《DEM的構(gòu)建與應(yīng)用》課件

DEM的構(gòu)建與應(yīng)用本課件旨在深入探討數(shù)字高程模型（DEM）的構(gòu)建和應(yīng)用。我們將從DEM的概念和基本原理入手，詳細(xì)介紹其常見(jiàn)數(shù)據(jù)格式、獲取方式以及構(gòu)建流程。在此基礎(chǔ)上，我們將深入探討DEM在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括地形分析、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感、水文分析、土壤侵蝕分析、地質(zhì)災(zāi)害分析、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市規(guī)劃、交通規(guī)劃、軍事應(yīng)用、環(huán)境管理、氣候變化研究、旅游規(guī)劃、地籍管理、地質(zhì)勘探、3D可視化等等。DEM概述定義數(shù)字高程模型（DEM）是指用一組有序數(shù)據(jù)對(duì)地面高程進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，它以地理坐標(biāo)為基礎(chǔ)，將地面高程信息以數(shù)字形式存儲(chǔ)，形成一個(gè)連續(xù)的表面模型。作用DEM是一種重要的地理空間數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于各種地理信息系統(tǒng)（GIS）應(yīng)用，例如地形分析、水文模擬、自然災(zāi)害評(píng)估、城市規(guī)劃等等。DEM的常見(jiàn)數(shù)據(jù)格式1柵格數(shù)據(jù)格式：以矩陣形式存儲(chǔ)高程信息，每個(gè)單元格對(duì)應(yīng)一個(gè)地面高程值。常見(jiàn)的柵格數(shù)據(jù)格式包括GeoTIFF、ESRIGrid、BIL等。2矢量數(shù)據(jù)格式：以點(diǎn)、線(xiàn)、面等幾何圖形來(lái)表示高程信息，例如TIN、DEM等。3點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式：以三維點(diǎn)云形式存儲(chǔ)高程信息，每個(gè)點(diǎn)包含三維坐標(biāo)信息。常見(jiàn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式包括LAS、LAZ等。DEM的獲取方式衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)利用衛(wèi)星傳感器獲取高程信息，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)來(lái)源包括SRTM、ASTERGDEM等。航空攝影測(cè)量利用航空攝影機(jī)拍攝地面影像，并進(jìn)行立體匹配、三角測(cè)量等操作來(lái)獲得高程數(shù)據(jù)。地面測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)地面測(cè)量設(shè)備（例如水準(zhǔn)儀、全站儀）進(jìn)行高程測(cè)量，然后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到DEM數(shù)據(jù)。數(shù)字高程模型的構(gòu)建流程1數(shù)據(jù)獲?。簭男l(wèi)星遙感、航空攝影測(cè)量或地面測(cè)量等方式獲取原始高程數(shù)據(jù)。2數(shù)據(jù)預(yù)處理：對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正、去噪、數(shù)據(jù)重采樣等預(yù)處理操作，以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。3DEM構(gòu)建：根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型和應(yīng)用需求，選擇不同的DEM構(gòu)建方法，例如插值法、三角網(wǎng)格法等。4DEM檢驗(yàn)與評(píng)估：對(duì)構(gòu)建的DEM進(jìn)行精度評(píng)估，確保其滿(mǎn)足應(yīng)用需求。常見(jiàn)地形分析方法坡度計(jì)算：分析地形的傾斜程度，通常以角度或百分比表示。坡度方向分析：分析地形的傾斜方向，通常以方位角表示。曲率分析：分析地形的凹凸程度，用于識(shí)別地形特征，如山脊、山谷等。流域提?。鹤R(shí)別河流和水系，并確定其流域范圍。地形特征參數(shù)提取坡度描述地形表面傾斜程度，用角度或百分比表示。坡度越大，地形越陡峭。