第六章 数字地面模型的建立及应用.ppt

数字高程模型（DEM）及其应用 概述 数字高程模型的数据获取及预处理 数字高程模型的内插方法 DEM的精度及存贮管理 三角网数字地面模型 概述 数字地面模型的发展过程 数字地面模型DTM（Digital Terrain Model）Miller教授1956年提出来。数字地面模型就是用一个用于表示地面特征的空间分布的数据阵列，最常用的是用一系列地面点的平面坐标X、Y以及该点的高程Z或属性组成的数字阵列。 数字摄影测量的DEM数据采集方式 沿等高线采样：沿等高线采样可按等距离间隔记录数据或按等时间间隔记录数据方式进行 。 规则格网采样：该方法的优点是方法简单、精度较高、作业效率也较高；缺点是特征点可能丢失。 等高线光滑（曲线内插 ) 曲线应通过已知的等高线点（称为节点） 曲线在节点处光滑，即其一阶导数（或二阶导数）是连续的 相邻两个节点间的曲线没有多余的摆动； 同一等高线自身不能相交。 对点的选择除了满足n＞6外，还应保证各个象限都有数据点，当地形起伏较大时，半径R不能取得很大。当数据点较稀或分布不均匀时，利用二次曲面移动拟合可能产生很大的误差，因为解的稳定性取决于法方程的状态，而法方程的状态与点位分布有关 移动曲面拟合法注意事项 二、多面函数法DEM内插 “任何一个圆滑的数学表面总是可以用一系列有规则的数学表面的总和，以任意的精度进行逼近。”也就是一个数学表面上某点（X，Y）处高程Z的表达式为: 三、有限元法DEM内插 为了解算一个函数，把它分成为许多适当大小的“单元”，在每一单元中用一个简单的函数，例如多项式来近似地代表它。对于曲面，也可以用大量的有限面积单元来趋近它。 DEM的存贮管理 1.DEM数据文件的存贮： 文件头+各格网点的高程 2 地形数据库 ：将整个范围划分成若干地区，每一地区建立一个子库，将这些地区合并成一个高一层次的大区域构成整个范围的数据库 DEM的管理 若DEM以图幅为单位存贮，每一存贮单位可能由多个模型拼接而成，因而要建立一套管理软件，以完成DEM按图幅为单位的存贮、接边及更新工作 用户只能读取的，而不能写入 ，只有DEM维护管理人员才有权写入 三角网数字地面模型 三角网数字地面模型的构建 应尽可能保证每个三角形是锐角三角形或三边的长度近似相等，避免出现过大的钝角和过小的锐角 对非规则离散分布的特征点数据，可以建立各种非规则网的DEM，最简单是不规则三角网（TIN-Triangulated Irregular Network） 角度判断法建立TIN ?将原始数据分块 该方法是当已知三角形的两个顶点（即一条边）后，利用余弦定理计算备选第三顶点的三角形内角的大小，选择最大者对应的点为该三角形的第三顶点。 检索所处理三角形邻近点 则C为该三角形第三顶点 A B C1 C2 C3 ?确定第一个三角形 角度判断法建立TIN A B 与A点距离最近的点 C1 C2 C3 示意图 哪个内角最大 ? 三角形的扩展 依次对每一个已生成的三角形的新增加的两边，按角度最大的原则向外进行扩展，并进行是否重复的检测。 角度判断法建立TIN ? 向外扩展的处理。若从顶点为P1(X1,Y1), P2(X2,Y2), P3(X3,Y3)的三角形之P1P2边向外扩展，应取位于直线P1P2与P3异侧的点 p1 p3 p2 P1P2直线方程为 若备选点P之坐标为（X，Y） ? 重复与交叉的检测。任意一边最多只能是两个三角形的公共边， 泰森多边形与狄洛尼三角网 区域D上有n个离散点Pi(Xi,Yi)(i=1,2,…,n)，若将D用一组直线段分成n个互相邻接的多边形，满足： 每个多边形内含且仅含一个离散点 D中任意一点P’(X’,Y’)若位于Pi所在的多边形内，则满足 ?若P’在与所在的两多边形的公共边上，则 多边形称为泰森多边形。用直线段连接每两个相邻多边形内的离散点而生成的三角网称为狄洛尼三角网 泰森多边形与狄洛尼三角网 TIN 三角网数字地面模型的存贮 1 3 9 5 4 3 2 NO 7 6 5 4 3 2 1 36 81.0 90.0 10.0 10 ? ? ? ? ? 8 62.6 23.9 67.2 3 5 67.3 10.0 50.7 2 1 43.5 10.0 90.0 1 P Z Y X NO 网点邻接的指针链 坐标与高程值表 方式一 直接表示网点邻接关系的结构 最大特点是存贮量小，编辑方便。但是三角形及邻接关系都需要实时再生成，且计算量较大，不便于TIN的快速检索与显示。 方式一 直接表示网点邻接关系的结构 方式二 直接表示三角形及邻接关系的结构 这种数据结构由网点坐标与高程、三角形以及邻近三角形三个数据表组成，每个三角形都作