DEM數(shù)據(jù)獲取方法解析

1、精品課件,1,DEM及地學(xué)分析,第三章 DEM數(shù)據(jù)獲取方法,第一節(jié) DEM數(shù)據(jù)源特征,精品課件,2,準(zhǔn)備知識 數(shù)據(jù)點是建立數(shù)字地面模型的基礎(chǔ)。 有了地面三維信息，就能根據(jù)這些已知信息（X,Y,Z）來確定地面數(shù)字函數(shù)模型，內(nèi)插出需要的數(shù)據(jù)點。取得一種密集方形格網(wǎng)線結(jié)點處高程值，就能繪制等高線。對于圖形的數(shù)據(jù)獲取，則是記錄坐標(biāo)、屬性、特征等。獲取的原始數(shù)據(jù)，還要進行預(yù)處理。,精品課件,3,DEM數(shù)據(jù)的主要來源,地形圖 攝影測量與遙感影像數(shù)據(jù) 地面測量 既有DEM數(shù)據(jù),精品課件,4,地形圖數(shù)據(jù)及其特征,地形圖現(xiàn)勢性 現(xiàn)勢性差，但物美價廉 地形圖存儲介質(zhì) 溫度，濕度等存放環(huán)境會使地形圖圖幅產(chǎn)生不同程度

2、的變形 地形圖精度 地形圖精度決定地形圖比例尺、等高線密度（由等高距表示）、成圖方法有關(guān),精品課件,5,各種不同比例尺的比較,工程設(shè)計的基本用圖，實地測量,我國地形圖系列的基本地形圖,精品課件,6,精品課件,7,精品課件,8,攝影測量/遙感影像數(shù)據(jù)及其特征,現(xiàn)勢性好：獲取速度快、更新速度快、更新面積大（大范圍DEM數(shù)據(jù)的最有價值來源） 相對精度和絕對精度低的遙感影像： LandsatMSS、TM傳感器、SPOT 高分辨率遙感圖像：1米分辨率的IKONOS 0.61米QUICKBIRD,精品課件,9,航空遙感影像數(shù)據(jù)作為DEM數(shù)據(jù)源注意點,遙感影像的幾何畸變 遙感數(shù)據(jù)的增強處理 遙感影像數(shù)據(jù)的空

3、間分辨率 遙感影像數(shù)據(jù)的解譯和判讀,精品課件,10,地面測量數(shù)據(jù)及其特征,測量儀器：全球定位系統(tǒng)（GPS）、全站儀、電子平板或經(jīng)緯儀/測距儀 測量要素：方向、距離和高差 （三維坐標(biāo)x、y、z） 用途：公路鐵路勘測設(shè)計、房屋建筑、場地平整、礦山、水利等對高程精度要求較高的工程項目 缺點：工作量大，周期長、更新十分困難，費用較高,精品課件,11,現(xiàn)存DEM數(shù)據(jù),覆蓋全國范圍的1:100萬、1:25萬、1:5萬數(shù)字高程模型 七大江河重點防洪區(qū)的1:1萬DEM 省級1:1萬數(shù)字高程模型的建庫工作也已全面展開,精品課件,12,精品課件,13,第二節(jié),DEM數(shù)據(jù)采樣理論基礎(chǔ),精品課件,14,準(zhǔn)備知識 DE

4、M重點應(yīng)放在數(shù)據(jù)來源和輸入質(zhì)量的控制上，而不實學(xué)習(xí)復(fù)雜的內(nèi)插方法 DEM是實際地形表面的再現(xiàn)，其對地形表達（數(shù)字化模擬）的可信程度，很大程度上取決于原始地形采樣點的分布和密度,精品課件,15,地形曲面幾何特征,理論基礎(chǔ)：地形表面可以劃分成點和線劃分成一系列的單一幾何表面 組成地形表面點和線可以分為兩大類：特征要素和非特征要素,精品課件,16,特征要素包括地形特征點和特征線 特征點：山頂、洼地、鞍部、山腳點、山脊點、山谷點等 特征線：山脊線、山谷線、各種斷裂線（陡坎、海岸線、水涯線等）,精品課件,17,（實線為山脊線，虛線為山谷線，三角形表示山頂，小園 為鞍部，正方形為方向變化點和坡度變化點）,

5、精品課件,18,非特征要素是分布在各個地形單元上的點和線，是為滿足采樣點密度要求而加測的點，這些點線主要是用來輔助地形重建（地形測圖中的輔助等高線勾繪等）,精品課件,19,地形的復(fù)雜程度,采樣點多少要求 地形比較破碎，溝壑交錯，這時宜多布設(shè)一些采樣點，以便能正確反映地形細部變化特征 地形變化比較均勻平坦，則可在滿足密度要求的條件下，可適當(dāng)減少采樣點,精品課件,20,精品課件,21,地形復(fù)雜度表達方法,常用的判別方法： 光譜頻率法、分?jǐn)?shù)維、地形曲率、相似性、坡度 （李志林 ）,精品課件,22,坡度是地形復(fù)雜程度的最重要的因子？ 1.通過坡度可以完整地形成地形曲面 2.坡度是地形曲面函數(shù)一階微分的

