中科院研究生課程GIS基礎(chǔ)課件第7章數(shù)字地面模型

中科院研究生課程gis基礎(chǔ)課件第7章數(shù)字地面模型目錄CONTENCT數(shù)字地面模型概述數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)字地面模型建立方法數(shù)字地面模型可視化表達(dá)技術(shù)數(shù)字地面模型在GIS中的應(yīng)用實(shí)踐數(shù)字地面模型發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)01數(shù)字地面模型概述定義發(fā)展歷程定義與發(fā)展歷程數(shù)字地面模型（DigitalTerrainModel,DTM）是利用數(shù)字高程模型（DEM）對(duì)地形地貌進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)的一種方法，它包含了地形表面的幾何信息和屬性信息。數(shù)字地面模型的概念起源于20世紀(jì)50年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GIS）的發(fā)展，DTM逐漸成為一種重要的空間數(shù)據(jù)模型，被廣泛應(yīng)用于地形分析、環(huán)境評(píng)估、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域DTM被廣泛應(yīng)用于地形分析、環(huán)境評(píng)估、城市規(guī)劃、水利工程、交通工程、軍事等領(lǐng)域。例如，在地形分析中，DTM可用于提取地形特征、計(jì)算地形參數(shù)等；在環(huán)境評(píng)估中，DTM可用于模擬地形對(duì)氣候、水文等環(huán)境因素的影響。意義DTM的應(yīng)用對(duì)于提高空間數(shù)據(jù)處理的效率和精度具有重要意義。它能夠提供詳細(xì)的地形信息，為各種空間分析和模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，DTM還能夠促進(jìn)多學(xué)科之間的交叉融合，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。應(yīng)用領(lǐng)域及意義數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel,DEM）：DEM是數(shù)字地面模型的基礎(chǔ)，它表示地形表面的高程信息。DEM通常通過測(cè)量或遙感技術(shù)獲取，可以表示為規(guī)則格網(wǎng)或不規(guī)則三角網(wǎng)等形式。數(shù)字地形分析（DigitalTerrainAnalysis,DTA）：DTA是基于數(shù)字高程模型進(jìn)行地形分析的一種方法，包括地形特征提取、地形參數(shù)計(jì)算等。DTA能夠?yàn)楦鞣N應(yīng)用提供詳細(xì)的地形信息支持?？臻g插值（SpatialInterpolation）：空間插值是一種根據(jù)已知點(diǎn)的數(shù)值來推算未知點(diǎn)數(shù)值的方法。在數(shù)字地面模型中，空間插值常用于將離散的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的DEM數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)（RemoteSensingTechnology）：遙感技術(shù)是一種通過非接觸方式獲取地球表面信息的技術(shù)。在數(shù)字地面模型中，遙感技術(shù)可用于獲取大范圍的高程數(shù)據(jù)和其他地形信息。相關(guān)術(shù)語解析02數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)采集與處理地面測(cè)量遙感技術(shù)地圖數(shù)字化通過全站儀、GPS等測(cè)量設(shè)備獲取地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。利用衛(wèi)星或航空攝影測(cè)量技術(shù)獲取地面的影像數(shù)據(jù)，通過解譯和提取得到地面信息。將紙質(zhì)地圖通過掃描儀轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，再利用矢量化軟件將地圖要素轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源及采集方法80%80%100%數(shù)據(jù)預(yù)處理與質(zhì)量控制去除重復(fù)數(shù)據(jù)、異常值和噪聲數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式和坐標(biāo)系，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。通過統(tǒng)計(jì)分析和可視化手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，確保數(shù)據(jù)的可靠性和精度。數(shù)據(jù)清洗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換質(zhì)量檢查坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換配準(zhǔn)技術(shù)地理編碼坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換與配準(zhǔn)技術(shù)通過尋找同名點(diǎn)或特征點(diǎn)，將不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和疊加。將地理坐標(biāo)與地名、地址等屬性信息關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)地理信息的定位和查詢。將不同坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一到相同的坐標(biāo)系下，消除坐標(biāo)差異。03數(shù)字地面模型建立方法通過激光雷達(dá)等測(cè)量設(shè)備獲取地面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理地面模型構(gòu)建對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、濾波、分類等處理，提取地面點(diǎn)。利用地面點(diǎn)進(jìn)行三維建模，生成數(shù)字地面模型。030201基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的建模方法01020304影像數(shù)據(jù)采集影像數(shù)據(jù)預(yù)處理特征提取與匹配地面模型構(gòu)建基于影像數(shù)據(jù)的建模方法從影像中提取特征點(diǎn)，并進(jìn)行匹配，獲取三維信息。對(duì)原始影像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正、輻射定標(biāo)等處理。通過航空攝影或衛(wèi)星遙感獲取地面影像數(shù)據(jù)。利用匹配得到的三維信息進(jìn)行建模，生成數(shù)字地面模型。數(shù)據(jù)獲取方式比較數(shù)據(jù)處理難度比較建模精度比較應(yīng)用場(chǎng)景選擇不同建模方法比較與選擇點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過測(cè)量設(shè)備獲取，影像數(shù)據(jù)通過攝影或遙感獲取。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理相對(duì)復(fù)雜，需要進(jìn)行去噪、濾波等處理；影像數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡(jiǎn)單，主要進(jìn)行幾何校正和輻射定標(biāo)?