中科院研究生课程GIS基础课件第7章数字地面模型综述.ppt

地理空间实质是三维的，只是人们通常在二维地理空间上描述并进行分析。如在土地利用，土地分级等问题上，都用平面专题图来描述。 数字地面模型的提出，从时间上实际上早于GIS，但GIS的发展大大促进人们对数字地面模型的研究。 DTM (Digital Terrain Model)数字地形模型 50年代由MIT摄影测量实验室提出，是用数字形式描述地形表面的模型。实质上这是对地面形态和属性信息的数字表达。 DEM(Digital Elevation Model)数字高程模型 当DTM模型中数字属性为高程时称DEM模型，即数字高程模型。 DEM模型是DTM模型的一种特例。 DEM模型是新一代的地形图，它通过存储在介质上的大量地面点空间数据和地形属性数据，以数字形式来描述地形地貌。 7.2 DEM的常用数据模型 1）格网面元 组成格网的四个相邻格点在水平面上所包含的面积单元。 2）格网面元的趋势面 格网面元的四个角点高程支撑的数学面，通常该数学面用三种形式表示。 按最小二乘法将格网面元四个角点高程拟合为一个平面，称格网面元的平面趋势面。 将格网面元四个角点高程拟合为双线性趋势面。 将格网面元四个角点高程拟合为双三次趋势面。 3)格网点 针对格网点的值 格网数据结构是典型的栅格数据结构，可采用栅格矩阵及其压缩编码的方法表示。其数据包括三部分： 1）元数据 描述DEM数据的数据，如数据表示的时间、边界、测量单位、投影参数。 2）数据头 DEM数据的起点坐标、坐标类型、格网大小、行列数等。 3）数据体 行列数分布的数据阵列。 规则格网数据模型的优点： 1）数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作和存储。尤其适合在栅格数据结构的GIS系统中。 2）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域地形等。 规则格网是DEM最广泛使用的格式。目前，很多国家都以规则格网的数据矩阵作为DEM提供方式。 规则格网数据模型的缺点： 1）数据量大，通常采用压缩存储 无损压缩存储，如游程编码、链码、四叉树编码； 有损压缩存储，如离散余弦（DCT Discrete Cosine Transformation), 小波变换（Wavelet Transformation) 2）不规则的地面特性与规则的数据表示之间本身就不协调。它对不同地形采用一律平等的规则格网，不利于表示复杂地形。 生成不规则三角网的算法要求： 1）连接时尽可能使三角形的三个边长接近，成锐角三角形； 2）为保证从最邻近点生成不规则三角形，使三角形边长之和为最小。为此，已知三角形一边之后，选择到该一边两端点距离之和最小的一点作为三角形的另一个点； 3）生成三角形的任意一边不能和地性线相交，不能和已生成的三角形的任意一边相交。为此，采样点要合理，它应能较好的反映地形真实情况。如对特殊的地形线，如山谷线、山瘠线、断裂线处，出现不完全反映真实情况时，要剔除这类三角形进行调整处理。 在众多不规则三角网生成算法中，Delaunay算法用得最多。 1）逐步生成法 以任一点为起始点； 找出离起始点最近的数据点连线，作为起始基线； 按联三角形法则找出第三点连成三角形； 再以连成三角形的新边作基线重复上述步骤，直到终止。 2）分割归并法（分而治之法） 将点集分到足够小，使其成为易生成三角网的子集，然后将子集合并。 3）逐点插入法 先在包含所有数据点的多边形中建立初始三角网，然后将余下的点逐一插入。建立初始三角网的方法可能不同。 不规则三角网模型的优点： 1）克服栅格数据中的数据冗余问题； 2）表示地面形态效率高，数据精度高。它能较好地表 示地性线，充分表示复杂的地形特征，适应起伏 不同的地形。 不规则三角网模型的缺点： 1）算法实现复杂，由于形成三角网方法不同有不同 算法； 2）对特殊的地形线要调整。 等值线是指X-Y平面上f(x,y)=c的轨迹分布线。 这里的c为某一常数值，该值所表示的物理意义可以是地形高程数据，温度场中的温度数据，气象上气压的数据等等。 等值线符合下述要求： 　给定值的等值线在相应域内不能互相交错； 　一根等值线通常是一条连续曲线； 　给定值后，相应域上等值线不限于一条； 　等值线可以是闭合曲线，也可以和域外连续。 等高线是通过对地球表面进行一系列不同高程的水平切割后，切割面和地球表面产生的一系列交线。它由一系列等高线和其高程值构成，其上的每根等高线有一已知的高程值。每条等高线是一组有序的坐标点序列，也可认为是带有高程属性的多边形或弧段。由于生成等高线时丢失了大量地表信息，所以用等高线重建地貌形态时只能近似表示。 1）航空