11.DEM制作和三維分析

1、DEM制作和三維分析 閆磊閆磊 EMail:EMail: GISGIS數(shù)據(jù)處理和制圖數(shù)據(jù)處理和制圖 本章內(nèi)容 一、一、DEM 概念概念 二、二、DEM 制作制作 三、表面分析三、表面分析 五、綜合應(yīng)用五、綜合應(yīng)用 四、插值分析四、插值分析 一、DEM是什么 DEM是“數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model）”的英文簡寫。 數(shù)字地形模型(DTM)：即Digital Terrain Model， 是數(shù)字形式表示的地表面，即區(qū)域地形的數(shù)字表示 ，它是由一系列地面點的X，Y位置及其相聯(lián)系的高 程Z所組成。這種數(shù)字形式的地形模型是為適應(yīng)計算 機(jī)處理而產(chǎn)生的，又為各種地形特征及專題屬

2、性的 定量分析和不同類型專題圖的自動繪制提供了基本 數(shù)據(jù)。 在專題地圖上，第三維Z不一定代表高程，而可代表 專題地圖的量測值，如地震烈度地震烈度、氣壓值，溫度，氣壓值，溫度， 降雨量降雨量等。 DEM四種表現(xiàn)形式 TIN 三角網(wǎng) Terrain Tin升級（地形） Grid（raster） 柵格 ASCII 文本格式 1.2什么是Tin TIN 規(guī)則三角網(wǎng) 的英文首字母縮寫。 一種將地理空間分割為不 重疊的相連三角形的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 每個三角形的折點都是具 有 x、y 和 z 值的采樣數(shù)據(jù)點。 這些采樣點通過線相連，從而 構(gòu)成 Delaunay 三角形。 TIN 用于存儲和顯示表面模型。 。

3、TIN 用于表示一個表面，或者說是連續(xù)的數(shù)據(jù)，而不能表示離散 的數(shù)據(jù) TIN 通常用于表示大數(shù)據(jù)應(yīng)用中的 terrain 表面，而高程點則允 許不規(guī)則地分布以容納表面中具有較大差異的各個區(qū)域，并且 高程點的值和實際位置將作為結(jié)點保留在 TIN 中。 TinTin的升級版本為的升級版本為Terrain, TerrainTerrain, Terrain創(chuàng)建見創(chuàng)建見 3D3D分析：練習(xí)分析：練習(xí) 8 8：創(chuàng)建和使用：創(chuàng)建和使用 terrain terrain 數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集 1.3表面模型（表面模型（GRIDGRID和和TINTIN）的區(qū)別）的區(qū)別 柵格是像元（或像素）的矩形陣列，每個柵格柵格是像元（

4、或像素）的矩形陣列，每個柵格 都存儲了它所覆蓋的表面部分的值。一個指定像都存儲了它所覆蓋的表面部分的值。一個指定像 元包含一個值，因此，表面的詳細(xì)程度取決于柵元包含一個值，因此，表面的詳細(xì)程度取決于柵 格像元的大小。格像元的大小。 這兩種模型各有優(yōu)缺點，相比而言，相比而言，GRIDGRID模型比模型比 較簡單、高效，較簡單、高效，TINTIN模型比較精確，數(shù)據(jù)量，耗模型比較精確，數(shù)據(jù)量，耗 內(nèi)存大。所以，一般內(nèi)存大。所以，一般GRIDGRID模型多用于區(qū)域性的、模型多用于區(qū)域性的、 小比例尺的應(yīng)用，而小比例尺的應(yīng)用，而TINTIN模型則更常用于精細(xì)的模型則更常用于精細(xì)的 、大比例尺的應(yīng)用、大比

5、例尺的應(yīng)用。 TIN說明 TIN 通常用于較小區(qū)域的高精度建模（如在工程應(yīng)用 中），此時 TIN 非常有用，因為它們允許計算平面 面積、表面積和體積。 TIN 的最大允許大小視連續(xù)的可用內(nèi)存資源而定。對 于 Win32 系統(tǒng)而言，正常操作條件下，可達(dá)到的最 大大小為 1000 到 1500 萬個結(jié)點。出于可用性和性 能的考慮，強(qiáng)烈建議始終將此大小限制為幾百萬。如 果超出這一大小，則最好使用 terrain 數(shù)據(jù)集來表 示。 由于結(jié)點可以不規(guī)則地放置在表面上，所以在表面起 伏變化較大或需要更多細(xì)節(jié)的區(qū)域，TIN 可具有較高 的分辨率，而在表面起伏變化較小的區(qū)域，則可具有 較低的分辨率。 Terr

