地形图的应用课件.ppt

测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024 数字地面模型数字地面模型测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024　　数字地面模型　　数字地面模型(Digital Terrain Model,缩写为缩写为DTM) 是是对地形起伏形态的数字表达，代表着地形特征的空间分布，对地形起伏形态的数字表达，代表着地形特征的空间分布，它由对地形表面取样所得到的，并按一定结构组织在一起它由对地形表面取样所得到的，并按一定结构组织在一起的一组点的的一组点的平面位置和高程数据平面位置和高程数据以及一套对地面进行连续以及一套对地面进行连续表示的算法所组成表示的算法所组成 由于地形起伏形态通常是用高程来表示的，所以由于地形起伏形态通常是用高程来表示的，所以DTM也常称为数字高程模型（也常称为数字高程模型（DEM)一、基本概念一、基本概念2.2.与与DTMDTM密切相关的学科和技术密切相关的学科和技术 测绘学、应用数学、计算机科学测绘学、应用数学、计算机科学1. 1. 定义定义测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024二、ＤＴＭ的表示方法二、ＤＴＭ的表示方法　　２、规则格网表示法２、规则格网表示法把把 DTMDTM表示成高程矩阵表示成高程矩阵 DTM={DTM={Hij}, }, i =1,2,=1,2,…, ,m；； j=1,2,=1,2,…, ,n　　１、数学分块曲面表示法１、数学分块曲面表示法 把把地地面面分分成成若若干干个个块块，，每每块块用用一一种种数数学学函函数数表表示示，，并并使使函数曲面通过离散采样点。

函数曲面通过离散采样点 主要用于复杂表面模拟，一般不用主要用于复杂表面模拟，一般不用120.6 117.4 122.8 123.7121.7 121.7 125.2 124.5121.7 121.7 123.7 130.8129.5 113.4 125.8 120.7测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024缺点缺点 地形简单的地区存在大量冗余数据；地形简单的地区存在大量冗余数据； 如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的地区；如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的地区； 由于删格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征，由于删格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征， 如山顶、山脊、山谷等如山顶、山脊、山谷等 优点优点 数据结构简单数据结构简单测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024３、３、不规则三角网（不规则三角网（TINTIN））表示法表示法 （（Triangulated Irregular Network,简写为简写为TIN））由连续的相互联接的三角形组成，三角形的形状和大小取由连续的相互联接的三角形组成，三角形的形状和大小取决于不规则分布的高程点的位置和密度。

决于不规则分布的高程点的位置和密度测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024优点优点 能充分体现地形特征点和特征线能充分体现地形特征点和特征线 数据冗余小数据冗余小 缺点缺点 数据结构较为复杂，构建时计算量大数据结构较为复杂，构建时计算量大测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024三、三、DTMDTM的数据源与采集方法的数据源与采集方法 1.1.以摄影测量立体像对为数据源以摄影测量立体像对为数据源 ◆ ◆仪器仪器: : 全能型联机精密立体测图仪全能型联机精密立体测图仪( (数字摄影测量工作站）数字摄影测量工作站） ◆ ◆采点方式采点方式: : 断面扫描断面扫描 现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y现现代代测测量量学学◆◆◆◆步骤步骤：：内定向内定向内定向内定向相对定向相对定向相对定向相对定向绝对定向绝对定向绝对定向绝对定向扫描扫描扫描扫描. .采样采样采样采样. .记录记录记录记录DEMDEM数据的形成数据的形成数据的形成数据的形成输出输出输出输出格式转换格式转换格式转换格式转换确定确定确定确定X0,Y0 ,Δx,ΔyX0,Y0 ,Δx,Δy测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024逐点采样法逐点采样法渐进采样法渐进采样法分批互补采样法分批互补采样法筛选采样法筛选采样法部分迭代法部分迭代法采样方法采样方法测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024渐进采样法的基本步骤渐进采样法的基本步骤: :(B0 MaKarovic 马卡洛维奇提出 )（（（（1 1 1 1）子区划分和基底网结构点采样）子区划分和基底网结构点采样）子区划分和基底网结构点采样）子区划分和基底网结构点采样（（（（2 2 2 2）加密判断）加密判断）加密判断）加密判断( ( ( (δhδhδhδhijijijij< < < <阈值阈值阈值阈值δhδhδhδht0 t0 t0 t0 8δ8δ8δ8δ0 0 0 0高程中的误差高程中的误差高程中的误差高程中的误差) ) ) )特点：精度不受地貌复杂程度的影响、自动、只须双线性特点：精度不受地貌复杂程度的影响、自动、只须双线性特点：精度不受地貌复杂程度的影响、自动、只须双线性特点：精度不受地貌复杂程度的影响、自动、只须双线性内插、每次采样是等权的内插、每次采样是等权的内插、每次采样是等权的内插、每次采样是等权的. . . .现现代代测测量量技技术术室室M o d e r n M o d e r n S u r v e y现现代代测测量量学学2. 2. 以地形图为数据源的数字高程原始数据采样以地形图为数据源的数字高程原始数据采样•作业方法人工方格膜片逐点判估.记录法手扶数字化仪采集扫描数字化半自动采集测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024地形图扫描地形图扫描二值化二值化细化细化整体自动跟踪整体自动跟踪屏幕手工自动化屏幕手工自动化输出输出模式转换模式转换拼接拼接定向定向编辑检查编辑检查赋属性赋属性图形叠加编辑图形叠加编辑扫描数字化的作业步骤测测量量学学基基础础Monday, September 16, 20243.3.野外实测获取数字高程模型原始数据野外实测获取数字高程模型原始数据 ◆◆仪器仪器仪器仪器: : 经纬仪经纬仪+PC1500+标尺标尺 全站式电子速测仪全站式电子速测仪 ◆◆方法方法方法方法 选用沿地性线或等高线量取地貌特征点的采点方式选用沿地性线或等高线量取地貌特征点的采点方式4. 4. 用近景摄影测量立体像对获取用近景摄影测量立体像对获取DEMDEM测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024四、ＤＴＭ的建立方法四、ＤＴＭ的建立方法测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024１、由离散点建立格网ＤＴＭ１、由离散点建立格网ＤＴＭ（（１）、线性内插１）、线性内插 z=a0+a1x+a2y系数系数a0、、a1、、a2可利用可利用3个邻近的已知点求得个邻近的已知点求得基本思想：用被插值点基本思想：用被插值点P最临近的最临近的3个点构成一个平面，然个点构成一个平面，然后再内插后再内插P点点高程。

