)按某種規(guī)則連接成的面片的集合。DEM特點(diǎn)：①精度的恒定性DEM采用數(shù)字媒介，從而能保持原有精度，另外通過(guò)DEM進(jìn)行生產(chǎn)，輸出圖件的精度可得到控制。②表達(dá)的多樣性可產(chǎn)生多種比例尺的地形圖、剖面圖、立體圖、明暗等高線圖；通過(guò)紋理映射、與遙感影像數(shù)據(jù)疊加，還可逼真的再現(xiàn)三維地形景觀。③更新的實(shí)時(shí)性DEM由于是數(shù)字的，增加或修改的信息只在局部進(jìn)行，并且由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，可保證地圖信息的實(shí)時(shí)性。④尺度的綜合性較大比例尺、較高分辨率的DEM自動(dòng)覆蓋較小比例尺、較低分辨率的DEM所包含的內(nèi)容。2.DEM研究?jī)?nèi)容①地形數(shù)據(jù)采樣②地形建模與內(nèi)插③數(shù)據(jù)組織與管理④地形分析與地學(xué)應(yīng)用⑤DEM可視化⑥不確定性分析和表達(dá)3.格網(wǎng)DEM結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)據(jù)組織形式①基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)頭——定義DEM西南角起點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)類型、格網(wǎng)間距、行列數(shù)、最底高程以及高程方法系數(shù)等內(nèi)容

數(shù)據(jù)體——按行或列分布記錄的高程數(shù)字陣列②數(shù)據(jù)壓縮

：二進(jìn)制存儲(chǔ)

高程放大系數(shù)、高程平移系數(shù)

數(shù)字圖象壓縮算法

③DEM金字塔4.DEM組成部分，簡(jiǎn)述每部分的內(nèi)容。①DEM建立地形高程數(shù)據(jù)通過(guò)地形圖數(shù)字化、影像數(shù)據(jù)、野外（地面測(cè)量）等方式獲取。實(shí)現(xiàn)地形表面的重建，主要的地形表達(dá)有三類：數(shù)學(xué)描述、圖形表達(dá)、圖像表達(dá)。②DEM操作：DEM操作內(nèi)容包括編輯處理、濾波、合并、拼接、疊加以及不同格式DEM之間的相互轉(zhuǎn)換。③DEM分析：基本地形信息主要包括坡度、坡向、地表粗糙度、地形起伏度、剖面曲率、平面曲率等地形描述因子；復(fù)雜地形分析包括可視區(qū)域分析、地形特征提取、水系特征分析等。④DEM可視化從內(nèi)容上講，DEM可視化包括二維和三維地形可視化。從技術(shù)角度，地形可視化有靜態(tài)可視化和交互是動(dòng)態(tài)可視化兩種。⑤DEM應(yīng)用高程內(nèi)插、擬合曲面內(nèi)插、剖面線計(jì)算、等高線內(nèi)插、可視區(qū)域分析、面積體積計(jì)算、坡度坡向曲率計(jì)算、暈渲圖5.對(duì)比分析格網(wǎng)DEM和TIN優(yōu)缺點(diǎn)規(guī)則格網(wǎng)DEM不規(guī)則三角網(wǎng)TIN優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與遙感影像數(shù)據(jù)的相合性良好的表面分析功能優(yōu)點(diǎn)：較少的點(diǎn)可獲取較高的精度可變分辨率良好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：計(jì)算效率較低數(shù)據(jù)同于格網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)則缺點(diǎn)：表面分析能力較差構(gòu)建比較費(fèi)時(shí)算法設(shè)計(jì)比較復(fù)雜6.常用的DEM結(jié)構(gòu)，各有什么特點(diǎn)①規(guī)則格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單矩陣結(jié)構(gòu)B.