6、ain數(shù)據(jù) Terrain 數(shù)據(jù)集是一種多分 辨率的基于 TIN 的表面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ，它是基于作為要素存儲在地理數(shù) 據(jù)庫中的測量值構(gòu)建而成的。通常 ，terrain 數(shù)據(jù)集通過激光雷達(dá)、 聲納和攝影測量源進(jìn)行構(gòu)建。 Terrain 存儲在地理數(shù)據(jù)庫的要素 數(shù)據(jù)集中，其中包含用于構(gòu)建 terrain 的要素。 DEM獲得 建立DEM的方法有多種，從數(shù)據(jù)源及采集方式主要有： 根據(jù)航空或航天影像，通過攝影測量途徑獲；野外 測量或者從現(xiàn)有地形圖上采集高程點或者等高線， 后通過內(nèi)插生成DEM等方法 要想快速的獲取大范圍的DEM數(shù)據(jù) 衛(wèi)星手段是一種好的方法。而且隨著衛(wèi)星傳感器的發(fā)展，獲 取的DEM精度越來越

7、高。如目前商業(yè)衛(wèi)星最高分辨率的0.41 米GeoEye-1，在使用高質(zhì)量控制資料時，垂直精度的中誤差 可達(dá)到0.5米，可滿足1:5000的地圖比例尺生產(chǎn)。目前具有單 軌立體成像的衛(wèi)星傳感器主要有： 當(dāng)然還有一些側(cè)軌立體成像的衛(wèi)星，包括IKONOS, KOMPSAT-2, OrbView-3, QuickBird, SPOT 5等。 90 米和30米DEM下載 下載地圖:http:/ 二、DEM制作 1、DEM制作和過程中存在問題 2、DEM應(yīng)用 創(chuàng)建DEM方法 創(chuàng)建TIN：點、線創(chuàng)建TIN TIN轉(zhuǎn)柵格：tin生成柵格DEM 地形轉(zhuǎn)柵格：點、線創(chuàng)建柵格DEM 柵格轉(zhuǎn)TIN:柵格DEM轉(zhuǎn)TIN

8、柵格轉(zhuǎn)ASCII：柵格DEM轉(zhuǎn)文本 ASCII轉(zhuǎn)柵格：文本轉(zhuǎn)柵格 Terrain使用向?qū)?chuàng)建 2.1創(chuàng)建TIN 1、使用等值線和離散點（有一個字段標(biāo)注高程值）離散點（有一個字段標(biāo)注高程值）加載等值線，一定要選高程高程 字段字段硬斷線提供Z值，那么構(gòu)建出來的Tin也就會在Hard line處生成節(jié)點，表 示表面上的不連續(xù)性； 軟斷線在參與構(gòu)Tin時，本身不提供Z值，表示線性要素但并不改變表面坡度 的邊。比如，要標(biāo)出當(dāng)前分析區(qū)域的邊界，mass points離散點，生成的TIN 沒有線，用于點生成tin 數(shù)據(jù):11.DEM制作和分析dgxtinyl.mdbdgx，操作:創(chuàng)建tin.exe 2.1兩

9、塊等高線創(chuàng)建TIN Tin的剪裁（中級） 數(shù)據(jù)位置：11.DEM制作和分析特殊 兩塊等高線創(chuàng)建TIN，按照下面的方法 ，創(chuàng)立Tin，這不是我們需要？ 2.1兩塊等高線創(chuàng)建TIN Tin的剪裁（中級） 使用矢量和柵格clip、split都不可以的，只有在創(chuàng)建Tin，加入 剪裁的面，一起參與創(chuàng)建tin，面的參數(shù)設(shè)置，如下，使用 hard cliphard clip 多邊形參與tin四種方式 裁切：定義插值的邊界，處于裁切多邊形之外的輸入數(shù)據(jù)將 不參與插值與分析操作。 刪除：定義插值的邊界，與裁切多邊形的不同之處在于多邊 形之內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)將不參與插值與分析操作。 替換：可對邊界與內(nèi)部高度設(shè)置相同值，

