DEM數(shù)據(jù)獲取方法

1、DEMDEM及地學(xué)分析及地學(xué)分析第三章第三章 DEMDEM數(shù)據(jù)獲取方法數(shù)據(jù)獲取方法第一節(jié) DEM數(shù)據(jù)源特征準(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(jìn)行預(yù)處理。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) 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)生不同程度的變形 地形圖精度 地形圖精度決

2、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) 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 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 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(qiáng)處理 遙感影像數(shù)據(jù)的空間分辨率 遙感影像數(shù)據(jù)的解譯和判讀 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

3、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(fèi)用較高 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 第二節(jié)DEM數(shù)據(jù)采樣理論基礎(chǔ) 準(zhǔn)備知識 DEM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(dá)（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 地形曲面幾何特征 理論

4、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 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） （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） 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） 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(xì)部變化特

5、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 地形復(fù)雜度表達(dá)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 ）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(qiáng)相關(guān) 4.坡度可以表示地表的陡峭方向和大小 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 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

6、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 等高線圖中平均坡度計算方法PlharctgP為測區(qū)的面積，為測區(qū)等高線的長度，h為等高距 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。

7、坡度的計算坡度的計算2yx1(1,0)(0,0)(1,1)Z10Z11Z01POQRSYZZZZXZZZZYX22tan22tan10001101010011101sintantanROQOQOPOROPOX12costansintantanSOQOQOPOSOPOY222tantantanYXT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數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)源的三大屬性 點分布 （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 ）采樣點的選取采樣點的選取規(guī)則網(wǎng)格采樣：規(guī)則網(wǎng)格采樣：按規(guī)則矩形網(wǎng)格進(jìn)行采樣，按規(guī)則矩形網(wǎng)格進(jìn)行采樣，可直接生成規(guī)則矩形格網(wǎng)的可直接生成規(guī)則矩形格網(wǎng)的D

8、EMDEM數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。漸進(jìn)采樣：漸進(jìn)采樣：根據(jù)地形使采樣點合理分布，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：沿等高線采樣：主要用于山區(qū)采樣。主要用于山區(qū)采樣。選擇采樣選擇采樣( (特征鏈狀數(shù)據(jù)特征鏈狀數(shù)據(jù) ) )：根據(jù)地形特征根據(jù)地形特征進(jìn)行采樣，如沿山脊線、山谷線等進(jìn)行采集。進(jìn)行采樣，如沿山脊線、山谷線等進(jìn)行采集。隨機(jī)采樣：隨機(jī)采樣：隨機(jī)分布采樣點隨機(jī)分布采樣點 混合采樣?；旌喜蓸?。注意：所有采集的數(shù)據(jù)都要按一定注意：所有采集的數(shù)據(jù)都要按一定的空間插值方法轉(zhuǎn)換成點模式格式的空間插值方法轉(zhuǎn)換成點模式格式數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的

9、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)據(jù)點數(shù)，增加了處理工作量以及不必要的存儲。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) 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(jìn)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

10、內(nèi)插值的高程差異來判斷格網(wǎng)密度是否適當(dāng)。數(shù)據(jù)精度 采樣數(shù)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： 野外測量野外測量 影像影像 地形圖掃描地形圖掃描 影像:攝影測量攝影測量 GPSGPS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。 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(jìn)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 剖面（Profile）漸進(jìn)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

11、 選擇性采樣：根據(jù)地形特征進(jìn)行選擇性的采樣（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(jìn)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 ） DEM數(shù)據(jù)采集方法地形圖數(shù)據(jù)采集方法 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 以點方式點方式或流方式流方式跟蹤采集高程數(shù)據(jù)和平面數(shù)據(jù)。 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 ） 攝影測量數(shù)據(jù)采集方法 絕大部分的大比例尺圖（1:5千、1:1萬、1:5萬

12、）的成圖是采用攝影測量方法 立體像對法立體像對法資料來源于張超主編的資料來源于張超主編的地理信息系統(tǒng)教程地理信息系統(tǒng)教程所配光盤所配光盤兩類數(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(jī)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。 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 ，但是繁瑣全站儀與便攜機(jī)相連 ：測量的結(jié)

13、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)注意：測量前要知道完整的地物編碼系統(tǒng) DEM數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進(jìn)展 合成孔徑雷達(dá)干涉測量數(shù)據(jù)采集方法 機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)采集 DEM數(shù)據(jù)采集方法的對比分析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 某流域降水量的二次多項式趨勢面 三維可視化粗差檢測技術(shù) 通過人機(jī)交互的方式可有效的檢測粗差點 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 基于高程信息的不規(guī)則分布數(shù)據(jù)粗差探測方法 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) 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