中科院研究生課程GIS基礎(chǔ)課件第7章數(shù)字地面模型

中科院研究生課程gis基礎(chǔ)課件第7章數(shù)字地面模型目錄CONTENCT數(shù)字地面模型概述數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)字地面模型建立方法數(shù)字地面模型可視化表達技術(shù)數(shù)字地面模型在GIS中的應(yīng)用實踐數(shù)字地面模型發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)01數(shù)字地面模型概述定義發(fā)展歷程定義與發(fā)展歷程數(shù)字地面模型（DigitalTerrainModel,DTM）是利用數(shù)字高程模型（DEM）對地形地貌進行數(shù)字化表達的一種方法，它包含了地形表面的幾何信息和屬性信息。數(shù)字地面模型的概念起源于20世紀50年代，隨著計算機技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GIS）的發(fā)展，DTM逐漸成為一種重要的空間數(shù)據(jù)模型，被廣泛應(yīng)用于地形分析、環(huán)境評估、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域DTM被廣泛應(yīng)用于地形分析、環(huán)境評估、城市規(guī)劃、水利工程、交通工程、軍事等領(lǐng)域。例如，在地形分析中，DTM可用于提取地形特征、計算地形參數(shù)等；在環(huán)境評估中，DTM可用于模擬地形對氣候、水文等環(huán)境因素的影響。意義DTM的應(yīng)用對于提高空間數(shù)據(jù)處理的效率和精度具有重要意義。它能夠提供詳細的地形信息，為各種空間分析和模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。同時，DTM還能夠促進多學(xué)科之間的交叉融合，推動相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。應(yīng)用領(lǐng)域及意義數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel,DEM）：DEM是數(shù)字地面模型的基礎(chǔ)，它表示地形表面的高程信息。DEM通常通過測量或遙感技術(shù)獲取，可以表示為規(guī)則格網(wǎng)或不規(guī)則三角網(wǎng)等形式。數(shù)字地形分析（DigitalTerrainAnalysis,DTA）：DTA是基于數(shù)字高程模型進行地形分析的一種方法，包括地形特征提取、地形參數(shù)計算等。DTA能夠為各種應(yīng)用提供詳細的地形信息支持。空間插值（SpatialInterpolation）：空間插值是一種根據(jù)已知點的數(shù)值來推算未知點數(shù)值的方法。在數(shù)字地面模型中，空間插值常用于將離散的高程點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的DEM數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)（RemoteSensingTechnology）：遙感技術(shù)是一種通過非接觸方式獲取地球表面信息的技術(shù)。在數(shù)字地面模型中，遙感技術(shù)可用于獲取大范圍的高程數(shù)據(jù)和其他地形信息。相關(guān)術(shù)語解析02數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)采集與處理地面測量遙感技術(shù)地圖數(shù)字化通過全站儀、GPS等測量設(shè)備獲取地面點的三維坐標數(shù)據(jù)。利用衛(wèi)星或航空攝影測量技術(shù)獲取地面的影像數(shù)據(jù)，通過解譯和提取得到地面信息。將紙質(zhì)地圖通過掃描儀轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，再利用矢量化軟件將地圖要素轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源及采集方法80%80%100%數(shù)據(jù)預(yù)處理與質(zhì)量控制去除重復(fù)數(shù)據(jù)、異常值和噪聲數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準確性和一致性。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式和坐標系，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。通過統(tǒng)計分析和可視化手段對數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查，確保數(shù)據(jù)的可靠性和精度。數(shù)據(jù)清洗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換質(zhì)量檢查坐標系轉(zhuǎn)換配準技術(shù)地理編碼坐標系轉(zhuǎn)換與配準技術(shù)通過尋找同名點或特征點，將不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進行配準，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和疊加。將地理坐標與地名、地址等屬性信息關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)地理信息的定位和查詢。將不同坐標系下的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一到相同的坐標系下，消除坐標差異。03數(shù)字地面模型建立方法通過激光雷達等測量設(shè)備獲取地面三維點云數(shù)據(jù)。點云數(shù)據(jù)采集點云數(shù)據(jù)預(yù)處理地面模型構(gòu)建對原始點云數(shù)據(jù)進行去噪、濾波、分類等處理，提取地面點。利用地面點進行三維建模，生成數(shù)字地面模型。030201基于點云數(shù)據(jù)的建模方法01020304影像數(shù)據(jù)采集影像數(shù)據(jù)預(yù)處理特征提取與匹配地面模型構(gòu)建基于影像數(shù)據(jù)的建模方法從影像中提取特征點，并進行匹配，獲取三維信息。對原始影像數(shù)據(jù)進行幾何校正、輻射定標等處理。通過航空攝影或衛(wèi)星遙感獲取地面影像數(shù)據(jù)。