《DEM數(shù)字高程模型》課件

《DEM數(shù)字高程模型》課程介紹課程目標本課程旨在幫助學員理解DEM數(shù)字高程模型的概念、應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集和處理方法，并掌握相關(guān)軟件操作。課程內(nèi)容課程涵蓋DEM的定義、應(yīng)用領(lǐng)域、數(shù)據(jù)采集方式、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)處理、可視化、地形分析及應(yīng)用案例等內(nèi)容。DEM數(shù)字高程模型的定義定義DEM是DigitalElevationModel的縮寫，指的是數(shù)字高程模型，它是一種用數(shù)字形式表示地球表面地形起伏的模型。數(shù)據(jù)DEM數(shù)據(jù)通常以網(wǎng)格的形式存儲，每個網(wǎng)格點代表地面上一個特定位置的高度值。應(yīng)用DEM數(shù)據(jù)可以用于各種地理空間分析和可視化應(yīng)用，例如地形分析、流域模擬和三維地形建模。DEM數(shù)字高程模型的應(yīng)用領(lǐng)域地形分析DEM用于計算坡度、坡向、視域分析等，了解地形特征，支持災(zāi)害預(yù)警和資源管理。城市規(guī)劃DEM用于城市規(guī)劃設(shè)計、交通路線規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、土地利用評估等，確保城市發(fā)展可持續(xù)性。水利工程DEM用于水利工程設(shè)計、水資源管理、水文模擬、洪水預(yù)警，提高水利工程效益和防洪能力。DEM數(shù)據(jù)采集方式1航空攝影測量利用航空攝影機從空中拍攝地面圖像，通過圖像處理和幾何校正獲得DEM數(shù)據(jù)。2遙感影像利用衛(wèi)星或飛機搭載的傳感器獲取地表信息，通過圖像處理和幾何校正生成DEM數(shù)據(jù)。3地形圖數(shù)字化將傳統(tǒng)紙質(zhì)地形圖掃描并數(shù)字化，利用地理信息系統(tǒng)軟件提取等高線數(shù)據(jù)生成DEM數(shù)據(jù)。4GPS測量利用GPS接收機進行地面測量，獲取大量點位的高程信息，通過插值算法生成DEM數(shù)據(jù)。航空攝影測量航空攝影測量是利用航空攝影機從飛機上拍攝地面影像，并利用影像進行測量和制圖的一種技術(shù)。航空攝影測量可以獲取高精度的DEM數(shù)據(jù)，是制作地形圖和三維模型的重要方法。遙感影像遙感影像可以通過衛(wèi)星或飛機上的傳感器獲取，它們能提供覆蓋廣闊區(qū)域的數(shù)字高程信息。這些影像經(jīng)過處理后，可以提取出地形信息，并生成DEM數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)在DEM數(shù)據(jù)采集方面有著廣泛應(yīng)用，尤其是在大范圍、難以接近的區(qū)域，例如山區(qū)、沙漠和海洋。地形圖數(shù)字化將傳統(tǒng)紙質(zhì)地形圖轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的DEM數(shù)據(jù)。使用掃描儀掃描地形圖，并進行圖像處理，將地圖上的等高線信息提取出來。利用插值算法，根據(jù)等高線數(shù)據(jù)生成網(wǎng)格DEM。GPS測量全球定位系統(tǒng)（GPS）測量技術(shù)是DEM數(shù)據(jù)采集的重要手段之一。GPS接收機通過接收衛(wèi)星信號，計算出接收機在地球表面的三維坐標，從而獲取地形高程信息。GPS測量技術(shù)具有高精度、高效率和全天候作業(yè)的特點，適合于大范圍、復(fù)雜地形地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)采集。DEM數(shù)據(jù)格式網(wǎng)格DEM等高線DEM不規(guī)則三角網(wǎng)DEMDEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格DEM使用規(guī)則的網(wǎng)格點來表示地形，每個網(wǎng)格點存儲一個高程值，形成規(guī)則的矩陣。等高線DEM通過等高線來表示地形，每個等高線代表一個特定的高程值。