；邳c(diǎn)云數(shù)據(jù)的建模方法精度較高，適用于高精度地圖制作；基于影像數(shù)據(jù)的建模方法精度較低，適用于大范圍地圖制作。對(duì)于需要高精度地圖的應(yīng)用場(chǎng)景，如城市規(guī)劃、土地管理等，可以選擇基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的建模方法；對(duì)于需要快速獲取大范圍地圖的應(yīng)用場(chǎng)景，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害評(píng)估等，可以選擇基于影像數(shù)據(jù)的建模方法。04數(shù)字地面模型可視化表達(dá)技術(shù)三維渲染技術(shù)概述渲染管線光照模型紋理映射三維渲染技術(shù)原理及實(shí)現(xiàn)三維渲染技術(shù)是將三維模型轉(zhuǎn)換為二維圖像的過程，涉及光照、紋理、陰影等效果的計(jì)算。詳細(xì)解釋光照模型，如Phong光照模型、Blinn-Phong光照模型等，以及它們?cè)谌S渲染中的應(yīng)用。介紹渲染管線的基本概念，包括頂點(diǎn)處理、光柵化、片段處理等步驟。闡述紋理映射的原理和實(shí)現(xiàn)方法，包括紋理坐標(biāo)、紋理過濾、Mipmapping等技術(shù)。簡(jiǎn)要介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義、發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述詳細(xì)解釋立體顯示技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方法，包括雙目視差、偏振光、時(shí)分復(fù)用等技術(shù)。立體顯示技術(shù)介紹虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備的種類和功能，如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)等。虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備闡述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字地面模型可視化中的應(yīng)用，如場(chǎng)景漫游、信息查詢、空間分析等。虛擬現(xiàn)實(shí)在數(shù)字地面模型中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在可視化中的應(yīng)用交互式可視化操作與展示交互式可視化概述簡(jiǎn)要介紹交互式可視化的定義、作用和意義。交互式操作技術(shù)詳細(xì)解釋交互式操作技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方法，包括鼠標(biāo)事件處理、鍵盤事件處理、觸摸屏事件處理等?？梢暬故炯夹g(shù)闡述可視化展示技術(shù)的種類和特點(diǎn)，如動(dòng)態(tài)圖表、數(shù)據(jù)動(dòng)畫、信息面板等。交互式可視化在數(shù)字地面模型中的應(yīng)用介紹交互式可視化在數(shù)字地面模型中的應(yīng)用，如地形編輯、地物標(biāo)注、空間查詢等。05數(shù)字地面模型在GIS中的應(yīng)用實(shí)踐利用數(shù)字地面模型進(jìn)行地形起伏度、坡度、坡向等地形因子的提取和分析。地形分析基于數(shù)字地面模型進(jìn)行流域劃分、水系提取、流域特征分析等。流域分析結(jié)合數(shù)字地面模型與三維可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地形地貌的三維展示和動(dòng)態(tài)模擬。可視化分析空間分析功能實(shí)現(xiàn)途徑

城市規(guī)劃中的應(yīng)用案例分析城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與評(píng)估利用數(shù)字地面模型進(jìn)行城市三維建模，輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)方案制定和評(píng)估。交通規(guī)劃基于數(shù)字地面模型分析城市交通網(wǎng)絡(luò)布局，優(yōu)化交通線路設(shè)計(jì)。市政設(shè)施規(guī)劃結(jié)合數(shù)字地面模型進(jìn)行市政設(shè)施選址、布局和優(yōu)化。利用數(shù)字地面模型提取生態(tài)環(huán)境因子，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和分區(qū)。生態(tài)環(huán)境評(píng)估基于數(shù)字地面模型分析水土流失敏感性和風(fēng)險(xiǎn)，制定水土保持措施。水土保持規(guī)劃結(jié)合數(shù)字地面模型進(jìn)行自然災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為災(zāi)害防治提供決策支持。自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用前景探討06數(shù)字地面模型發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)03無人機(jī)（UAV）搭載傳感器無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為地形數(shù)據(jù)獲取提供了新的手段，具有靈活、高效、低成本等優(yōu)點(diǎn)。01激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)通過高精度、高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取，為數(shù)字地面模型提供更為精細(xì)的地形信息。02合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)利用微波遙感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大范圍、高效率的地形數(shù)據(jù)獲取，尤其在云霧等惡劣天氣條件下具有優(yōu)勢(shì)。新型傳感器在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用前景地形數(shù)據(jù)分類與識(shí)別通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和識(shí)別，提高數(shù)字地面模型的精度和效率。地形模擬與預(yù)測(cè)結(jié)合人工智能技術(shù)，對(duì)地形變化進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，為城市規(guī)劃、災(zāi)害防治等提供決策支持。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的地形建模利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)大量地形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和學(xué)習(xí)，提取地形特征，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的地形建模。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)在建模中的潛力挖掘制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)和領(lǐng)域間的數(shù)據(jù)互通和共享。數(shù)據(jù)格式與標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一加強(qiáng)不同領(lǐng)域間的合作與交流，共同推動(dòng)數(shù)字地