數字高程模型期末考試題(共8頁)

1、1.什么是DEM，DEM的特點DEM定義： 簡單來講，DEM是通過有限的地形高程數據實現對地形曲面的數字化模擬，或者說是地形表面形態(tài)的數字化表示。從狹義角度定義：DEM是區(qū)域地表面海拔的數字化表達。從廣義角度定義：DEM四地理空間中地理對象表面海拔的數字化表達。數字定義：區(qū)域的采樣點或內插點按某種規(guī)則連接成的面片的集合。DEM特點：精度的恒定性 DEM采用數字媒介，從而能保持原有精度，另外通過DEM進行生產，輸出圖件的精度可得到控制。表達的多樣性 可產生多種比例尺的地形圖、剖面圖、立體圖、明暗等高線圖；通過紋理映射、與遙感影像數據疊加，還可逼真的再現三維地形景觀。更新的實時性 DEM由于是數字

2、的，增加或修改的信息只在局部進行，并且由計算機自動完成，可保證地圖信息的實時性。尺度的綜合性 較大比例尺、較高分辨率的DEM自動覆蓋較小比例尺、較低分辨率的DEM所包含的內容。2.DEM研究內容地形數據采樣地形建模與內插數據組織與管理地形分析與地學應用DEM可視化不確定性分析和表達3.格網DEM結構特點和數據組織形式基本數據結構        數據頭定義DEM西南角起點坐標、坐標類型、格網間距、行列數、最底高程以及高程方法系數等內容       

3、  數據體按行或列分布記錄的高程數字陣列數據壓縮 ：二進制存儲   高程放大系數、高程平移系數       數字圖象壓縮算法 DEM金字塔4.DEM組成部分，簡述每部分的內容。DEM建立地形高程數據通過地形圖數字化、影像數據、野外（地面測量）等方式獲取。實現地形表面的重建，主要的地形表達有三類：數學描述、圖形表達、圖像表達。DEM操作：DEM操作內容包括編輯處理、濾波、合并、拼接、疊加以及不同格式DEM之間的相互轉換。DEM分析：基本地形信息主要包括坡度、坡向、地表

4、粗糙度、地形起伏度、剖面曲率、平面曲率等地形描述因子；復雜地形分析包括可視區(qū)域分析、地形特征提取、水系特征分析等。DEM可視化從內容上講，DEM可視化包括二維和三維地形可視化。從技術角度，地形可視化有靜態(tài)可視化和交互是動態(tài)可視化兩種。DEM應用高程內插、擬合曲面內插、剖面線計算、等高線內插、可視區(qū)域分析、面積體積計算、坡度坡向曲率計算、暈渲圖5.對比分析格網DEM和TIN優(yōu)缺點規(guī)則格網DEM不規(guī)則三角網TIN優(yōu)點：簡單的數據存儲結構 與遙感影像數據的相合性 良好的表面分析功能優(yōu)點：較少的點可獲取較高的精度 可變分辨率 良好的拓撲結構缺點：計算效率較低 數據同于 格網結構規(guī)則缺點：表面分析能力較

5、差 構建比較費時 算法設計比較復雜6.常用的DEM結構，各有什么特點規(guī)則格網DEM數據結構A. 簡單矩陣結構 B.行程編碼結構 D四叉樹數據結構C.塊狀編碼結構塊狀編碼方案是行程編碼方案從一維擴展到二維的情況，它采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格，數據結構是由記錄單元的初始位置、格網單元高程值和方形區(qū)域半徑所組成的單元組，即行號、列號、格網高程值、區(qū)域半徑。整個DEM數據文件由該單元組組成。根據初始位置和區(qū)域半徑可恢復高程矩陣。不規(guī)則三角網DEM數據結構在TIN模型中，基本的結構元素有_、_、_。A. TIN的面結構：TIN的面結構一般由三個表組成，即坐標表、三角形頂點表

6、以及鄰接三角形表。特點：由于存儲了三角形之間的鄰接關系，TIN內插、檢索、等高線提取、顯示以及局部結構分析都比較方便，不足之處是存儲量較大，且在TIN的編輯中要隨時維護這種關系。B.TIN的點結構：TIN的點結構由坐標文件和三角形頂點的鄰接指針鏈組成。三角形頂點的鄰接點是指共用該頂點的所有三角形其余兩頂點的不重復頂點的集合。特點：存儲量小，編輯方便，但三角形及其鄰接關系需實時再生成，計算量較大，不利于TIN的快速檢索和顯示。C.TIN的點面結構：在點結構的基礎上，增加組成三角形三頂點的數表。特點：存儲量與面結構大致相當，編輯、顯示比較方便，但由于三角形間的關系是隱含的，檢索與內插效率不太高。D

