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数字地面模型的建立 一、数字地面模型的发展过程 数字地面模型DTM(Digital Terrain Model)最初是美国麻省理工学院Miller教授为了高速公路的自动设计于1956年提出来的。此后，它被用于各种线路(铁路、公路、输电线)的设计及各种工程的面积、体积、坡度的计算，任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图与地图的修测。在遥感中可作为分类的辅助数据。它是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。在军事上可用于导航及导弹制导。在工业上可利用数字表面模型DSM(Digital Surface Model)或数字物体模型DOM(Digital Object Model)绘制出表面结构复杂的物体的形状。 数字地面模型DTM的理论与实践由数据采集、数据处理与应用三部分组成。对它的研究经历了四个时期。50年代末是其概念的形成；60年代至70年代对DTM内插问题进行了大量的研究，如Schut提出的移动曲面拟合法，Arthur，Hardy提出的多面函数内插法，Kraus和Mikhail提出的最小二乘内插法及Ebner等提出的有限元内插法等。70年代中、后期对采样方法进行了研究，其代表为Makarovic提出的渐近采样PROSA(Progressive Sampling)及混合采样(Composite Sampling)。80年代以来，对DTM的研究已涉及到DTM系统的各个环节，其中包括用DTM表示地形的精度、地形分类、数据采集、DTM的粗差探测、质量控制、DTM数据压缩、DTM应用以及不规则三角网DTM的建立与应用等等。 目前国际上比较著名的DTM软件包有德国Stuttgart大学研制的SCOP程序，Munich大学研制的HIFI程序，Hannover大学研制的TASH程序，奥地利Vienna工业大学研制的SORA程序及瑞士Zurich工业大学研制的CIP程序。这些程序也都拥有广泛的应用模块等值线图、立体透视图、坡度图及土方的计算等等。 二、数字地面模型的概念 在模拟摄影测量以及解析摄影测量中，都是将地面上的信息(地貌、地物以及各种名称)用图形与注记的方式表示在图纸上，例如用等高线、地貌符号及必要的数字注记表示地形，用各种不同的符号与文字注记表示地物的位置、形状及特征，这就是常用的地形图。其优点是比较直观，便于人工使用；缺???是不便于管理，特别是无法被计算机直接利用，因而不能满足各种工程设计自动化的要求。随着计算机技术和信息处理的发展以及生产实践的要求，这种传统的地图逐渐被数字化产品所取代，其典型产品将是数字地图与数字地面模型。 数字地面模型DTM是地形表面形态等多种信息的一个数字表示。严格地说，DTM定义在某一区域D上的m维向量有限序列： {Vi,I=1,2,…,n} （7-4-1） 其向量Vi＝(Vi1，Vi2，…，Vim)的分量为地形Xi，Yi，Zi(Xi，Yi)∈D)、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息的定量或定性描述。DTM是一个地理信息数据库的基本内容，若只考虑DTM的地形分量，我们通常称其为数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)或（Digital Height Model），其定义如下： 数字高程模型DEM是表示区域D上地形的三维向量有限序列{Vi=(Xi，Yi，Zi)，i=1,2, …，n}，其中(Xi，Yi∈D)是平面坐标，Zi是(Xi，Yi)对应的高程。当该序列中各向量的平面点位呈规则格网排列时，则其平面坐标(Xi，Yi)可省略，此时DEM就简化为一维向量序列{Zi，i=1，2，…，n}，这也是DEM或DHM名称的缘由。在实际应用中，许多人习惯将DEM称为DTM，实质上它们是不完全相同的。 与传统的地图比较，DTM作为地表信息的一种数字表达形式有着无可比拟的优越性。首先，它可以直接输入计算机，供各种计算机辅助设计系统利用；其次，DTM可运用多层数据结构存贮丰富的信息，包括地形图无法容纳与表达的垂直分布地物信息，以适应国民经济各方面的需求；此外，由于DTM存贮的信息是数字形式的，便于修改、更新、复制及管理，也可以方便地转换成其它形式(包括传统的地形图、表格)的地表资料文件及产品。 三、DEM的形式 DEM有多种表示形式，主要包括规则矩形格网与不规则三角网等。为了减少数据的存贮量及便于使用管理，可利用一系列在X，Y方向上都是等间隔排列的地形点的高程Z表示地 形，形成一个矩形格网DEM。其任意一个点Pij的平面坐标可根据该点在DEM中的