[理学]19 空间分析的原理与方法-数字地形模型分析.ppt

地理信息系统基础 Geographical Information System 第五章 空间分析的原理与方法 教学内容 §5.1空间数据查询 §5.2空间统计分析 §5.3数字地面模型分析 §5.4空间叠加分析 §5.5空间缓冲区分析 §5.6泰森多边形分析 §5.7空间网络分析 §5.8空间距离的量算 §5.9空间分析模型 §3 数字地形模型分析 一. DEM 概述 二. DEM建立 三. DEM 的应用 一. DEM概述 1.概述 DTM:数字地形(面)模型 （Digital Terrain Model）,是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。属性特征如气压/温度。 DEM:数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model）。高程是地理空间中的第三维坐标。 DTM 、DEM关系：数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型。 DEM可以用于各种地形信息提取，如坡度、坡向、三维正射影像、剖面分析、可视域分析和填挖方分析等。DEM在土木工程设计、军事指挥等众多领域被广泛使用。 2.DEM表示法 2.DEM表示法 地形曲面数学方法表示：z = f（x，y）： z为二维表面上连续变化的地理特征。 在地理信息系统中，DEM最主要的三种表示模型是： 规则格网模型， 等高线模型， 不规则三角网模型。 三种表示模型是地形分析的基础数据。 DEM三种表示模型 规则格网模型 规则网格法将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组。每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。 DEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。 规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。 规则格网模型 在高程模型中，三维信息是以一个矩阵的形式存储高程数据，而该高程点的平面坐标值（X,Y）隐含在一个矩阵的行列值（i,j）中，可以通过下面的公式计算得到： DEM={Zi,j},i=1,2,3…,n;j=1,2,3,...,n Xi=X0+I*dx Yj=Y0+j*dy 其中I,J＝（0，1，……n-1）；n为行,列数 规则网格模型 对于每个网格的数值有两种不同的解释。 第一种认为该格网单元的数值是其中所有点的高程，即格网单元对应的地面面积内高程是均一的高度。这种数字高程模型是一个不连续的函数，一般用来表示离散空间。 第二种认为该格网单元的数值是网格中心点的高程或该网格单元的平均高程值，这样则需要用一种插值方法来计算每个点的高程。 在Arc View 中，每个网格的值被认为是栅格中心点的值. 规则格网模型 优点：结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，成为DEM最通用的形式。 缺点： a) 地形简单的地区存在大量冗余数据； b) 如不改变格网大小,则无法适用于起伏程度不同的 地区； c) 对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向 被夸大； d) 由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征, 如山峰、洼坑、山脊等； 等高线模型 等高线模型 TIN模型 TIN（Triangulated Irregular Network) 利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点连接成相互连续的三角面。 连接原则：尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等--Delaunay。 不规则三角网是另外一种表示数字高程模型的方法，它既减少规则格网方法带来的数据冗余，同时在计算（如坡度）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。 TIN模型 TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。 如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微。 TIN模型 TIN模型 二.DEM的建立 建立DEM的方法(过程)： DEM数据采集 DEM数据处理 DEM数据生成 DEM数据采集 DEM数据采集所遵循的原则 (1)、在DEM数据采集之前，根据DEM的精度要求确定合理的采样精度。 (2)、单调地形应均匀采点，密度不必过大 。 变化明显的地形应密集采点，尽量采集地形转折处的数据点。 (3)、不应出现大的空白区。对于大片平坦的地区应保证最低的采点密度（单位面积内若干点）。 DEM数据处理 DEM数据处理 1、数据格式转换 将其它格式的数据转换成相应DEM内插软件要求的格式。 2、坐标系统转换 如像片坐标－－－－大地坐标，并且具有相同的投影和