坡度通常用于評(píng)估土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等。坡向描述地形表面傾斜方向，用方位角表示。坡向通常用于分析太陽(yáng)輻射、植被分布、水流方向等。曲率描述地形表面曲率變化，用于識(shí)別地形特征，如山脊、山谷、鞍部等。曲率可以分為剖面曲率和平面曲率。坡度計(jì)算基于DEM的坡度計(jì)算通常采用數(shù)值微分法。該方法通過(guò)計(jì)算相鄰網(wǎng)格點(diǎn)高程差來(lái)估計(jì)坡度值。常用的坡度計(jì)算方法包括：11.**3x3窗口法:**利用DEM中3x3窗口內(nèi)的8個(gè)鄰近網(wǎng)格點(diǎn)的高程值進(jìn)行計(jì)算。22.**8個(gè)方向坡度法:**通過(guò)計(jì)算DEM中每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)與其8個(gè)方向鄰近網(wǎng)格點(diǎn)的高程差來(lái)計(jì)算坡度。33.**Horn算法:**利用DEM中每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的8個(gè)方向鄰近網(wǎng)格點(diǎn)的高程值進(jìn)行計(jì)算，并考慮了網(wǎng)格點(diǎn)之間的距離。4坡度方向分析1基于DEM的坡度方向分析通常采用方位角計(jì)算方法。該方法通過(guò)計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)與與其高程差最大的鄰近網(wǎng)格點(diǎn)的連線(xiàn)方向來(lái)確定坡度方向。2坡度方向通常以方位角表示，范圍為0°至360°。0°表示正北方向，90°表示正東方向，180°表示正南方向，270°表示正西方向。3坡度方向分析可用于分析太陽(yáng)輻射、水流方向、植被分布等，并可用于識(shí)別地形特征，如山脊、山谷等。曲率分析剖面曲率描述地形表面沿某一方向的彎曲程度，通常用于識(shí)別地形特征，如山脊、山谷等。平面曲率描述地形表面沿水平方向的彎曲程度，通常用于識(shí)別地形特征，如山脊、山谷等。曲率分析可用于識(shí)別地形特征，如山脊、山谷、鞍部等。它還可以用于分析地形的凹凸程度，以及識(shí)別地形特征的變化趨勢(shì)。流域提取流域提取是指從DEM中識(shí)別河流和水系，并確定其流域范圍。常用的流域提取方法包括：1.**單點(diǎn)匯流法:**該方法從DEM中識(shí)別出每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的水流方向，并將水流匯集到河流網(wǎng)絡(luò)中。2.**D8算法:**該算法使用8個(gè)方向鄰近網(wǎng)格點(diǎn)的高程值來(lái)確定水流方向，并將水流匯集到河流網(wǎng)絡(luò)中。3.**流域分割法:**該方法通過(guò)識(shí)別DEM中的分水嶺來(lái)分割流域，并將水流匯集到不同的流域中。流向分析1流向分析是指分析DEM中每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的水流方向。常用的流向分析方法包括：21.**D8算法:**該算法使用8個(gè)方向鄰近網(wǎng)格點(diǎn)的高程值來(lái)確定水流方向，并將水流匯集到河流網(wǎng)絡(luò)中。32.**單點(diǎn)匯流法:**該方法從DEM中識(shí)別出每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的水流方向，并將水流匯集到河流網(wǎng)絡(luò)中。匯流分析1匯流分析是指分析DEM中每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的匯流面積，即該網(wǎng)格點(diǎn)上游的所有水流匯集的面積。常用的匯流分析方法包括：21.**D8算法:**該算法使用8個(gè)方向鄰近網(wǎng)格點(diǎn)的高程值來(lái)確定水流方向，并計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的匯流面積。32.**單點(diǎn)匯流法:**該方法從DEM中識(shí)別出每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的水流方向，并計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的匯流面積。地形指數(shù)的計(jì)算地形濕潤(rùn)指數(shù)(TWI)地形位置指數(shù)(TPI)地形粗糙度指數(shù)(TRI)地形復(fù)雜度指數(shù)(TCI)地形指數(shù)是一種用于描述地形特征的指標(biāo)，它可以反映地形特征的變化趨勢(shì)和空間分布規(guī)律。