行程編碼結(jié)構(gòu)D四叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C.塊狀編碼結(jié)構(gòu)塊狀編碼方案是行程編碼方案從一維擴(kuò)展到二維的情況，它采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由記錄單元的初始位置、格網(wǎng)單元高程值和方形區(qū)域半徑所組成的單元組，即行號(hào)、列號(hào)、格網(wǎng)高程值、區(qū)域半徑。整個(gè)DEM數(shù)據(jù)文件由該單元組組成。根據(jù)初始位置和區(qū)域半徑可恢復(fù)高程矩陣。②不規(guī)則三角網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在TIN模型中，基本的結(jié)構(gòu)元素有______、_______、_________。TIN的面結(jié)構(gòu)：TIN的面結(jié)構(gòu)一般由三個(gè)表組成，即坐標(biāo)表、三角形頂點(diǎn)表以及鄰接三角形表。特點(diǎn)：由于存儲(chǔ)了三角形之間的鄰接關(guān)系，TIN內(nèi)插、檢索、等高線提取、顯示以及局部結(jié)構(gòu)分析都比較方便，不足之處是存儲(chǔ)量較大，且在TIN的編輯中要隨時(shí)維護(hù)這種關(guān)系。B.TIN的點(diǎn)結(jié)構(gòu)：TIN的點(diǎn)結(jié)構(gòu)由坐標(biāo)文件和三角形頂點(diǎn)的鄰接指針鏈組成。三角形頂點(diǎn)的鄰接點(diǎn)是指共用該頂點(diǎn)的所有三角形其余兩頂點(diǎn)的不重復(fù)頂點(diǎn)的集合。特點(diǎn)：存儲(chǔ)量小，編輯方便，但三角形及其鄰接關(guān)系需實(shí)時(shí)再生成，計(jì)算量較大，不利于TIN的快速檢索和顯示。C.TIN的點(diǎn)面結(jié)構(gòu)：在點(diǎn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加組成三角形三頂點(diǎn)的數(shù)表。特點(diǎn)：存儲(chǔ)量與面結(jié)構(gòu)大致相當(dāng)，編輯、顯示比較方便，但由于三角形間的關(guān)系是隱含的，檢索與內(nèi)插效率不太高。D.TIN的邊結(jié)構(gòu)：從組成整個(gè)TIN模型的所有三角形中，抽取其不重復(fù)邊集所組成，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由邊的兩個(gè)頂點(diǎn)以及與之關(guān)聯(lián)的兩條邊表達(dá)。特點(diǎn)：存儲(chǔ)量較小，適合等高線的提取，但編輯、內(nèi)插以及檢索不方便。E.TIN的邊面結(jié)構(gòu)：重點(diǎn)在于刻畫(huà)三角形邊和三角形面之間的拓?fù)潢P(guān)系，一般由邊表和鄰接三角形表組成。特點(diǎn)：存儲(chǔ)量最大，在等高線的提取和檢索方面比較方便，但不利于動(dòng)態(tài)更新和維護(hù)。③格網(wǎng)與不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)主要針對(duì)在已有的Grid基礎(chǔ)上增加地形特征線和特殊范圍線的情況。7.DEM數(shù)據(jù)源及其特點(diǎn)①地形圖數(shù)據(jù)及其特征地形圖主要通過(guò)等高線來(lái)表達(dá)地物高度和地形起伏。已有地形圖數(shù)據(jù)由于覆蓋范圍廣、比例尺系列齊全、獲取較為經(jīng)濟(jì)等而成為各種尺度DEM建立的主要數(shù)據(jù)源。特點(diǎn)：a地形圖現(xiàn)勢(shì)性：紙質(zhì)地形圖制作工藝復(fù)雜，更新周期比較長(zhǎng)，一般不能及時(shí)反映局部地形地貌的變化情況。