7、.TIN的邊結構：從組成整個TIN模型的所有三角形中，抽取其不重復邊集所組成，其數據結構由邊的兩個頂點以及與之關聯的兩條邊表達。特點：存儲量較小，適合等高線的提取，但編輯、內插以及檢索不方便。E.TIN的邊面結構：重點在于刻畫三角形邊和三角形面之間的拓撲關系，一般由邊表和鄰接三角形表組成。特點：存儲量最大，在等高線的提取和檢索方面比較方便，但不利于動態(tài)更新和維護。格網與不規(guī)則三角網結構混合結構主要針對在已有的Grid基礎上增加地形特征線和特殊范圍線的情況。7.DEM數據源及其特點地形圖數據及其特征 地形圖主要通過等高線來表達地物高度和地形起伏。已有地形圖數據由于覆蓋范圍廣、比例尺系列齊全、獲取

8、較為經濟等而成為各種尺度DEM建立的主要數據源。特點：a地形圖現勢性：紙質地形圖制作工藝復雜，更新周期比較長，一般不能及時反映局部地形地貌的變化情況。b地形圖存儲介質：傳統(tǒng)地形圖多為紙質存儲介質，存放環(huán)境導致地形圖圖幅產生不同程度的變形。c地形圖精度：地形圖精度決定著地形圖對實際地形表達的可信度，與 地形圖比例尺、等高線密度、成圖方法有關。其中1:5萬地形圖是我國地形圖系列的基本地形圖。攝影測量/遙感影像數據及其特征 航空影像的更新速度快，一直是地形圖測繪和更新最有效、也是最主要的手段，也是快速獲取大范圍DEM數據的一種有效方法。近年來出現的高分辨率遙感圖像、合唱孔徑雷達干涉測量技術、機載激光

9、掃描儀等新型傳感器數據被認為是快速獲取高精度高分辨率DEM最有希望的數據源。特點：a遙感影像的幾何畸變，在使用前要對遙感數據進行糾正處理。b遙感數據的增強處理，以擴大不同地物影像的灰度差。c遙感影像數據的空間分辨率。d遙感影像數據的解譯和判讀。地面測量數據及其特征可采用地面攝影測量在地面攝取立體像對，通過近景攝影測量方法獲得小區(qū)域的DEM。特點：工作量大，周期長，更新十分困難，費用較高，一般不適合大規(guī)模數據采集。既有DEM數據覆蓋全國范圍的1:100萬、1:25萬、1:5萬DEM以及七大江河重點防洪區(qū)的1:1萬DEM，省級1:1萬DEM，可通過國家基礎地理信息中心網站查詢8. 數據采樣布點的方

10、式及其特點 數據采樣布點方式有：沿等高線采樣，適用地形復雜陡峭地區(qū)規(guī)格格網采樣，所得數據有規(guī)則剖面法，效率高精度低漸進采樣解決，數據冗余的問題選擇性采樣，用少量的點使其代表的地面有足夠的可信度混合采樣，能都解決其他采樣會有的問題但數據的存儲管理與應用較復雜9.對DEM數據采集方法進行對比分析地形圖采集數據的方法所需的原始數據容易獲取，對采集作業(yè)所需的儀器設備和工作人員的要求不高，采集速度也比較快易于進行大批量作業(yè)。攝影測量在我國基本比例尺測圖生產中起到了非常關鍵的作用。影像數據的特點是更新速度快，對于大范圍、大批量的數據獲取是一種主要方法。但搞成數據的精度受外界影響很大，對精度要求很

11、高的DEM難以滿足要求。近年來出現的高精度影響獲取方法，數據精度高，但費用昂貴。野外實測數據所獲得的數據精度最高，適用于小范圍大比例尺DEM生產。但由于數據獲取的工作量大，效率不高，費用昂貴，不適合大規(guī)模的數據采集任務，其可做大范圍DEM的小范圍局部更新一集工程用DEM的建立。10.三角剖分標準，各有什么特點空外接圓準則：過每個三角形的外接圓均不包含點集的其余任何點最大最小角準則：在良鄉(xiāng)林三角形形成的凸四邊形中，這量三角形中的最小內角一定大于交換凸四邊形對角線后想成的兩個三角形的最小內角最短距離和準則：一點到基邊兩端的距離和為最小張角最大準則：一點到基邊的張角為最大面積比準則：三角形內切圓面積

12、與三角形面積或三角形面積與周長平方之比最小對角線準則：兩三角形組成的凸四邊形的兩條對角線之比，超過給定限定值時對三角形進行優(yōu)化 是等價的，其余則不然。一般而言，應盡量保持三角網的唯一性，即在同一準則下由不同的位置開始建立三角形網絡。三角剖分簡稱DT，其特性是可最大長度避免狹長三角形的出現以及不管從何處開始構網都能保持三角形網絡的唯一性。11.不同數據采樣策略對格網DEM的影響12.地形可視化有哪些方法，各有什么特點13. 基于掃面地形圖和航空影像建立地形三維景觀的步驟，并指出其異同a基于掃描地形圖數據建立三維地形圖基本思想： 以掃描數字化地形圖作為紋理圖像，依據地形圖和DEM數據建立紋理空間、