常用的地形指數(shù)包括地形濕潤(rùn)指數(shù)(TWI)、地形位置指數(shù)(TPI)、地形粗糙度指數(shù)(TRI)和地形復(fù)雜度指數(shù)(TCI)等。地形濕潤(rùn)指數(shù)10高值指示該區(qū)域水分含量較高5中等值指示該區(qū)域水分含量中等2低值指示該區(qū)域水分含量較低地形濕潤(rùn)指數(shù)(TWI)是一個(gè)反映地形濕潤(rùn)程度的指標(biāo)，它主要用于評(píng)估土壤水分狀況、植被分布、土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)等。TWI的計(jì)算公式如下：地形位置指數(shù)山頂TPI值較高山谷TPI值較低山坡TPI值中等地形位置指數(shù)(TPI)是一種描述地形表面位置特征的指標(biāo)，它可以用來(lái)識(shí)別山頂、山谷、山坡等地形特征。TPI的計(jì)算公式如下：地形碳儲(chǔ)量分析地形碳儲(chǔ)量分析是指利用DEM數(shù)據(jù)對(duì)不同地形單元的碳儲(chǔ)量進(jìn)行分析。該分析方法可用于評(píng)估不同地形單元的碳匯潛力，并為碳排放管理提供數(shù)據(jù)支持。地形植被分布分析植被類(lèi)型根據(jù)地形特征（如坡度、坡向、海拔）和氣候條件，對(duì)植被類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)和分析。植被覆蓋度利用DEM數(shù)據(jù)對(duì)不同地形單元的植被覆蓋度進(jìn)行分析，以評(píng)估植被覆蓋狀況，并為植被恢復(fù)和生態(tài)保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。地形災(zāi)害識(shí)別與評(píng)估滑坡：利用DEM數(shù)據(jù)分析坡度、坡向、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素，識(shí)別潛在的滑坡區(qū)域。泥石流：利用DEM數(shù)據(jù)分析溝谷地形、坡度、降雨量等因素，識(shí)別潛在的泥石流區(qū)域。洪水：利用DEM數(shù)據(jù)分析河流地形、匯流面積等因素，評(píng)估洪水風(fēng)險(xiǎn)。地形景觀格局分析景觀斑塊面積：分析不同地形單元的面積大小，以反映景觀格局特征。景觀斑塊形狀：分析不同地形單元的形狀復(fù)雜程度，以反映景觀格局特征。景觀連接度：分析不同地形單元之間的連接程度，以反映景觀格局特征。地形水文分析河流網(wǎng)絡(luò)提取利用DEM數(shù)據(jù)提取河流網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行流域面積、河道長(zhǎng)度等分析。1水文模擬利用DEM數(shù)據(jù)模擬洪水、水土流失等水文過(guò)程，評(píng)估水文變化的影響。2水資源管理利用DEM數(shù)據(jù)對(duì)水資源進(jìn)行管理，包括水資源分配、水資源調(diào)度等。3地形土壤侵蝕分析坡度15°降雨量1000mm土壤類(lèi)型黃壤植被覆蓋度60%利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，如坡度、坡向、匯流面積等，并結(jié)合土壤類(lèi)型、降雨量、植被覆蓋度等因素，評(píng)估土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。海拔剖面分析垂直方向分析地形在垂直方向上的變化趨勢(shì)，例如山脊、山谷、鞍部等特征。水平方向分析地形在水平方向上的變化趨勢(shì)，例如河流走向、山脈走向等特征。扇形圖分析20%山頂35%山坡45%山谷利用DEM數(shù)據(jù)對(duì)不同地形單元的面積占比進(jìn)行分析，以反映地形特征的分布規(guī)律。例如，可以分析山頂、山坡、山谷等地形單元的面積占比，以了解該區(qū)域的地形特征分布。陰影分析光照方向模擬不同方向的光照條件，以突出地形特征，例如山脊、山谷等。光照強(qiáng)度模擬不同強(qiáng)度的光照條件，以增強(qiáng)地形特征的對(duì)比度。坡度分級(jí)與可視化1根據(jù)DEM數(shù)據(jù)計(jì)算坡度值，并根據(jù)坡度值范圍進(jìn)行分級(jí)。2利用不同的顏色或符號(hào)來(lái)表示不同的坡度等級(jí)，以增強(qiáng)可視化效果。3通過(guò)可視化分析，可以直觀地了解地形特征，并評(píng)估地形特征的變化趨勢(shì)。3D地形模型構(gòu)建數(shù)據(jù)準(zhǔn)備準(zhǔn)備DEM數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)。模型構(gòu)建利用3D建模軟件，根據(jù)DEM數(shù)據(jù)構(gòu)建地形模型，并利用紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染。