10、可用來對湖泊或斜 坡上地面為平面的開挖洞建模。 1. 填充：它的作用是對落在填充多邊形內(nèi)所有的三角形賦予整 數(shù)屬性值。表面的高度不受影響，也不進(jìn)行裁切或刪除。 數(shù)據(jù)位置：11.DEM制作和分析特殊 設(shè)置界面設(shè)置界面 硬替換中的字段值才有意義硬替換中的字段值才有意義 數(shù)據(jù)位置：11.DEM制作和分析特殊，操作見：創(chuàng)建 tin.exe 2.2Tin-DEM TIN 轉(zhuǎn)柵格 然后TIN 轉(zhuǎn)柵格,生成DEM,直接使用經(jīng)緯坐標(biāo)的無法生成 grid， Elevaton按原來的值、下面坡度、坡向，Cellsize Cellsize 默 認(rèn)值是圖形外接矩形最短邊除以250，單位和地圖坐標(biāo)定義， 是地理坐標(biāo)是度

11、為單位，其他以米為單位，一個像素點代表的 矢量的大?。ǜ叨?寬度），Cellsize越大，粒度越大，影像越 ?。ㄐ袛?shù)row，col越少），數(shù)據(jù)精度越低， Cellsize可以浮點 數(shù)，可以小于可以小于1 1的 使用上面分幅數(shù)據(jù)的tin Terrain創(chuàng)建 必須基于數(shù)據(jù)集右鍵向?qū)?chuàng)建 數(shù)據(jù):11.DEM制作和分析dgxtinyl.mdbkknewdgx 操作:創(chuàng)建terrain.exe 模型 模型位置:11.DEM制作和分析dgxtin工具箱.tbx創(chuàng)建 terrain 柵格和ASCII轉(zhuǎn)換 ASCII 頭文件 ncols 319-數(shù)據(jù)列數(shù) nrows 198-數(shù)據(jù)行數(shù) xllcorner 13

12、1985-數(shù)據(jù)左上角的X值 yllcorner 19020-數(shù)據(jù)左上角的Y值 cellsize 5-數(shù)據(jù)分辨率（柵格單元的寬高） NODATA_value -99999-無值數(shù)據(jù)標(biāo)志 2.2、DEM應(yīng)用 獲得指定點高程 剖面分析 對點填等高值 通過Dem 給值提取至點Extract Values to Points 或則添加表面信息（或則添加表面信息（AddSurfaceInformationAddSurfaceInformation）工具）工具 插值插值shapeshape 數(shù)據(jù)使用:11.DEM制作和分析dgxtinyl.mdbGCZJD 檢查DEM精度 數(shù)據(jù)：10demdem檢查gcd.

13、dxf和2541.6-474.0.dem 例子:獲得界址點高程 數(shù)據(jù)：11.DEM制作和分析獲得界址點高程.mxd 例子:獲得界址點高程 方法2 數(shù)據(jù)：11.DEM制作和分析獲得界址點高程.mxd 基本按鈕介紹 在屏幕上創(chuàng)建等高線，是Element，操作在屏幕 上點一下 屏幕可視分析，操作是屏幕上劃線，綠色是可視 、紅色是不可視 畫點 畫線 畫面 斷面分析斷面分析，先劃線 三.空間表面分析 等值線(Contour) 坡度(Slope) 坡向(Aspect) 山體陰影(hillshade) 視域(Viewshed) 填挖方(Cut/Fill) 9.39.3表面分析，可以基于表面分析，可以基于Ti

14、nTin，也可以基于，也可以基于GridGrid，基，基 于于tintin的效果，比的效果，比gridgrid要好的多，基于要好的多，基于gridgrid還和還和 gridgrid的分辨率有關(guān)的分辨率有關(guān),ArcGIS10,ArcGIS10是兩個不同的工具是兩個不同的工具 3.1.等值線 1、等值線(Contour)，可以是從TIN- Contour,或 DEM- Contour,相對TIN生成等高線質(zhì)量好一些，畢 竟tin是矢量的?？梢杂脕淼雀呔€的加密（度）和抽稀 。 使用前面的分幅創(chuàng)建的tin 查找10demdgxtin異常.shp，數(shù)據(jù)的異常值 Tin轉(zhuǎn)柵格 分辨率要修改 3.2坡度分析

