數(shù)字地面模型概述數(shù)字地面模型概述1.DTM(DigitalTerrainModel)數(shù)字地面模型數(shù)字地面模型是在空間數(shù)據(jù)中存儲并管理的空間數(shù)據(jù)集的通稱，是以數(shù)字形式按一定的結(jié)構(gòu)組織在一起，表示實際地形特征的空間分布，是地形屬性特征的數(shù)字描述，其核心是在地球表面特征點的三維坐標數(shù)據(jù)和一套對地面提供連續(xù)描述的算法。2.DEM(DigitalElevationModel)數(shù)字高程模型DTM是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述，包含地面起伏和屬性兩個含義。當DTM中地形屬性為高程時，稱DEM模型，即數(shù)字高程模型。

DTM的特點以多種形式顯示地形信息。精度不會損失容易實現(xiàn)自動化和實時化。二、DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)離散點結(jié)構(gòu)：包含分塊、分類存儲的離散點坐標和某些斷裂線。

結(jié)構(gòu)簡單，很少采用。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)：將離散點連成多邊形格網(wǎng)。

可分為規(guī)則格網(wǎng)、不規(guī)則格網(wǎng)。1）規(guī)則矩形格網(wǎng)（Grid）二、DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)利用一系列在X，Y方向上都是等間隔排列的地形點的高程Z表示地形，形成一個矩形格網(wǎng)DEM。

DxDyXiYiPij二、DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，算法實現(xiàn)容易，便于空間操作和存儲。尤其適合在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的GIS系統(tǒng)中。

容易計算等高線、坡度、坡向、自動提取地域

地形等。

二、DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的缺點：數(shù)據(jù)量大，通常采用壓縮存儲不規(guī)則的地面特性與規(guī)則的數(shù)據(jù)表示之間本身就不協(xié)調(diào)。它對不同地形采用一律平等的規(guī)則格網(wǎng)，不利于表示復(fù)雜地形。二、DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2）不規(guī)則三角網(wǎng)TIN（TriangulatedIrregularNetwork）

不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）模型通過不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)點，生成連續(xù)的三角形面來逼近地面的地形表面。三角形面的形狀和大小取決于不規(guī)則分布的觀測點數(shù)據(jù)的位置和密度。

TIN將區(qū)域內(nèi)有限的點集，連成相互連續(xù)的三角面，使離散點為三角面的頂點。

二、DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2）不規(guī)則三角網(wǎng)TIN（TriangulatedIrregularNetwork）

由于受觀測手段所限，或?qū)I(yè)要求，在實際中獲取的數(shù)據(jù)常不是規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)，大多為不規(guī)則的離散數(shù)據(jù)。如地震觀測中觀測的地層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，水利中觀測的地下水資源數(shù)據(jù)等。

二、DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

不規(guī)則三角網(wǎng)模型的優(yōu)點：1）克服柵格數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)冗余問題；2）表示地面形態(tài)效率高，數(shù)據(jù)精度高。它能較好地表示地性線，充分表示復(fù)雜的地形特征，適應(yīng)起伏不同的地形。二、DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

不規(guī)則三角網(wǎng)模型的缺點：算法實現(xiàn)復(fù)雜，由于形成三角網(wǎng)方法不同有不同算法；對特殊的地形線要調(diào)整。二、DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

大比例尺數(shù)字高程模型

通常采用能表示地性線的不規(guī)則三角網(wǎng)，以便較精確地顯示小區(qū)域地形特性。小比例尺數(shù)字高程模型

通常可采用規(guī)則格網(wǎng)模型，以顯示大區(qū)域宏觀地形特性。數(shù)字地面模型的應(yīng)用

繪制等高線繪制地面暈渲圖繪制坡度圖與坡向圖繪制地形剖面圖繪制三維透視立體圖繪制三維地形立體圖DEM水文分析剖面面積計算體積計算表面積計算

目錄一、繪制等高線圖基于矩形格網(wǎng)DEM繪制等高線

以基于矩形格網(wǎng)DEM繪制等高線為例，從矩形格網(wǎng)某個單元的邊開始，利用格網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲的格網(wǎng)結(jié)點信息及附加的格網(wǎng)單元結(jié)構(gòu)信息生成等高線。對于數(shù)字測圖，一般可通過增加高程注記的方法，以提高整個圖幅的高程精度。所需高程點可以通過高程注記點或通過格網(wǎng)模型內(nèi)插求得。二、繪制地面暈渲圖

