數(shù)字地面模型的建立與應(yīng)用

第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月§6.1概述數(shù)字地面模型DTM（DigitalTerrainModel）最初是美國(guó)麻省理工學(xué)院Miller教授為了高速公路的自動(dòng)設(shè)計(jì)于1956年提出的。數(shù)字地面模型DTM的理論與實(shí)踐由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用三個(gè)部分組成。對(duì)它的研究經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)期。20世紀(jì)50年代是其概念形成的時(shí)期；60年代至70年代對(duì)其內(nèi)插問題進(jìn)行了大量的研究。80年代以來，對(duì)DTM系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)包括數(shù)據(jù)采集，粗差探測(cè)、數(shù)據(jù)壓縮、DTM應(yīng)用進(jìn)行了研究。第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月§6.2數(shù)字地面模型的概念及表達(dá)形式?與傳統(tǒng)的地圖相比較，DTM作為地表信息的一種數(shù)字表達(dá)形式有著無可比擬的優(yōu)越性。①可以直接輸入計(jì)算機(jī)，供各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使用。②可以運(yùn)用多層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)豐富的信息（地形圖無法表達(dá)的垂直分布地物信息）。③存儲(chǔ)形式是數(shù)字形式的，便于修改、更新、管理、轉(zhuǎn)換。第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月?DTM（DigitalTerrainModels）即數(shù)字地面模型，它是地形起伏的數(shù)字表達(dá)，它由對(duì)地形表面取樣所得到的一組點(diǎn)的x、y、Z坐標(biāo)數(shù)據(jù)和一套對(duì)地面提供連續(xù)的描述的算法組成。簡(jiǎn)單地說，數(shù)字地面模型是按一定結(jié)構(gòu)組織在一起的數(shù)據(jù)組，它代表著地形特征的空間分布。DTM是建立地形數(shù)據(jù)庫的基本數(shù)據(jù)，可以用來制作等高線圖、坡度圖、專題圖等多種圖解產(chǎn)品。

?DTM是地形表面形態(tài)等多種信息的一個(gè)數(shù)字表示。嚴(yán)格地說，DTM是定義在某一區(qū)域D上的維向量有限序列：地形，環(huán)境，資源，土地利用，人口分布等多種信息的定量或定性描述。第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月DTM的表達(dá)形式（GRID，TIN）1、規(guī)則矩形格網(wǎng)（GRID）第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月§6.3DEM的數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理為了建立DEM，必須量測(cè)一些點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這就是DEM的數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)獲取。通常是按一定的測(cè)量方法（野外直接測(cè)量、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等），在測(cè)區(qū)內(nèi)測(cè)量一定數(shù)量的離散點(diǎn)的平面位置和高程，這些點(diǎn)稱為控制點(diǎn)（數(shù)據(jù)點(diǎn)或參考點(diǎn)）。接著，以控制點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)框架，在其中內(nèi)插大量的高程點(diǎn)，第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)來源主要有兩個(gè)方面：一是直接取自地形表面，二是間接取自地形表面的模擬模型。根據(jù)數(shù)據(jù)獲取的方法不同，數(shù)據(jù)來源可分為以下幾種：1、野外實(shí)地測(cè)量。即在實(shí)地直接測(cè)量地面點(diǎn)的平面位置和高程。一般使用電子速測(cè)儀進(jìn)行觀測(cè)。一、DEM數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集方法第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、由現(xiàn)有地形圖上采集。最簡(jiǎn)單的方法是在數(shù)字化臺(tái)上手工跟蹤等高線。現(xiàn)在常用的方法是使用掃描裝置采集。（掃描數(shù)字化儀）手扶跟蹤數(shù)字化：利用數(shù)字化儀將地圖上的空間實(shí)體進(jìn)行離散化采點(diǎn)。數(shù)字化儀是通過串口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)的，它可以設(shè)置一系列參數(shù)（包括通信參數(shù)和數(shù)字化儀操作參數(shù)）以保證數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性和精度。數(shù)字化儀的主要工作部分就是面板和游標(biāo)。第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5006573.25358.55573.80357.45575.55356.50578.10355.95579.67356.63580.00358.3840011571.20358.40571.83356.85573.15355.92575.15355.45577.05354.77580.08353.60582.85352.77584.60354.17584.42356.13582.83357.08582.00358.35第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3、由遙感系統(tǒng)直接測(cè)得。如航空和航天飛行器搭載雷達(dá)和激光測(cè)高儀獲得的數(shù)據(jù)。（LIDAR）第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法是DEM數(shù)據(jù)點(diǎn)采集最常用的方法?？衫脭?shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行半自動(dòng)或全自動(dòng)的數(shù)據(jù)采集。