b地形圖存儲(chǔ)介質(zhì)：傳統(tǒng)地形圖多為紙質(zhì)存儲(chǔ)介質(zhì)，存放環(huán)境導(dǎo)致地形圖圖幅產(chǎn)生不同程度的變形。c地形圖精度：地形圖精度決定著地形圖對(duì)實(shí)際地形表達(dá)的可信度，與地形圖比例尺、等高線密度、成圖方法有關(guān)。其中1:5萬(wàn)地形圖是我國(guó)地形圖系列的基本地形圖。②攝影測(cè)量/遙感影像數(shù)據(jù)及其特征航空影像的更新速度快，一直是地形圖測(cè)繪和更新最有效、也是最主要的手段，也是快速獲取大范圍DEM數(shù)據(jù)的一種有效方法。近年來(lái)出現(xiàn)的高分辨率遙感圖像、合唱孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)、機(jī)載激光掃描儀等新型傳感器數(shù)據(jù)被認(rèn)為是快速獲取高精度高分辨率DEM最有希望的數(shù)據(jù)源。特點(diǎn)：a遙感影像的幾何畸變，在使用前要對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正處理。b遙感數(shù)據(jù)的增強(qiáng)處理，以擴(kuò)大不同地物影像的灰度差。c遙感影像數(shù)據(jù)的空間分辨率。d遙感影像數(shù)據(jù)的解譯和判讀。③地面測(cè)量數(shù)據(jù)及其特征可采用地面攝影測(cè)量在地面攝取立體像對(duì)，通過(guò)近景攝影測(cè)量方法獲得小區(qū)域的DEM。特點(diǎn)：工作量大，周期長(zhǎng)，更新十分困難，費(fèi)用較高，一般不適合大規(guī)模數(shù)據(jù)采集。④既有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)DEM以及七大江河重點(diǎn)防洪區(qū)的1:1萬(wàn)DEM，省級(jí)1:1萬(wàn)DEM，可通過(guò)國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心網(wǎng)站查詢數(shù)據(jù)采樣布點(diǎn)的方式及其特點(diǎn)

數(shù)據(jù)采樣布點(diǎn)方式有：①沿等高線采樣，適用地形復(fù)雜陡峭地區(qū)②規(guī)格格網(wǎng)采樣，所得數(shù)據(jù)有規(guī)則③剖面法，效率高精度低④漸進(jìn)采樣解決，數(shù)據(jù)冗余的問(wèn)題⑤選擇性采樣，用少量的點(diǎn)使其代表的地面有足夠的可信度⑥混合采樣，能都解決其他采樣會(huì)有的問(wèn)題但數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理與應(yīng)用較復(fù)雜9.對(duì)DEM數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行對(duì)比分析①地形圖采集數(shù)據(jù)的方法所需的原始數(shù)據(jù)容易獲取，對(duì)采集作業(yè)所需的儀器設(shè)備和工作人員的要求不高，采集速度也比較快易于進(jìn)行大批量作業(yè)。②攝影測(cè)量在我國(guó)基本比例尺測(cè)圖生產(chǎn)中起到了非常關(guān)鍵的作用。影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是更新速度快，對(duì)于大范圍、大批量的數(shù)據(jù)獲取是一種主要方法。但搞成數(shù)據(jù)的精度受外界影響很大，對(duì)精度要求很高的DEM難以滿足要求。近年來(lái)出現(xiàn)的高精度影響獲取方法，數(shù)據(jù)精度高，但費(fèi)用昂貴。③野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)精度最高，適用于小范圍大比例尺DEM生產(chǎn)。但由于數(shù)據(jù)獲取的工作量大，效率不高，費(fèi)用昂貴，不適合大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其可做大范圍DEM的小范圍局部更新一集工程用DEM的建立。