不規(guī)則三角網(wǎng)DEM使用不規(guī)則三角形來表示地形，三角形頂點存儲高程值，形成不規(guī)則的三角網(wǎng)。網(wǎng)格DEM規(guī)則數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格DEM采用規(guī)則的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，以矩陣的形式存儲高程數(shù)據(jù)?？臻g位置明確每個網(wǎng)格點對應(yīng)一個唯一的地理坐標，方便進行空間分析。數(shù)據(jù)處理方便網(wǎng)格DEM易于進行數(shù)據(jù)處理和計算，例如插值、分析等。等高線DEM概念等高線DEM是基于等高線數(shù)據(jù)構(gòu)建的數(shù)字高程模型，等高線DEM通過對等高線數(shù)據(jù)的插值，生成一系列的點，并將其連接起來，形成一個連續(xù)的表面。優(yōu)點等高線DEM易于理解和操作，且數(shù)據(jù)量較小，存儲和處理效率高。缺點等高線DEM的精度受限于等高線的精度，且在等高線稀疏區(qū)域精度較低。不規(guī)則三角網(wǎng)DEM由一系列不規(guī)則三角形組成，每個三角形頂點對應(yīng)一個地面點。適用于地形復(fù)雜區(qū)域，能夠更精確地表達地形的起伏變化。存儲效率高，數(shù)據(jù)量較小，適合進行地形分析和建模。DEM數(shù)據(jù)處理在創(chuàng)建DEM后，可能需要進行一些處理步驟，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量、適應(yīng)特定應(yīng)用或滿足特定要求。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清理、校正和拼接等步驟，以確保數(shù)據(jù)的一致性和準確性。數(shù)據(jù)細化通過插值等方法，將原始數(shù)據(jù)分辨率提高，以獲得更精細的地形模型。數(shù)據(jù)預(yù)處理1數(shù)據(jù)清洗去除異常值、缺失值等錯誤數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的完整性和準確性。2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為合適的格式和單位，例如，將經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為平面坐標。3數(shù)據(jù)重采樣調(diào)整數(shù)據(jù)分辨率，以滿足不同的應(yīng)用需求。數(shù)據(jù)細化網(wǎng)格分辨率通過調(diào)整網(wǎng)格單元的大小，可以控制DEM的精度和細節(jié)程度。插值方法使用不同的插值算法，可以生成更準確、更平滑或更符合實際地形特征的DEM。數(shù)據(jù)源融合結(jié)合多個數(shù)據(jù)源，例如航空攝影測量和地形圖數(shù)字化，可以提高DEM的精度和完整性。噪音濾波1平滑濾波減少突變2中值濾波消除脈沖噪聲3高通濾波增強邊緣細節(jié)插值算法1反距離加權(quán)法根據(jù)已知點距離的倒數(shù)進行加權(quán)平均。2克里金法利用空間自相關(guān)性進行插值。3樣條函數(shù)法使用樣條函數(shù)對已知數(shù)據(jù)進行擬合。插值算法用于在DEM數(shù)據(jù)中填充未知點的高度。常用的方法包括反距離加權(quán)法、克里金法和樣條函數(shù)法。DEM數(shù)據(jù)可視化將DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視化形式，以直觀地展現(xiàn)地形地貌信息，是DEM應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。三維地形模型利用DEM數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地形模型，可以更直觀地展現(xiàn)地形起伏和地貌特征。2.5D地形模型將DEM數(shù)據(jù)投影到二維平面，并通過顏色或紋理來表現(xiàn)地形高程變化，構(gòu)建2.5D地形模型。三維地形模型真實感渲染三維模型能夠以逼真的方式呈現(xiàn)地形的細節(jié)，包括山脈、河流和植被，為用戶提供更加直觀的體驗?