模型優(yōu)化對(duì)構(gòu)建的3D模型進(jìn)行優(yōu)化，以提高模型的精度和效率。數(shù)字高程模型在線(xiàn)應(yīng)用地形分析提供在線(xiàn)地形分析工具，例如坡度計(jì)算、坡向分析、曲率分析、流域提取等。3D可視化提供在線(xiàn)3D地形模型可視化工具，用戶(hù)可以瀏覽和交互地形模型。數(shù)據(jù)下載提供DEM數(shù)據(jù)下載服務(wù)，用戶(hù)可以下載各種格式的DEM數(shù)據(jù)。數(shù)字高程模型在GIS中的應(yīng)用地形分析：計(jì)算坡度、坡向、曲率等地形特征，為土地利用規(guī)劃、水文模擬、地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估等提供數(shù)據(jù)支持?？臻g分析：進(jìn)行緩沖區(qū)分析、疊加分析、距離分析等空間分析，為各種GIS應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。地圖制作：制作各種地形圖、等高線(xiàn)圖、陰影圖等，為地理信息展示和分析提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)字高程模型在遙感中的應(yīng)用幾何校正：利用DEM數(shù)據(jù)對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何校正，以消除地形起伏帶來(lái)的幾何畸變。植被分析：利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)分析植被分布和生長(zhǎng)狀況。水體識(shí)別：利用DEM數(shù)據(jù)識(shí)別水體，并進(jìn)行水體面積、水深等分析。數(shù)字高程模型在水文分析中的應(yīng)用流域提?。豪肈EM數(shù)據(jù)提取河流網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行流域面積、河道長(zhǎng)度等分析。洪水模擬：利用DEM數(shù)據(jù)模擬洪水過(guò)程，評(píng)估洪水風(fēng)險(xiǎn)，并制定防洪措施。水資源管理：利用DEM數(shù)據(jù)對(duì)水資源進(jìn)行管理，包括水資源分配、水資源調(diào)度等。數(shù)字高程模型在土壤侵蝕分析中的應(yīng)用1坡度分析：利用DEM數(shù)據(jù)分析地形坡度，評(píng)估土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。2匯流分析：利用DEM數(shù)據(jù)分析匯流面積，評(píng)估土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。3土壤類(lèi)型分析：結(jié)合土壤類(lèi)型信息，分析不同土壤類(lèi)型對(duì)土壤侵蝕的影響。數(shù)字高程模型在地質(zhì)災(zāi)害分析中的應(yīng)用滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估利用DEM數(shù)據(jù)分析坡度、坡向、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素，識(shí)別潛在的滑坡區(qū)域，并評(píng)估滑坡風(fēng)險(xiǎn)。泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估利用DEM數(shù)據(jù)分析溝谷地形、坡度、降雨量等因素，識(shí)別潛在的泥石流區(qū)域，并評(píng)估泥石流風(fēng)險(xiǎn)。地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，識(shí)別潛在的地震風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。數(shù)字高程模型在林業(yè)中的應(yīng)用100森林面積50森林覆蓋度10林木蓄積量利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，例如坡度、坡向、海拔等，并結(jié)合遙感數(shù)據(jù)分析森林覆蓋度、林木蓄積量、森林生長(zhǎng)狀況等，為林業(yè)管理提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)字高程模型在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，例如坡度、坡向、海拔等，并結(jié)合土壤類(lèi)型、氣候條件等因素，分析作物種植適宜性，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)字高程模型在城市規(guī)劃中的應(yīng)用城市基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃利用DEM數(shù)據(jù)規(guī)劃城市道路、供水、排水、電力等基礎(chǔ)設(shè)施，以提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的效率和安全性。