10.三角剖分標(biāo)準(zhǔn)，各有什么特點(diǎn)①空外接圓準(zhǔn)則：過(guò)每個(gè)三角形的外接圓均不包含點(diǎn)集的其余任何點(diǎn)②最大最小角準(zhǔn)則：在良鄉(xiāng)林三角形形成的凸四邊形中，這量三角形中的最小內(nèi)角一定大于交換凸四邊形對(duì)角線后想成的兩個(gè)三角形的最小內(nèi)角③最短距離和準(zhǔn)則：一點(diǎn)到基邊兩端的距離和為最小④張角最大準(zhǔn)則：一點(diǎn)到基邊的張角為最大⑤面積比準(zhǔn)則：三角形內(nèi)切圓面積與三角形面積或三角形面積與周長(zhǎng)平方之比最?、迣?duì)角線準(zhǔn)則：兩三角形組成的凸四邊形的兩條對(duì)角線之比，超過(guò)給定限定值時(shí)對(duì)三角形進(jìn)行優(yōu)化①②④是等價(jià)的，其余則不然。一般而言，應(yīng)盡量保持三角網(wǎng)的唯一性，即在同一準(zhǔn)則下由不同的位置開(kāi)始建立三角形網(wǎng)絡(luò)。三角剖分簡(jiǎn)稱DT，其特性是可最大長(zhǎng)度避免狹長(zhǎng)三角形的出現(xiàn)以及不管從何處開(kāi)始構(gòu)網(wǎng)都能保持三角形網(wǎng)絡(luò)的唯一性。11.不同數(shù)據(jù)采樣策略對(duì)格網(wǎng)DEM的影響12.地形可視化有哪些方法，各有什么特點(diǎn)基于掃面地形圖和航空影像建立地形三維景觀的步驟，并指出其異同a基于掃描地形圖數(shù)據(jù)建立三維地形圖基本思想：以掃描數(shù)字化地形圖作為紋理圖像，依據(jù)地形圖和DEM數(shù)據(jù)建立紋理空間、景物空間和圖像空間三者之間的映射關(guān)系，并依據(jù)真實(shí)感圖形繪制的基本理論生成以地形要素地圖符號(hào)為表面紋理的三維地形景觀。b基于航空影像建立地形三維景觀的步驟①遞歸細(xì)分DEM，形成三角形面素②按投影變換公式計(jì)算DEM屏幕位置③計(jì)算DEM在紋理圖像上的坐標(biāo)④重采樣求取DEM格網(wǎng)的灰度值⑤對(duì)灰度值進(jìn)行簡(jiǎn)單的光照模型處理⑥消隱、裁剪、反走樣等處理⑦輸出14.什么是誤差、不確定性，兩者有什么區(qū)別和聯(lián)系誤差：觀測(cè)數(shù)據(jù)與其真值之間的差異。從性質(zhì)上分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗差。系統(tǒng)誤差：由數(shù)據(jù)采集設(shè)備引起，一般表現(xiàn)為常數(shù)或函數(shù)特征，可通過(guò)對(duì)采樣數(shù)據(jù)施加改正數(shù)或遵循工藝流程將其影響降到最低程度。隨機(jī)誤差：由數(shù)據(jù)采集過(guò)程中不確定因素引起的，其在表現(xiàn)上毫無(wú)規(guī)律可言。DEM一般指隨機(jī)誤差。粗差：操作過(guò)程中的粗心或不遵守規(guī)定引起的，實(shí)際上是一種錯(cuò)誤。不確定性：對(duì)真值的認(rèn)知或肯定的程度，是更廣泛意義上的誤差，包含系統(tǒng)誤差、偶然誤差、粗差、可度量和不可度量誤差、數(shù)據(jù)的不完整性、概念的模糊性等。15.地形描述性誤差在假定DEM高程采樣誤差為零的條件下，模擬地面與實(shí)際地面之差異，定義為DEM地形描述誤差。柵格中點(diǎn)的高程與該柵格四個(gè)角點(diǎn)高程平均高程之差，可以被定義為該柵格的地形描述誤差。16.DEM誤差來(lái)源①地形表面特征：DEM精度隨著地形破碎程度的大小而變化，并且他們之間的關(guān)系呈明顯的線性關(guān)聯(lián)特征。②數(shù)據(jù)源誤差：野外測(cè)量、地形圖數(shù)字化和攝影測(cè)量，各自對(duì)應(yīng)不同數(shù)據(jù)誤差。