15、 只能是柵格數(shù)據(jù) 坡度(Slope).地表面在該點的傾斜程度。垂直高/水平距離, 如耕地坡度大小，是否適宜耕種，道路兩邊是否需要加護(hù)坡 。(且數(shù)據(jù)必須是投影坐標(biāo)且數(shù)據(jù)必須是投影坐標(biāo)) 實際坡度有兩種表示方式方法： （1） 坡度(degree of slope)：既水平面與地形面之間夾角。 （2） 坡度百分比（percent slope）：既高程增量與水平增量 之比的百分?jǐn)?shù)。 3.3坡向分析 坡向(Aspect)，坡向反映了斜坡所面對的方向。坡 向指地表面上一點的切平面的法線矢量在水平面的投影與 過該點的正北方向的夾角。對于地面任何一點來說，坡向 表征了該點高程值改變量的最大變化方向。在輸出的坡

16、向 數(shù)據(jù)中，坡向值有如下規(guī)定：正北方向為0度，按順時針方 向計算，取值范圍為0360。坡向在植被分析、環(huán)境 評價等領(lǐng)域有重要的意義。在生物學(xué)上，生長在朝向北的 斜坡上和生長在朝向南的斜坡上的植被一般有明顯的差別 ；建立風(fēng)力發(fā)電站的選址時，需要考慮把它們建在面向風(fēng) 的斜坡上；地質(zhì)學(xué)家經(jīng)常需要了解斷層的主要坡向，或者 褶皺露頭，來分析地質(zhì)變化的過程；在確定容易被積雪融 水破壞的居民區(qū)的位置時，需要識別朝南的坡面，來得到 最初融化的積雪的位置。 3.3 坡向分析結(jié)果 3.4山體陰影(hillshade) 山體陰影(hillshade)：是根據(jù)設(shè)置的光源對柵 格的照明值，太陽方位角、太陽高度角設(shè)置，設(shè)

17、置 的位置不同，結(jié)果也不一樣，可以用于日照分析， 一天日照的時間等，值越小表示，陰影越大 3.5視域（中級） 在ArcGIS主要兩點直線之間是可見的還是遮 擋的，必須要選擇一個點層，在屏幕上畫線，必須要選擇一個點層，在屏幕上畫線， 可以可以 實現(xiàn)屏幕上兩點可視分析，綠色表示可視，紅色表示實現(xiàn)屏幕上兩點可視分析，綠色表示可視，紅色表示 不可視。不可視。注意坐標(biāo)系統(tǒng)的問題注意坐標(biāo)系統(tǒng)的問題 視域 使用數(shù)據(jù):11.DEM制作和分析 dgxtinyl.mdb視點 3.6計算土方量工具(Cut/Fill)（中級） 計算土方量工具：主要是用于地形變化后，計 算土方量，所以有兩個模型數(shù)據(jù)，紅色表示土方 增加

18、(需要填的，的，值為小于0 ），蘭色表示土 方減少（需要挖的，值為大于0），其他的為沒有 變化的區(qū)域。屬性值有增加和減少的土方量，有 面積和體積，前一個減去后面前一個減去后面,CELLSIZE,CELLSIZE可以不可以不 同同 使用數(shù)據(jù):11.DEM制作和分析dgxtintin和tin1 使用數(shù)據(jù)11.DEM制作和分析dgxtintin,tin1 思考一個問題 和練習(xí)題(中級） 如何有離散（等高）點， 生成等值線（等高線）？ 有兩種方法： 1、離散點-tin-grid-等值線 2、離散點-內(nèi)插dem- Contour 數(shù)據(jù)：10dem00_0700_07.xlsSheet1$ 插值結(jié)果為多邊形，設(shè)置環(huán)境變量 四、綜合例子 離散點-tin-等值線 獲得界址點得高程 檢查等高線 等高線加密 等高線轉(zhuǎn)區(qū)域 等值線生成 壩區(qū)面積計算 4.1離散點-tin-等值線 4.2界址點獲得高程 方法二 4.3等高線檢查 使用數(shù)據(jù):11.DEM制作和分析dgxtin異常 .shp 模型:11.DEM制作和分析dgxtin工具箱 .tbx檢查等高線 4.4加密和抽稀簡單例子 4.4加密