13、景物空間和圖像空間三者之間的映射關系，并依據真實感圖形繪制的基本理論生成以地形要素地圖符號為表面紋理的三維地形景觀。b基于航空影像建立地形三維景觀的步驟遞歸細分DEM，形成三角形面素按投影變換公式計算DEM屏幕位置計算DEM在紋理圖像上的坐標重采樣求取DEM格網的灰度值對灰度值進行簡單的光照模型處理消隱、裁剪、反走樣等處理輸出14.什么是誤差、不確定性，兩者有什么區(qū)別和聯系誤差：觀測數據與其真值之間的差異。從性質上分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗差。系統(tǒng)誤差：由數據采集設備引起，一般表現為常數或函數特征，可通過對采樣數據施加改正數或遵循工藝流程將其影響降到最低程度。隨機誤差：由數據采集過程中不確定因

14、素引起的，其在表現上毫無規(guī)律可言。DEM一般指隨機誤差。粗差：操作過程中的粗心或不遵守規(guī)定引起的，實際上是一種錯誤。不確定性：對真值的認知或肯定的程度，是更廣泛意義上的誤差，包含系統(tǒng)誤差、偶然誤差、粗差、可度量和不可度量誤差、數據的不完整性、概念的模糊性等。15.地形描述性誤差在假定DEM高程采樣誤差為零的條件下，模擬地面與實際地面之差異，定義為DEM地形描述誤差。柵格中點的高程與該柵格四個角點高程平均高程之差，可以被定義為該柵格的地形描述誤差。16.DEM誤差來源地形表面特征：DEM精度隨著地形破碎程度的大小而變化，并且他們之間的關系呈明顯的線性關聯特征。數據源誤差：野外測量、地形圖數字化和

15、攝影測量，各自對應不同數據誤差。采點設備誤差：包括地形圖手扶或掃描時數字化儀或掃描儀的誤差人為誤差：包括數字化對點誤差、高程賦值誤差、控制點轉換誤差、測標切地面誤差、采集輸出時坐標轉換和定向誤差采樣點密度和分布：采樣點應該具有足夠的密度并且避免數據貧乏區(qū)內插方法：內插點的計算高程與實際量測高程之間總存在差值DEM數據結構：影響著DEM對地形的表達17.坡向變率的提取方法，其中誤差產生的原因與解決方法坡向變率是指在地表的坡向提取基礎上，對坡向變化率值的二次提取，即坡向之坡度。在坡向變率提取過程中，會在北坡上產生誤差。誤差糾正方法：用原始DEM數據的最大高程減去原始DEM數據，得到與原來地形相反的

16、DEM數據，即反地形DEM數據?；诜吹匦蜠EM數據求算坡向值；利用SOA方法求算反地形的坡向變率，記為SOA2，由原始DEM數據求算出的坡向變率記為SOA1；將兩次算的坡向變率根據以下公式即可得到經過誤差校正的SOA數據。18.地面復雜度因子有哪些，在地學分析中各有什么意義地形起伏度：指定區(qū)域內最大高程與最小高程差。比較適合區(qū)域水土流失評價的地形指標地表粗糙度：反映地表的起伏變化和侵蝕程度的指標，一般等譯為地表單元的曲面面積與其在水平面上的投影面積之比。在研究水土保持及環(huán)境監(jiān)測上有很重要的應用價值。地表切割深度：地面某點的鄰域范圍的平均高程與該鄰域范圍內的最小高程的差值。研究水土流失及地表侵

17、蝕發(fā)育狀況時的重要參考指標。高程變異系數：反映分析區(qū)域內地表單元格網各頂點高程變化的指標，它以格網單元頂點的標準差與平均高程的比值。19.何為特征地形要素，在地形分析中具有什么作用 特征地形要素：指地形在地表的空間分布特征具有控制作用的點、線或面狀要素。特征地形要素構成地表地形與起伏變化的基本框架20.山脊線、山谷線的提取方法，每種方法各有什么針對性基于數字化等高線數據的方法基于規(guī)則格網DEM數據的方法基于Delaunay三角網和Voronoi數據的方法21基于柵格DEM提取溝谷、水系的原理與技術路線，該方法主要優(yōu)缺點22.空間數據分級基本原則與方法分級原則：科學性原則：分級指標的確定要遵循一定的科學規(guī)律。完整性原則：整個數據集中所有的數據都應被分在不同的級別中，沒有遺漏，而且同一數據集中的每一數據只能被分到某一級別中，不能同時分到兩個或多個級別中。適用性原則：應該根據研究或應用的需要選擇合適的分級方法美觀性原則：體現數據的空間分布特征，使圖面色彩平衡，特征