③采點(diǎn)設(shè)備誤差：包括地形圖手扶或掃描時(shí)數(shù)字化儀或掃描儀的誤差④人為誤差：包括數(shù)字化對(duì)點(diǎn)誤差、高程賦值誤差、控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換誤差、測(cè)標(biāo)切地面誤差、采集輸出時(shí)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和定向誤差⑤采樣點(diǎn)密度和分布：采樣點(diǎn)應(yīng)該具有足夠的密度并且避免數(shù)據(jù)貧乏區(qū)⑥內(nèi)插方法：內(nèi)插點(diǎn)的計(jì)算高程與實(shí)際量測(cè)高程之間總存在差值⑦DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：影響著DEM對(duì)地形的表達(dá)17.坡向變率的提取方法，其中誤差產(chǎn)生的原因與解決方法坡向變率是指在地表的坡向提取基礎(chǔ)上，對(duì)坡向變化率值的二次提取，即坡向之坡度。在坡向變率提取過(guò)程中，會(huì)在北坡上產(chǎn)生誤差。誤差糾正方法：①用原始DEM數(shù)據(jù)的最大高程減去原始DEM數(shù)據(jù)，得到與原來(lái)地形相反的DEM數(shù)據(jù)，即反地形DEM數(shù)據(jù)。②基于反地形DEM數(shù)據(jù)求算坡向值；③利用SOA方法求算反地形的坡向變率，記為SOA2，由原始DEM數(shù)據(jù)求算出的坡向變率記為SOA1；④將兩次算的坡向變率根據(jù)以下公式即可得到經(jīng)過(guò)誤差校正的SOA數(shù)據(jù)。18.地面復(fù)雜度因子有哪些，在地學(xué)分析中各有什么意義①地形起伏度：指定區(qū)域內(nèi)最大高程與最小高程差。比較適合區(qū)域水土流失評(píng)價(jià)的地形指標(biāo)②地表粗糙度：反映地表的起伏變化和侵蝕程度的指標(biāo)，一般等譯為地表單元的曲面面積與其在水平面上的投影面積之比。在研究水土保持及環(huán)境監(jiān)測(cè)上有很重要的應(yīng)用價(jià)值。③地表切割深度：地面某點(diǎn)的鄰域范圍的平均高程與該鄰域范圍內(nèi)的最小高程的差值。研究水土流失及地表侵蝕發(fā)育狀況時(shí)的重要參考指標(biāo)。④高程變異系數(shù)：反映分析區(qū)域內(nèi)地表單元格網(wǎng)各頂點(diǎn)高程變化的指標(biāo)，它以格網(wǎng)單元頂點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差與平均高程的比值。19.何為特征地形要素，在地形分析中具有什么作用特征地形要素：指地形在地表的空間分布特征具有控制作用的點(diǎn)、線或面狀要素。特征地形要素構(gòu)成地表地形與起伏變化的基本框架20.山脊線、山谷線的提取方法，每種方法各有什么針對(duì)性①基于數(shù)字化等高線數(shù)據(jù)的方法②基于規(guī)則格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)的方法③基于Delaunay三角網(wǎng)和Voronoi數(shù)據(jù)的方法21基于柵格DEM提取溝谷、水系的原理與技術(shù)路線，該方法主要優(yōu)缺點(diǎn)22.空間數(shù)據(jù)分級(jí)基本原則與方法分級(jí)原則：①科學(xué)性原則：分級(jí)指標(biāo)的確定要遵循一定的科學(xué)規(guī)律。②完整性原則：整個(gè)數(shù)據(jù)集中所有的數(shù)據(jù)都應(yīng)被分在不同的級(jí)別中，沒(méi)有遺漏，而且同一數(shù)據(jù)集中的每一數(shù)據(jù)只能被分到某一級(jí)別中，不能同時(shí)分到兩個(gè)或多個(gè)級(jí)別中。③適用性原則：應(yīng)該根據(jù)研究或應(yīng)用的需要選擇合適的分級(jí)方法④美觀性原則：體現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間分布特征，使圖面色彩平衡，特征