DEM數據獲取方法解析

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

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,精品課件,5,各種不同比例尺的比較,工程設計的基本用圖，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/遙感影像數據及其特征,現勢性好：獲取速度快、更新速度快、更新面積大（大范圍DEM數據的最有價值來源） 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,航空遙感影像數據作為DEM數據源注意點,遙感影像的幾何畸變 遙感數據的增強處理 遙感影像數據的空

3、間分辨率 遙感影像數據的解譯和判讀,精品課件,10,地面測量數據及其特征,測量儀器：全球定位系統(tǒng)（GPS）、全站儀、電子平板或經緯儀/測距儀 測量要素：方向、距離和高差 （三維坐標x、y、z） 用途：公路鐵路勘測設計、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,現存DEM數據,覆蓋全國范圍的1:100萬、1:25萬、1:5萬數字高程模型 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數據采樣理論基礎,精品課件,14,準備知識 DE

4、M重點應放在數據來源和輸入質量的控制上，而不實學習復雜的內插方法 DEM是實際地形表面的再現，其對地形表達（數字化模擬）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：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，可適當減少采樣點,精品課件,20,精品課件,21,地形復雜度表達方法,常用的判別方法： 光譜頻率法、分數維、地形曲率、相似性、坡度 （李志林 ）,精品課件,22,坡度是地形復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一階微分的

6、函數(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 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數據采樣除與地形的幾何特征、復雜度有關外，地貌類型也對采樣數據點的分布和精度有一定影響,精品課件,24,行業(yè)地貌類型的劃分標準,地貌學 黃土地貌、風成地貌、喀斯特地貌、丹霞地貌 地理學 ：平原、高原、丘陵、低山、高山、極高山 測繪學 ：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：格網劃分研究區(qū)（格網大小取決于應用精度要求），計算各子區(qū)域內的等高線總長度，再根據回歸分析方法統(tǒng)計計算單位面積內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數據采樣策略與采樣方法,在何處的點要 量測記錄,精品課件,30,數字高程模型數據源的三大屬性,點分

8、布 （地理坐標系統(tǒng)中的經緯度或直角坐標系統(tǒng)中的東北向坐標值 ）,精品課件,31,采樣點的選取,規(guī)則網格采樣：按規(guī)則矩形網格進行采樣，可直接生成規(guī)則矩形格網的DEM數據。 漸進采樣：根據地形使采樣點合理分布，即平坦地區(qū)采樣點少，地形復雜區(qū)采樣點多 沿等高線采樣：主要用于山區(qū)采樣。 選擇采樣(特征鏈狀數據 )：根據地形特征進行采樣，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：所有采集的數據都要按一定的空間插值方法轉換成點模式格式數據。,精品課件,32,數據的密度,高程數據點的密度，是影響數字高程模型質量的主要因素。數據點太稀，則數字模型的精度差，數據太密，則增加了數

9、據點數，增加了處理工作量以及不必要的存儲。,精品課件,33,數據的密度,數據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字加單位組成（所有采樣點距離的平均值） 2.單位面積內點數 3.截止頻率 4.單位線段上的點數,精品課件,34,如何確定數據點最佳密度？ 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，則要求數據點較密；反之，則對數據點要求較稀。 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插值與二次曲線內插值的高程差異來判斷格網密度是否適當。,精品課件,35,數據精度,采樣數

10、據精度與數據源、數據的采集方法和數據采集的儀器密切相關的,數據源：,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 ：地形復雜沿等高線跟蹤的方式進行數據采集 ;在平坦的地區(qū)，則不宜沿等高線采樣 規(guī)則格網采樣 :規(guī)定X和Y軸方向的間距來形成平面格網，量測這些格網點的高程。 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，地形復雜的地區(qū)要采樣相對較多 選擇性采樣：根據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)則格網采樣相結合或者是選擇采樣與漸進采樣相結合的采樣方法 （數據的存儲管理與應用較復雜 ）,精品課件,39,精品課件,40,DEM數據采集方法,地形圖數據采集方法,精品課件,41,手扶跟蹤數字化操作,在數字化地圖區(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字化 以點方式或流方式跟蹤采集高程數據和平面數據。,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 ：柵格圖像轉換成矢量數據 （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,攝影測量數據采集方法,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,45,兩類數字攝影測量,全數字自動攝影測量方法：全數字攝影測量方法采用規(guī)則格網采樣，直接形成格網DEM，如果與GPS自動空中三角測量系統(tǒng)集成，則可形成內外業(yè)一體的高度自動化DEM數據采集技術流程 交互式數字攝影測量方法：交互式數字攝影測量方法增加了人工干預和編輯的功能，例如對于特殊地區(qū)的相關影像，采用計算機自動相關和人工交互相結合的方法，能夠獲得比較可靠的、精度較好的DEM。,精品課件,46,野外測量數據采集方法,全站儀與電子手薄 ：設備成本低 ，

13、但是繁瑣 全站儀與便攜機相連 ：測量的結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數據采集技術的進展,合成孔徑雷達干涉測量數據采集方法 機載激光掃描數據采集,精品課件,48,DEM數據采集方法的對比分析,精品課件,49,DEM用戶應把重點放在數據來源和輸入質量控制上， 而不是學習復雜的內插方法,第五節(jié),DEM數據采集質量控制,精品課件,50,原始數據粗差檢測與剔除,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,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)則格網分布數據粗差探測技術,坡度差計算 通過相鄰兩個網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 粗差剔除與數據點改正,精品課件,54,基于高程信息的不規(guī)則分布數據粗差探測方法,精品課件,55,DEM數據共享和利用,第五節(jié),各個國家、地區(qū)和組織紛紛制定了相關領域的數據共享 原則和數據交換標準，我國也適時頒布了我國DEM數據 交換格式標準,精品課件,56,我國DEM數據交換格式標準,DEMs數據體采取從北到南，從西到東的順序，并以ASCII碼的方式存儲。 文件頭分兩類數據：一類是基本的必須的數據，一類是擴充的附加信息,精品課件,57,我國不同