；邮綖g覽用戶可以自由旋轉(zhuǎn)、縮放和移動模型，從不同角度觀察地形，進行更加深入的分析和研究。數(shù)據(jù)可視化通過三維模型，可以將復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀易懂的圖形，方便用戶理解和分析地形的特征。2.5D地形模型2.5D地形模型是將DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維平面圖的方式，并將高度信息用顏色或陰影等方式表示，方便用戶直觀地了解地形地貌特征。2.5D模型保留了DEM數(shù)據(jù)的高度信息，但只能在二維平面內(nèi)進行展示，無法模擬三維空間中的真實地形。地形分析1坡度分析分析地形的傾斜程度，了解地形起伏變化，如山坡的陡峭程度。2坡向分析確定地表坡面的朝向，了解地形的朝向變化，如山坡朝向南北、東西等。3視域分析確定在特定地點能夠看到哪些區(qū)域，用于景觀規(guī)劃、建筑設(shè)計、軍事防御等。4流域分析分析水流的匯集方向，了解河流的流域范圍，用于水資源管理、防洪、水利工程設(shè)計等。坡度分析地形坡度坡度是指地表坡面的傾斜程度，通常以角度或百分比表示。坡度計算DEM數(shù)據(jù)可用于計算每個網(wǎng)格點的坡度，從而生成坡度圖。應(yīng)用價值坡度分析可用于識別陡峭地形，評估滑坡風險，以及規(guī)劃道路建設(shè)。坡向分析坡向是指坡面法線方向在水平面上的投影方向，通常以方位角表示。坡向會影響地表接受太陽輻射的量，進而影響植物生長、土壤水分蒸發(fā)等。坡向分析可用于識別不同朝向的坡面，并分析其對地表環(huán)境的影響。視域分析可見區(qū)域視域分析可以確定從特定點或區(qū)域可以觀察到的范圍。建筑設(shè)計該分析可用于優(yōu)化建筑設(shè)計，確保最佳的景觀視野。森林管理幫助制定最佳的森林砍伐計劃，避免破壞景觀和自然保護區(qū)。流域分析1水文分析確定河流網(wǎng)絡(luò)，計算河流長度、面積和流量。2洪水模擬預(yù)測洪水淹沒范圍，評估洪水風險。3水資源管理評估水資源潛力，規(guī)劃水資源利用和保護。地形剖面分析提取信息從特定方向上分析地形的起伏變化，獲取地形高程信息。應(yīng)用場景公路、鐵路等線性工程的選線，以及水庫、堤壩等工程的建設(shè)。DEM數(shù)據(jù)的應(yīng)用案例DEM數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，為城市規(guī)劃、水利工程、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、環(huán)境評估等提供數(shù)據(jù)支撐。通過DEM數(shù)據(jù)分析，可以更好地了解地形地貌特征，為相關(guān)決策提供科學依據(jù)。城市規(guī)劃DEM數(shù)據(jù)可以幫助城市規(guī)劃者更好地了解城市地形，例如山坡、河流和低洼地區(qū)。利用DEM進行地形分析，可以為道路規(guī)劃、橋梁建設(shè)和地下設(shè)施布局提供參考。DEM數(shù)據(jù)可以幫助優(yōu)化城市綠地規(guī)劃和城市景觀設(shè)計，提高城市宜居性。水利工程1水庫建設(shè)DEM可用于水庫選址和設(shè)計，確定最佳水庫位置，模擬水庫蓄水量和淹沒范圍。2灌溉系統(tǒng)DEM可用于灌溉系統(tǒng)設(shè)計，優(yōu)化灌溉區(qū)域，計算灌溉用水量，分析地形對灌溉效率的影響。3防洪工程DEM可用于防洪工程設(shè)計，分析洪水泛濫區(qū)域，制定最佳防洪措施，評估防洪工程的效果。農(nóng)業(yè)監(jiān)測作物生長監(jiān)測利用DEM數(shù)據(jù)分析地形的坡度和坡向，幫助農(nóng)民優(yōu)化作物種植。灌溉系統(tǒng)優(yōu)化根據(jù)DEM數(shù)據(jù)，設(shè)計更合理的灌溉系統(tǒng)，提高用水效率，減少水資源浪費。土壤水分監(jiān)測通過DEM數(shù)據(jù)分析土壤水分狀況，幫助農(nóng)民及時進行灌溉或排水，提高作物產(chǎn)量。環(huán)境評估環(huán)境影響分析DEM數(shù)據(jù)可用于評估建設(shè)項目對周圍環(huán)境的影響，例如地形變化、水文特征