利用匹配得到的三維信息進行建模，生成數(shù)字地面模型。數(shù)據(jù)獲取方式比較數(shù)據(jù)處理難度比較建模精度比較應(yīng)用場景選擇不同建模方法比較與選擇點云數(shù)據(jù)通過測量設(shè)備獲取，影像數(shù)據(jù)通過攝影或遙感獲取。點云數(shù)據(jù)處理相對復(fù)雜，需要進行去噪、濾波等處理；影像數(shù)據(jù)處理相對簡單，主要進行幾何校正和輻射定標?；邳c云數(shù)據(jù)的建模方法精度較高，適用于高精度地圖制作；基于影像數(shù)據(jù)的建模方法精度較低，適用于大范圍地圖制作。對于需要高精度地圖的應(yīng)用場景，如城市規(guī)劃、土地管理等，可以選擇基于點云數(shù)據(jù)的建模方法；對于需要快速獲取大范圍地圖的應(yīng)用場景，如環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害評估等，可以選擇基于影像數(shù)據(jù)的建模方法。04數(shù)字地面模型可視化表達技術(shù)三維渲染技術(shù)概述渲染管線光照模型紋理映射三維渲染技術(shù)原理及實現(xiàn)三維渲染技術(shù)是將三維模型轉(zhuǎn)換為二維圖像的過程，涉及光照、紋理、陰影等效果的計算。詳細解釋光照模型，如Phong光照模型、Blinn-Phong光照模型等，以及它們在三維渲染中的應(yīng)用。介紹渲染管線的基本概念，包括頂點處理、光柵化、片段處理等步驟。闡述紋理映射的原理和實現(xiàn)方法，包括紋理坐標、紋理過濾、Mipmapping等技術(shù)。簡要介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義、發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述詳細解釋立體顯示技術(shù)的原理和實現(xiàn)方法，包括雙目視差、偏振光、時分復(fù)用等技術(shù)。立體顯示技術(shù)介紹虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備的種類和功能，如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標等。虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字地面模型可視化中的應(yīng)用，如場景漫游、信息查詢、空間分析等。虛擬現(xiàn)實在數(shù)字地面模型中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在可視化中的應(yīng)用交互式可視化操作與展示交互式可視化概述簡要介紹交互式可視化的定義、作用和意義。交互式操作技術(shù)詳細解釋交互式操作技術(shù)的原理和實現(xiàn)方法，包括鼠標事件處理、鍵盤事件處理、觸摸屏事件處理等?？梢暬故炯夹g(shù)闡述可視化展示技術(shù)的種類和特點，如動態(tài)圖表、數(shù)據(jù)動畫、信息面板等。交互式可視化在數(shù)字地面模型中的應(yīng)用介紹交互式可視化在數(shù)字地面模型中的應(yīng)用，如地形編輯、地物標注、空間查詢等。05數(shù)字地面模型在GIS中的應(yīng)用實踐利用數(shù)字地面模型進行地形起伏度、坡度、坡向等地形因子的提取和分析。地形分析基于數(shù)字地面模型進行流域劃分、水系提取、流域特征分析等。流域分析結(jié)合數(shù)字地面模型與三維可視化技術(shù)，實現(xiàn)地形地貌的三維展示和動態(tài)模擬?？梢暬治隹臻g分析功能實現(xiàn)途徑

城市規(guī)劃中的應(yīng)用案例分析城市規(guī)劃設(shè)計與評估利用數(shù)字地面模型進行城市三維建模，輔助規(guī)劃設(shè)計方案制定和評估。交通規(guī)劃基于數(shù)字地面模型分析城市交通網(wǎng)絡(luò)布局，優(yōu)化交通線路設(shè)計。市政設(shè)施規(guī)劃結(jié)合數(shù)字地面模型進行市政設(shè)施選址、布局和優(yōu)化。利用數(shù)字地面模型提取生態(tài)環(huán)境因子，進行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價和分區(qū)。生態(tài)環(huán)境評估基于數(shù)字地面模型分析水土流失敏感性和風(fēng)險，制定水土保持措施。水土保持規(guī)劃結(jié)合數(shù)字地面模型進行自然災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分和風(fēng)險評估，為災(zāi)害防治提供決策支持。自然災(zāi)害風(fēng)險評估環(huán)境保護領(lǐng)域應(yīng)用前景探討06數(shù)字地面模型發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)03無人機（UAV）搭載傳感器無人機技術(shù)的快速發(fā)展為地形數(shù)據(jù)獲取提供了新的手段，具有靈活、高效、低成本等優(yōu)點。01激光雷達（LiDAR）技術(shù)通過高精度、高密度的點云數(shù)據(jù)獲取，為數(shù)字地面模型提供更為精細的地形信息。02合成孔徑雷達（SAR）技術(shù)利用微波遙感技術(shù)，實現(xiàn)大范圍、高效率的地形數(shù)據(jù)獲取，尤其在云霧等惡劣天氣條件下具有優(yōu)勢。新型傳感器在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用前景地形數(shù)據(jù)分類與識別通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)對地形數(shù)據(jù)進行分類和識別，提高數(shù)字地面模型的精度和效率。地形模擬與預(yù)測結(jié)合人工智能技術(shù)，對地形變化進行模擬和預(yù)測，為城市規(guī)劃、災(zāi)害防治等提供決策支持。數(shù)據(jù)驅(qū)動的地形建模利用機器學(xué)習(xí)算法對大量地形數(shù)據(jù)進行分析和學(xué)習(xí)，提取地形特征，實現(xiàn)自動化、智能化的地形建模。人工智能和機器學(xué)習(xí)在建模中的潛力挖掘制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和標準，實現(xiàn)不同平臺和領(lǐng)域間的數(shù)據(jù)互通和共享。數(shù)據(jù)格式與標準統(tǒng)一加強不同領(lǐng)域間的合作與交流，共同推動數(shù)字地