城市綠地規(guī)劃利用DEM數(shù)據(jù)規(guī)劃城市綠地，以改善城市環(huán)境，提高城市宜居性。城市防災(zāi)減災(zāi)利用DEM數(shù)據(jù)分析城市地形特征，評(píng)估城市防災(zāi)減災(zāi)能力，并制定城市防災(zāi)減災(zāi)措施。數(shù)字高程模型在交通規(guī)劃中的應(yīng)用道路選線(xiàn)：利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，選擇最佳道路路線(xiàn)，以降低道路建設(shè)成本，提高道路通行效率。交通流量分析：利用DEM數(shù)據(jù)分析道路地形特征，模擬交通流量，為交通管理提供數(shù)據(jù)支持。交通安全分析：利用DEM數(shù)據(jù)分析道路地形特征，識(shí)別潛在的交通安全風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)字高程模型在軍事應(yīng)用中的應(yīng)用地形模擬：利用DEM數(shù)據(jù)模擬地形，為軍事訓(xùn)練和作戰(zhàn)提供地形環(huán)境。目標(biāo)識(shí)別：利用DEM數(shù)據(jù)識(shí)別目標(biāo)，例如建筑物、車(chē)輛等。作戰(zhàn)指揮：利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，為作戰(zhàn)指揮提供決策支持。數(shù)字高程模型在環(huán)境管理中的應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測(cè)：利用DEM數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)環(huán)境變化，例如水體污染、土地利用變化等。環(huán)境評(píng)估：利用DEM數(shù)據(jù)評(píng)估環(huán)境狀況，例如水土流失、空氣污染等。環(huán)境保護(hù)：利用DEM數(shù)據(jù)制定環(huán)境保護(hù)措施，例如污染防治、生態(tài)恢復(fù)等。數(shù)字高程模型在氣候變化研究中的應(yīng)用1氣候變化影響評(píng)估：利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，評(píng)估氣候變化對(duì)地形的影響，例如冰川退縮、海平面上升等。2氣候變化適應(yīng)策略：利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，制定氣候變化適應(yīng)策略，例如城市防洪、水資源管理等。3氣候變化減緩措施：利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，制定氣候變化減緩措施，例如植樹(shù)造林、碳匯管理等。數(shù)字高程模型在旅游規(guī)劃中的應(yīng)用旅游資源評(píng)估利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，評(píng)估旅游資源，例如山川河流、森林草原等。旅游線(xiàn)路規(guī)劃利用DEM數(shù)據(jù)規(guī)劃旅游線(xiàn)路，以充分利用旅游資源，提高旅游體驗(yàn)。旅游安全保障利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，識(shí)別潛在的旅游安全風(fēng)險(xiǎn)，并制定旅游安全保障措施。數(shù)字高程模型在地籍管理中的應(yīng)用土地面積測(cè)量：利用DEM數(shù)據(jù)測(cè)量土地面積，為土地登記、土地交易等提供數(shù)據(jù)支持。地籍調(diào)查：利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行地籍調(diào)查，更新地籍信息。土地利用分析：利用DEM數(shù)據(jù)分析土地利用狀況，為土地管理提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)字高程模型在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用地形分析利用DEM數(shù)據(jù)分析地形特征，識(shí)別潛在的礦產(chǎn)資源，并為礦產(chǎn)勘探