高程DTMDTM的建立方法随数据源和的建立方法随数据源和DTMDTM类型的不同而不同类型的不同而不同已知：已知：(x1，y1，z1)、 (x2，y2，z2)….. (xn，yn，zn)求：求： (x，y，？？)测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024（２）、（２）、多项式内插多项式内插内插点附近的曲面函数为内插点附近的曲面函数为 z=a0+a1x+a2y+a3xy+a4x2+a5y2系数系数a0，，…，，a5，，可以用被插值点附近的可以用被插值点附近的6个离散点代入个离散点代入上式来确定上式来确定 测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024（３）、（３）、距离加权平均内插距离加权平均内插ci是距离加权函数，常用的形式是是距离加权函数，常用的形式是 ci=1/di2=1/ [(x-xi)2+(y-yi)2 ]基本思想：用被插值点基本思想：用被插值点P附近参考点的高程和到被插点的附近参考点的高程和到被插点的距离来内插点距离来内插点P的的高程xi ,yi,zi),i=1,…，，n，，为为被被插插值值点点P(x,y,z)附附近近的的一一组组参参考点坐标，考点坐标，P的高程插值计算公式为：的高程插值计算公式为：测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024２、由等高线建立格网ＤＴＭ的方法２、由等高线建立格网ＤＴＭ的方法（１）、基本思想（１）、基本思想按照待求格网点的平面位置寻找该点上的最大坡度方向，求按照待求格网点的平面位置寻找该点上的最大坡度方向，求取过该点的最大坡度线与其两侧相邻两条等高线的交点，最取过该点的最大坡度线与其两侧相邻两条等高线的交点，最后根据这两条等高线的高程线性内插出待求格网点的高程。

后根据这两条等高线的高程线性内插出待求格网点的高程pp1p2测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024(２２)、实用方法、实用方法　　在水平和垂直两个方向上　　在水平和垂直两个方向上进行与相邻等高线的求交计算，进行与相邻等高线的求交计算，并近似地将相应两点距离短的并近似地将相应两点距离短的方向作为内插格网点高程的方方向作为内插格网点高程的方向测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024（（３）、遇到的问题３）、遇到的问题ＡＡ、、两两个个方方向向上上所所求求得得的的交交点点对对都都位位于于高高程程不不同同的等高线上；的等高线上；ＢＢ、、一一个个方方向向上上的的交交点点对对所所在在等等高高线线高高程程相相同同，，另另一一方方向向上上的的交交点点对对所所在在等等高线高程不同；高线高程不同；测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024ＣＣ、、两两个个方方向向上上的的交交点点对对所所在在等等高高线线高高程程均均相相同同，，且且两两个个方向上的高程值不同；方向上的高程值不同；　　　　　　z=(zh+zv)/2 )/2 ＤＤ、、两两个个方方向向上上的的交交点点对对所所在在等等高高线线高高程程均均相相同同，，且且两两个个方向上的高程值相同；方向上的高程值相同；　　　　　　z=zh 或或z =zvＥ、一个方向上存在交点对，另一方向上只有一个交点。

