第八章 DEM及數(shù)字地形分析

第八章DEM與數(shù)字地形分析學習目標：

1.基本概念2.DEM建立3.數(shù)字地形分析重點：數(shù)字地形分析基本概念數(shù)字高程模型（DEM，DigitalElevationModel）

是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實現(xiàn)對地形曲面的數(shù)字化模擬（即地形表面形態(tài)的數(shù)字化表示），它是對二維地理空間上具有連續(xù)變化特征地理現(xiàn)象的模型化表達和過程模擬。數(shù)字地形分析（DTA,DigitalTerrainAnalysis）是指在數(shù)字高程模型上進行地形屬性計算和特征提取的數(shù)字信息處理技術(shù)。DTA技術(shù)是各種與地形因素相關(guān)空間模擬技術(shù)的基礎。DEM的主要表示模型規(guī)則格網(wǎng)模型不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）模型規(guī)則格網(wǎng)模型規(guī)則格網(wǎng)模型將區(qū)域空間分為規(guī)則的網(wǎng)格單元（可以是正方形或三角形），每個單元對應一個數(shù)值。628080636679916078806366829658717256668495546664556684995062575164819444635350637891XY規(guī)則格網(wǎng)模型

網(wǎng)格的值1.所有點的高程，即格網(wǎng)單元對應的地面面積內(nèi)高程是均一的高度。這種數(shù)字高程模型是一個不連續(xù)的函數(shù)，一般用來表示離散空間。2.是網(wǎng)格中心點的高程或該網(wǎng)格單元的平均高程值，這樣則需要用一種插值方法來計算每個點的高程。不規(guī)則三角網(wǎng)

(TIN)模型不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)模型表示方法：將區(qū)域劃分為相鄰的三角面網(wǎng)絡，區(qū)域中任意點落在三角面頂點、線或三角形內(nèi)，落在頂點其高程與頂點相同，落在線上則由兩個頂點線性插值得到，落在三角形內(nèi)則由三個頂點插值得到生成方法：由不規(guī)則點、矩形格網(wǎng)或等高線轉(zhuǎn)換而得到TIN允許在地形復雜地區(qū)收集較多的信息，而在簡單的地區(qū)收集少量信息，避免數(shù)據(jù)冗余不規(guī)則三角網(wǎng)

(TIN)模型129758103641763245981110DEM建立DEM數(shù)據(jù)采集方法

地面測量

現(xiàn)有地圖數(shù)字化

空間傳感器

數(shù)字攝影測量獲取DEMDEM建立數(shù)據(jù)采集遵循的原則確定合理的采集精度確定合理的取樣密度保證最低的采點密度DEM建立DEM內(nèi)插方法1距離加權(quán)倒數(shù)2樣條插值法3克里格法4自然近鄰插值法什么是插值？

插值是由有限數(shù)量的采樣點數(shù)據(jù)估計柵格中的單元的值。它可以用來估計任何地理點數(shù)據(jù)的未知值：高程、降雨、化學污染程度、噪聲等級等等。為什么要插值？

插值方法

每種插值方法在預測估值的時候都有自己的前提假設。根據(jù)模擬的現(xiàn)象和采樣點的分布，不同插值方法會對實際表面有不同效果的模擬.但無論哪種方法，輸入點越多，它們的分布越均勻，估計得到的結(jié)果就越好距離加權(quán)倒數(shù)（IDW）

這種插值方法假設每個采樣點都具有一定的局部影響能力，這種影響隨著距離的增大而減弱。距離正在被處理的像元越近的點其權(quán)重大于距離遠的點。一定數(shù)量的點或者一定半徑范圍內(nèi)的點都能夠用于決定每個輸出像元的值這種方法對變量影響隨距離增大而減消的情況比較合適。比如計算某一零售點的消費者購買能力的權(quán)重，距離越遠的影響權(quán)重一定越小，因為人們總是喜歡就近購物。自然近鄰法

與IDW類似，這種插值方法是一種權(quán)重平均算法。然而，不同于利用所有輸入點的距離加權(quán)來計算插值點的值，自然近鄰法對樣本點生成Delauney三角形，選擇最近的點形成一個凸集，然后利用所占面積的比例計算權(quán)重.這種方法最適于樣本點分布不均的情況。這個插值技術(shù)較為常用，因為無需定義半徑、鄰域數(shù)目或者權(quán)重等參數(shù)。樣條插值

這種常用的方法擬合一個最小曲率的表面，這個擬合的表面通過輸入點，這種方法相當于扭曲一條橡皮讓它通過所有的采樣點，同時保證表面總的曲率最小。在保證擬合表面通過所有輸入點的同時，通過一個數(shù)學函數(shù)——決定最小曲率、二維的、薄板樣條——對一定數(shù)量的距離最近的采樣點進行擬合這種方法最適合漸變的表面屬性，比如高程、水深或者污染程度等。它不適合那種在較小的水平距離內(nèi)發(fā)生劇烈變化的地區(qū)，那樣估計結(jié)果會過大?？死锔穹椒?/p>

這種插值方法假設樣本點之間的距離和方向反映了一種空間上的關(guān)系，以此來解釋空間上的變異?？死锔穹椒ɡ靡欢〝?shù)量的點或者一定半徑范圍內(nèi)所有的點，代入一個數(shù)學函數(shù)，得到每個位置的輸出值.克里格方法是一個多步驟的處理過程，它包含對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的過程、變異函數(shù)建模、創(chuàng)建表面以及可選的變異表面等多個步驟.在已知數(shù)據(jù)具有空間關(guān)聯(lián)的距離或者方向偏差時，這種方法最為適合。克里格方法常用于土壤科學或者地質(zhì)學。趨勢法

這種插值方法運用一定數(shù)學函數(shù)——常為某一階次的多項式——對所有輸入點進行擬合。這種方法利用最小二乘法進行回歸，使用已知數(shù)據(jù)擬合出的曲面方差最小.利用這種方法構(gòu)建出的曲面，每個輸入點的真實值與估計值之間的差異的總和是最小可能值。該曲面一般不經(jīng)過已知點。趨勢法可以定制，但在三維分析的用戶界面沒出現(xiàn)。DEM模型在GIS中的應用1、坡度、坡向、曲率分析在流域提取、泥石流分析和植物生長環(huán)境研究中都需要坡度與坡向分析。尋找融雪淹沒位置尋找飛機降落地點DEM模型在GIS中的應用2剖面分析與繪制剖面線DEM模型在GIS中的應用剖面分析與繪制確定剖面線。既可以人工輸入，也可以利用鼠標實時確定。計算剖面線與所有網(wǎng)格的交點，并對交點進行插值處理，得到各交點高程。在新的剖面圖中，按順序繪制交點并連接。如果需要，可進行二次曲線插值，進行光滑處理。100200300視域分析DEM模型在GIS中的應用3、土石方計算在DEM基礎上進行土石方計算非常方便。如果是規(guī)則網(wǎng)格模型，那么把三維空間實體轉(zhuǎn)變?yōu)殚L方體集合就能方便進行計算。如果是TIN模型，可通過插值達到規(guī)則網(wǎng)格模型的密集度。當然會有一定的誤差。4等高線繪制5渲染圖的