6、函數(shù)(高程隨距離變化的比率 ) ,坡度的變率是地形曲面的二階微分 3.區(qū)域DEM高程精度與平均坡度值之間存在強相關(guān) 4.坡度可以表示地表的陡峭方向和大小,WHY,精品課件,23,地貌單元類型,DEM數(shù)據(jù)采樣除與地形的幾何特征、復(fù)雜度有關(guān)外，地貌類型也對采樣數(shù)據(jù)點的分布和精度有一定影響,精品課件,24,行業(yè)地貌類型的劃分標(biāo)準(zhǔn),地貌學(xué) 黃土地貌、風(fēng)成地貌、喀斯特地貌、丹霞地貌 地理學(xué) ：平原、高原、丘陵、低山、高山、極高山 測繪學(xué) ：地表坡度和高差,黃土地貌樣點要多，而平原地貌精度要高,精品課件,25,常用的方法：測繪學(xué)中的坡度和高差 有等高線圖的計算方法 無等高線圖：航測,精品課件,26,等高線

7、圖中平均坡度計算方法,P為測區(qū)的面積，為測區(qū)等高線的長度，h為等高距,精品課件,27,平均坡度在測區(qū)較大或等高距不相等誤差大 解決途徑：統(tǒng)計回歸方法 基于的思想：地形圖上的地形坡度越大等高線越密，反之，坡度越小等高線越稀 方法：格網(wǎng)劃分研究區(qū)（格網(wǎng)大小取決于應(yīng)用精度要求），計算各子區(qū)域內(nèi)的等高線總長度，再根據(jù)回歸分析方法統(tǒng)計計算單位面積內(nèi)等高線長度值與坡度值之間的回歸模型，然后將等高線長度值轉(zhuǎn)換成坡度值。,精品課件,28,坡度的計算,P,O,Q,R,S,又：,所以：,精品課件,29,第三節(jié),DEM數(shù)據(jù)采樣策略與采樣方法,在何處的點要 量測記錄,精品課件,30,數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)源的三大屬性,點分

8、布 （地理坐標(biāo)系統(tǒng)中的經(jīng)緯度或直角坐標(biāo)系統(tǒng)中的東北向坐標(biāo)值 ）,精品課件,31,采樣點的選取,規(guī)則網(wǎng)格采樣：按規(guī)則矩形網(wǎng)格進行采樣，可直接生成規(guī)則矩形格網(wǎng)的DEM數(shù)據(jù)。 漸進采樣：根據(jù)地形使采樣點合理分布，即平坦地區(qū)采樣點少，地形復(fù)雜區(qū)采樣點多 沿等高線采樣：主要用于山區(qū)采樣。 選擇采樣(特征鏈狀數(shù)據(jù) )：根據(jù)地形特征進行采樣，如沿山脊線、山谷線等進行采集。 隨機采樣：隨機分布采樣點 混合采樣。,注意：所有采集的數(shù)據(jù)都要按一定的空間插值方法轉(zhuǎn)換成點模式格式數(shù)據(jù)。,精品課件,32,數(shù)據(jù)的密度,高程數(shù)據(jù)點的密度，是影響數(shù)字高程模型質(zhì)量的主要因素。數(shù)據(jù)點太稀，則數(shù)字模型的精度差，數(shù)據(jù)太密，則增加了數(shù)

9、據(jù)點數(shù)，增加了處理工作量以及不必要的存儲。,精品課件,33,數(shù)據(jù)的密度,數(shù)據(jù)點的密度有多種表示方式： 1.相鄰兩點之間的距離：通常采樣間隔以一個數(shù)字加單位組成（所有采樣點距離的平均值） 2.單位面積內(nèi)點數(shù) 3.截止頻率 4.單位線段上的點數(shù),精品課件,34,如何確定數(shù)據(jù)點最佳密度？ 一是用截止頻率方法，對地形進行頻譜分析，地形譜中高頻成分比較豐富時，即地形比較破碎，坡度變化較大，則要求數(shù)據(jù)點較密；反之，則對數(shù)據(jù)點要求較稀。 二是采用漸近采樣法，即按一定間距采樣時，取二次曲線代表地面的曲線，用間隔中點的線性內(nèi)插值與二次曲線內(nèi)插值的高程差異來判斷格網(wǎng)密度是否適當(dāng)。,精品課件,35,數(shù)據(jù)精度,采樣數(shù)

