三維電子地圖的地形建模技術(shù)

三維電子地圖的地形建模技術(shù)目錄CONTENTS二、DTM的空間內(nèi)插方法一、DTM與DEM三、DEM的表示方法四、格網(wǎng)DEM及其建立方法五、不規(guī)則三角網(wǎng)TIN及其建立方法六、格網(wǎng)DEM與TINDEM的相互轉(zhuǎn)換一、DTM與DEM1.DTM與DEM數(shù)字地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。DTM的核心是地形表面特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和一套對(duì)地表提供連續(xù)描述的算法。最基本的DTM是由一系列地面點(diǎn)x,y位置及其相聯(lián)系的高程z所組成，用數(shù)學(xué)函數(shù)式的表達(dá)是∶z=f（x,y）x,y∈DTM所在的區(qū)域DTM與DEM在一般情況下，地面特性是高程Z，它的空間分布由x、y水平坐標(biāo)系統(tǒng)來描述，也可用經(jīng)度x，緯度y來描述海拔的分布，這種地面特性為高程或海拔高程的DTM也稱為數(shù)字高程模型（DigitalElevationMode，DEM）。其它地面特性可以是地價(jià)、土地權(quán)屬、土壤類型、地貌特征、巖層深度及土地利用等與地形有關(guān)的信息。DTM可以是每三個(gè)坐標(biāo)值為一組元的散點(diǎn)結(jié)構(gòu)，也可以是由多項(xiàng)式或傅里葉級(jí)數(shù)確定的曲面方程。DTM與DEM二、DTM的空間內(nèi)插方法一、項(xiàng)目概況2.DTM的空間內(nèi)插方法DTM內(nèi)插按插點(diǎn)分布范圍，可分為分塊內(nèi)插、剖分內(nèi)插和單點(diǎn)移面內(nèi)插三類。DTM的空間內(nèi)插方法三、DEM的表示方法一、項(xiàng)目概況3.DEM的表示方法（1）數(shù)學(xué)方法用數(shù)學(xué)方法來表達(dá)，可以采用整體擬合法，即根據(jù)區(qū)域所有的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，用傅立葉級(jí)數(shù)和高次多項(xiàng)式方法擬合統(tǒng)一的地面高程曲面。也可用局部擬合方法，將地表復(fù)雜表面分成正方形規(guī)則區(qū)域或面積大致相等的不規(guī)則區(qū)域進(jìn)行分塊搜索，根據(jù)有限個(gè)點(diǎn)進(jìn)行擬合形成高程曲面。DEM的表示方法一、項(xiàng)目概況（2）圖形方法a線模式等高線是表示地形最常見的形式。其他的地形特征也是表達(dá)地面高程的重要信息源，如山脊線、谷底線、海岸線及坡度變換線等。b點(diǎn)模式用離散采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)建立DEM是常用的方法之一。數(shù)據(jù)采樣可以按規(guī)則格網(wǎng)采樣，可以是密度一致的或不一致的；可以是不規(guī)則采樣，如不規(guī)則三角網(wǎng)、鄰近網(wǎng)模型等；也可以有選擇性地采樣，采集山峰、洼坑、隘口、邊界等重要特征點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，DEM最主要的表示模型是∶規(guī)則格網(wǎng)（Grid）模型和不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）模型。DEM的表示方法四、格網(wǎng)DEM及其建立方法4.格網(wǎng)DEM及其建立方法規(guī)則格網(wǎng)的高程矩陣，可以很容易地用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，特別是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地理信息系統(tǒng)。它還可以很容易地計(jì)算等高線、坡度坡向、山坡陰影和自動(dòng)提取流域地形，使得它成為DEM最廣泛使用的格式，目前許多國家的DEM數(shù)據(jù)都是以規(guī)則格網(wǎng)的數(shù)據(jù)矩陣形式提供的。電子地圖的性質(zhì)規(guī)則格網(wǎng)的數(shù)據(jù)矩陣一、項(xiàng)目概況(1)基于地性線的DEM向矩陣網(wǎng)格轉(zhuǎn)換a地性線數(shù)據(jù)的矢/柵變換①地性線支撐點(diǎn)的柵格化;②沿地性線作高程加密。b其他網(wǎng)格高程的確定（旋轉(zhuǎn)剖面插值法）①定義數(shù)字剖面②尋找最大坡度剖面③高程插值建立DEM（線性插值/非線性插值）（2）基于數(shù)字化等高線的DEM向矩陣網(wǎng)格轉(zhuǎn)換①等高線的全路徑柵格化②DEM加密③谷地地段與山脊地段的高程插值格網(wǎng)DEM及其建立方法一、項(xiàng)目概況規(guī)則格網(wǎng)結(jié)構(gòu)DEM的缺點(diǎn)：在地形簡單、平坦的地區(qū)存在大量冗余數(shù)據(jù)；如不改變格網(wǎng)大小，則無法適用于起伏程度不同的地區(qū)；對(duì)于某些特殊計(jì)算如視線計(jì)算時(shí)，格網(wǎng)的軸線方向被夸大；由于柵格過于粗略，不能精確表達(dá)某些重要的地形特征，如山峰、洼坑、山脊、山谷等。用于非矩形的不規(guī)則區(qū)域時(shí)，邊界要做特殊處理。為了壓縮柵格DTM的冗余數(shù)據(jù)，可采用游程編碼或四叉樹編碼方法。格網(wǎng)DEM及其建立方法五、不規(guī)則三角網(wǎng)TIN及其建立方法一、項(xiàng)目概況5.不規(guī)則三角網(wǎng)TIN及其建立方法不規(guī)則三角網(wǎng)（TriangulatedIrregularNetwork，TIN）是另外一種表示數(shù)字高程模型的方法，它是由不規(guī)則分布的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造出鄰接的三角形（三角面）而組成的格網(wǎng)結(jié)構(gòu)。TIN模型根據(jù)區(qū)域有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi)。如果點(diǎn)不在頂點(diǎn)上，該點(diǎn)的高程值通常通過線性插值的方法得到（在邊上用邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的高程，在三角形內(nèi)則用三個(gè)頂點(diǎn)的高程）。所以TIN是一個(gè)三維空間的分段線性模型，在整個(gè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。不規(guī)則三角網(wǎng)TIN及其建立方法一、項(xiàng)目概況不則三角網(wǎng)數(shù)字高程由連續(xù)的三角面組成，三角面的形狀和大小取決于不規(guī)則分布的測(cè)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的位置和密度。TIN表示法利用所有采樣點(diǎn)取得的離散數(shù)據(jù)，按照優(yōu)化組合的原則，把這些離散點(diǎn)（各三角形的頂點(diǎn)）連接成相互連續(xù)的三角面（在連接時(shí)，盡可能地確保每個(gè)三角形都是銳角三角形或是三邊的長度近似相等）。TIN是不規(guī)則格網(wǎng)中最簡單的形態(tài)，在等高線追蹤、三維顯示及其他方面也是最常用、最簡單的結(jié)構(gòu)。不規(guī)則三角網(wǎng)TIN及其建立方法不規(guī)則三角網(wǎng)TIN及其建立方法三角化算法分類六、格網(wǎng)DEM與TINDEM的相互轉(zhuǎn)換一、項(xiàng)目概況6.格網(wǎng)DEM與TINDEM的相互轉(zhuǎn)換格網(wǎng)DEM轉(zhuǎn)成TIN保留重要點(diǎn)法（VIP，VeryImportantPoint）啟發(fā)丟棄法（DH，DropHeuristic）TIN轉(zhuǎn)成格網(wǎng)DEM有兩種方法