暈渲圖是以通過模擬實際地面本影與落影的方法反映實際地形起伏特征的重要的地圖制圖學方法。二、繪制地面暈渲圖

影響因子太陽方位角AS：光源來向（順0-360）太陽高度角AH：光線與地面夾角（0-90）坡度S、坡向A相對輻射量

RF=cos(A-AS)sinScosAH+cosSsinAH照明值計算

0<RF<1，IF=RF*255三、繪制坡度圖與坡向圖

（一）坡度和坡向

坡度反映斜坡的傾斜程度，是水平面與地表之間的正切值。

坡向反映斜坡所面對的方向，按從正北方向起算的角度測量。單位：4個或8個基本方向

計算公式Dir=(-?z/?y)/(?z/?x)

式中的

z/

x、

z/

y一般采用2階差分方法計算。三、繪制坡度圖與坡向圖

（二）計算坡度坡向的算法

用格網(wǎng)（柵格）計算坡度、坡向的算法FlemingHofferRitterHorn算法Sharpnack算法

用不規(guī)則三角網(wǎng)計算坡度、坡向的算法四、繪制地形剖面圖

繪制垂直剖面四、繪制地形剖面圖

剖面線五、繪制三維透視立體圖

立體圖是表現(xiàn)物體三維模型最直觀形象的圖形，它可以生動逼真地描述制圖對象在平面和空間上分布的形態(tài)特征和構(gòu)造關(guān)系。立體圖模型有利于研究區(qū)域的輪廓形態(tài)、變化規(guī)律以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。建立透視變化基礎(chǔ)DEM高程陣列剖面布設(shè)消除隱藏線處理粘貼表面影響與紋理六、繪制三維地形立體圖

隨著計算機技術(shù)和測繪技術(shù)的發(fā)展，如利用數(shù)字地形圖加上樓高等數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)地面地形的立體三維圖形，形象逼真地表現(xiàn)客觀現(xiàn)實，為地形圖的識圖、用圖、普及應(yīng)用帶來極大的方便。七、DEM水文分析流域、分水線、匯流區(qū)域七、DEM水文分析

流域是指流經(jīng)其中的水流和其它物質(zhì)從一個公共的出水口排出從而形成一個集中的排水區(qū)域。

流域盆地basin、集水盆地catchment或水流區(qū)域contributingarea。

全流域Watershed數(shù)據(jù)顯示了區(qū)域內(nèi)每個流域匯水面積的大小。匯水面積是指從某個出水口（或點）流出的河流的總面積。出水口（或點）即流域內(nèi)水流的出口，是整個流域的最低處。流域間的分界線j即為分水嶺。七、DEM水文分析DEM無洼地DEM生成水流方向確定水流累計矩陣計算流域特征分析特征地貌分析山脊線、山谷線提取流域網(wǎng)絡(luò)提取流域分割流域參數(shù)統(tǒng)計計算基于流域分析流程七、DEM水文分析流域分析的應(yīng)用自然資源管理和規(guī)劃——流域管理得到水文要素洪水預(yù)報與融雪徑流模型等八、剖面面積計算根據(jù)工程設(shè)計的線路，可計算其與DEM各格網(wǎng)邊交點Pi（Xi，Yi，Zi），則線路剖面積為：其中，n為交點數(shù)；Di，i+1為Pi與Pi+1之距離。同理可計算任意橫斷面及其面積。九、體積計算DEM體積由四棱柱（無特征的格網(wǎng)）與三棱柱體積進行累加得到，四棱柱體上表面用拋物雙曲面擬合，三棱柱體上表面用斜平面擬合，下表面均為水平面或參考平面，計算公式分別為其中S3與S4分別是三棱柱與四棱柱的底面積。根據(jù)兩個DEM可計算工程中的挖方、填方及土壤流失量。十、表面積計算