10、據(jù)精度與數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)的采集方法和數(shù)據(jù)采集的儀器密切相關(guān)的,數(shù)據(jù)源：,野外測量影像地形圖掃描,影像:攝影測量 GPS,地形圖無論是手扶跟蹤數(shù)字化 還是地形圖掃描的精度都是比較低的。,精品課件,36,采樣的布點遵循的原則,沿等高線采樣 ：地形復(fù)雜沿等高線跟蹤的方式進行數(shù)據(jù)采集 ;在平坦的地區(qū)，則不宜沿等高線采樣 規(guī)則格網(wǎng)采樣 :規(guī)定X和Y軸方向的間距來形成平面格網(wǎng)，量測這些格網(wǎng)點的高程。 剖面法：而在剖面法中，只沿一個方向即剖面方向上采樣,精品課件,37,剖面（Profile）,精品課件,38,漸進采樣：平坦的地區(qū)采樣要相對較少，地形復(fù)雜的地區(qū)要采樣相對較多 選擇性采樣：根據(jù)地形特征進行選擇性的采

11、樣（方法并不常見 ） 混合采樣 ：選擇采樣與規(guī)則格網(wǎng)采樣相結(jié)合或者是選擇采樣與漸進采樣相結(jié)合的采樣方法 （數(shù)據(jù)的存儲管理與應(yīng)用較復(fù)雜 ）,精品課件,39,精品課件,40,DEM數(shù)據(jù)采集方法,地形圖數(shù)據(jù)采集方法,精品課件,41,手扶跟蹤數(shù)字化操作,在數(shù)字化地圖區(qū)域之外的三個角上分別選取三個參照點 確定幾個控制點并將其數(shù)字化 以點方式或流方式跟蹤采集高程數(shù)據(jù)和平面數(shù)據(jù)。,精品課件,42,掃描矢量化,掃描過程：顏色（灰度值）和分辨率（DPI） 矢量化過程 ：柵格圖像轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù) （矢量化過程可分為手動式、半自動式和全自動式（暫時還沒有）三類 ）,精品課件,43,攝影測量數(shù)據(jù)采集方法,絕大部分的大比

12、例尺圖（1:5千、1:1萬、1:5萬）的成圖是采用攝影測量方法,精品課件,44,立體像對法,資料來源于張超主編的地理信息系統(tǒng)教程所配光盤,精品課件,45,兩類數(shù)字?jǐn)z影測量,全數(shù)字自動攝影測量方法：全數(shù)字?jǐn)z影測量方法采用規(guī)則格網(wǎng)采樣，直接形成格網(wǎng)DEM，如果與GPS自動空中三角測量系統(tǒng)集成，則可形成內(nèi)外業(yè)一體的高度自動化DEM數(shù)據(jù)采集技術(shù)流程 交互式數(shù)字?jǐn)z影測量方法：交互式數(shù)字?jǐn)z影測量方法增加了人工干預(yù)和編輯的功能，例如對于特殊地區(qū)的相關(guān)影像，采用計算機自動相關(guān)和人工交互相結(jié)合的方法，能夠獲得比較可靠的、精度較好的DEM。,精品課件,46,野外測量數(shù)據(jù)采集方法,全站儀與電子手薄 ：設(shè)備成本低 ，

13、但是繁瑣 全站儀與便攜機相連 ：測量的結(jié)果直接顯示在屏幕上,注意：測量前要知道完整的地物編碼系統(tǒng),精品課件,47,DEM數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進展,合成孔徑雷達干涉測量數(shù)據(jù)采集方法 機載激光掃描數(shù)據(jù)采集,精品課件,48,DEM數(shù)據(jù)采集方法的對比分析,精品課件,49,DEM用戶應(yīng)把重點放在數(shù)據(jù)來源和輸入質(zhì)量控制上， 而不是學(xué)習(xí)復(fù)雜的內(nèi)插方法,第五節(jié),DEM數(shù)據(jù)采集質(zhì)量控制,精品課件,50,原始數(shù)據(jù)粗差檢測與剔除,趨勢面概念：地形表面變化符合一定的自然趨勢，表現(xiàn)為連續(xù)空間的漸變模型，可用以光滑的曲面來描述 。 原理：某一采樣點的觀測值和趨勢面計算值相差較大時，該點可能含有粗差，因為它偏離了整體變化趨勢,某

14、流域降水量的二次多項式趨勢面,精品課件,52,三維可視化粗差檢測技術(shù),通過人機交互的方式可有效的檢測粗差點,精品課件,53,基于坡度信息的規(guī)則格網(wǎng)分布數(shù)據(jù)粗差探測技術(shù),坡度差計算 通過相鄰兩個網(wǎng)格之間的坡度差確定衡量坡度是否變化一致的閾值 懷疑一點 粗差剔除與數(shù)據(jù)點改正,精品課件,54,基于高程信息的不規(guī)則分布數(shù)據(jù)粗差探測方法,精品課件,55,DEM數(shù)據(jù)共享和利用,第五節(jié),各個國家、地區(qū)和組織紛紛制定了相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享 原則和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，我國也適時頒布了我國DEM數(shù)據(jù) 交換格式標(biāo)準(zhǔn),精品課件,56,我國DEM數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn),DEMs數(shù)據(jù)體采取從北到南，從西到東的順序，并以ASCII碼的方式存儲。 文件頭分兩類數(shù)據(jù)：一類是基本的必須的數(shù)據(jù)，一類是擴充的附加信息,精品課件,57,我國不同