第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月利用影像匹配獲得的同名點(diǎn)進(jìn)行相對(duì)定向第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、一維相關(guān)?目標(biāo)區(qū)：一維相關(guān)是在核線影像上只進(jìn)行一維搜索。理論上，目標(biāo)區(qū)與搜索區(qū)可以是一維窗口。但是由于兩影像窗口的相似性測(cè)度一般為統(tǒng)計(jì)量，為了保證相關(guān)結(jié)果的可靠性，應(yīng)有較多的樣本進(jìn)行估計(jì)，因此，目標(biāo)窗口的像素不應(yīng)太少。取一個(gè)以待定點(diǎn)為中心，個(gè)像素的窗口，此時(shí)，搜索區(qū)為個(gè)像素的灰度陣列，搜索工作只在一個(gè)方向進(jìn)行，計(jì)算相似性測(cè)度目標(biāo)區(qū)搜索區(qū)第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、核線幾何關(guān)系解析與核線排列（P28）第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、核線幾何關(guān)系解析確定同名核線的方法很多，但基本上可以分為兩類：一是基于數(shù)字影像的幾何糾正；二是基于共面條件。（1）基于數(shù)字影像幾何糾正的核線解析關(guān)系?核線在航空攝影像片上的掃描行與核線不重合（是互相不平行的），它們交于一個(gè)點(diǎn)-核點(diǎn)，但是如果將像片上的核線投影到一對(duì)相對(duì)水平的像片對(duì)上（平行于攝影基線的像片對(duì)）則核線相互平行。?此方法的實(shí)質(zhì)是將傾斜像片上的核線投影到“水平像片”對(duì)上，求得“水平像片”對(duì)上的同名核線。P2P1S1S2a1a2J1J2O1O2A第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月核面同名核線A第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月核線重排列vu第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月X,Y,Z第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月EpipolarrectificationRectifiedImagePair第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）、基于共面條件的同名核線幾何關(guān)系第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月§6.3DEM的內(nèi)插方法?DEM內(nèi)插就是根據(jù)參考點(diǎn)上的高程求出其它待定點(diǎn)的高程，在數(shù)學(xué)上屬于插值問題。由于所采集的原始數(shù)據(jù)排列一般是不規(guī)則的，因此，為了獲得規(guī)則格網(wǎng)的DEM，內(nèi)插是必不可少的一個(gè)步驟。由離散點(diǎn)內(nèi)插出規(guī)則格網(wǎng)（1）有限元法；（2）移動(dòng)曲面擬合法。第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月§6.5三角網(wǎng)數(shù)字地面模型（DTM）第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月有興趣的同學(xué)參考《數(shù)字高程模型》李志林，朱慶，武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，2000第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3、二者的優(yōu)缺點(diǎn)比較（1）GRID是目前使用最廣泛的一種形式，因?yàn)镚RIDDEM存儲(chǔ)量?。ㄟ€可進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)），同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)處理矩陣比較方便，因此，GRID非常便于使用和管理。GRID適用與大范圍的地形起伏不大的地區(qū)。但GRID的缺點(diǎn)是不能準(zhǔn)確表示地形的結(jié)構(gòu)與細(xì)部。（2）TIN能較好的顧及地貌特征點(diǎn)、線，表達(dá)復(fù)雜的地形表面比GRID要準(zhǔn)確，其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而使用及管理也較復(fù)雜。不僅要存儲(chǔ)三角形的頂點(diǎn)，還要存儲(chǔ)各三角形的鄰接關(guān)系。第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月§6.6DTM的應(yīng)用?數(shù)字地面模型的應(yīng)用非常廣泛，在測(cè)繪中可用于繪制等高線、坡度和坡向圖、立體透視圖、制作正射影像圖（DOM）、立體景觀圖、立體匹配片、立體地形模型及地圖的修測(cè)。?在各種工程中可用于體積、面積的計(jì)算、各種剖面圖的繪制及線路的設(shè)計(jì)。?在遙感中可作為分類輔助的數(shù)據(jù)。第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月一、基于矩形格網(wǎng)的DEM多項(xiàng)式內(nèi)插DEM最基礎(chǔ)的應(yīng)用（也是各種應(yīng)用的基礎(chǔ)）是求DEM范圍內(nèi)任意一點(diǎn)P（X，Y）的高程，利用這些格網(wǎng)點(diǎn)的高程擬合一定的曲面，然后計(jì)算該點(diǎn)的高程。1、雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(627.00,570.00)(627.00,580.00)(637.00,570.00)(637.00,580.00)第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、雙三次多項(xiàng)式內(nèi)插1234567813245678第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、三角網(wǎng)中的內(nèi)插（參考《數(shù)字地面模型》）三、等高線的繪制（基于矩形格網(wǎng)）主要包含兩個(gè)步驟：①利用DEM矩形格網(wǎng)點(diǎn)的高程內(nèi)插出格網(wǎng)邊上的等高線點(diǎn)。②利用這些等高線點(diǎn)的平面坐標(biāo)進(jìn)一步加密等高線。15014016015015215415615815215415615810m第42頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月等高線的繪制（基于矩形格網(wǎng)）第43頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、立體透視圖繪制立體透視圖