Ｅ、一个方向上存在交点对，另一方向上只有一个交点测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024３、由离散点建立ＴＩＮ的方法３、由离散点建立ＴＩＮ的方法主要有两种方法：主要有两种方法：当离散点均为地形特征点，需要根据实际地形人工构网当离散点均为地形特征点，需要根据实际地形人工构网；；当离散点密度较大时，根据一定的法则自动构网当离散点密度较大时，根据一定的法则自动构网　　ａ、　　ａ、由泰森多边形构建由泰森多边形构建ＴＩＮ；ＴＩＮ；　　ｂ、　　ｂ、根据距离最近法建立根据距离最近法建立ＴＩＮ测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024（（1）由泰森多边形构建ＴＩＮ）由泰森多边形构建ＴＩＮ用用泰森多边形分割离散点泰森多边形分割离散点 分割原则：每个多边形内只有一个点分割原则：每个多边形内只有一个点 多边形内任一点到对应离散点的距离最短多边形内任一点到对应离散点的距离最短相临泰森多边形内的相临泰森多边形内的 离散点连线离散点连线测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024（（2）距离最近法则建立ＴＩＮ）距离最近法则建立ＴＩＮ步骤步骤：找两个距离最近的点，以这两个点连线为基线找两个距离最近的点，以这两个点连线为基线寻找与基线最近的点构成三角形寻找与基线最近的点构成三角形按同样的法则把三角形的三条边作为基线进行扩展按同样的法则把三角形的三条边作为基线进行扩展测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024数字高程模型的应用数字高程模型的应用一、利用一、利用DTMDTM绘制等高线（讲过）绘制等高线（讲过）二、二、DTMDTM绘制地面晕渲图绘制地面晕渲图三、透视立体图的绘制三、透视立体图的绘制 四、求地表面积四、求地表面积五、求体积五、求体积六、基于六、基于DTMDTM的地形分析的地形分析 测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024二、二、 DTMDTM绘制地面晕渲图绘制地面晕渲图　　晕晕渲渲图图是是以以通通过过模模拟拟实实际际地地面面本本影影与与落落影影的的方方法法反反映映实实际际地地形形起起伏伏特特征征的的重重要要的的制图方法。

制图方法 传传统统的的人人工工描描绘绘：：费费工工、、费费时时，，而而且且带带有有很很大大的的人人工工因素 用用DTMDTM数数据据作作为为信信息息源源，，以以地地面面光光照照通通量量为为依依据据，，计计算算对对应应栅栅格格所所输输出出的的灰灰度度值值，，由由此此产产生生的的晕晕渲渲图图具具有有相相当当逼真的立体效果逼真的立体效果测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024三、透视立体图的绘制三、透视立体图的绘制立体图是表现物体三维模型最直观形象的图形，它立体图是表现物体三维模型最直观形象的图形，它可以生动逼真地描述对象在平面和空间上分布的形可以生动逼真地描述对象在平面和空间上分布的形态特征和构造关系态特征和构造关系测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024四、求地表面积四、求地表面积 若若格格网网中中有有特特征征高高程程点点，，则则可可将将格格网网分分解解为为若若干干个个小小三三角角形，求出它们斜面面积之和作为格网的表面积。

形，求出它们斜面面积之和作为格网的表面积若若格格网网中中没没有有高高程程点点，，则则可可计计算算格格网网对对角角线线交交点点处处的的高高程程，，用四个共用顶点的斜三角形面积之和作为格网的表面积用四个共用顶点的斜三角形面积之和作为格网的表面积测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024五、求体积五、求体积 DEMDEM体体积积由由四四棱棱柱柱（（无无特特征征高高程程点点格格网网））与与三三棱棱柱柱体体积积累累加加得得到到，，下下表表面面为为水水平平面面或或参参考考平平面面，，计计算算公公式式为：为：　　V3=A3(h1+ h2+ h3)/3　　V4=A4(h1+h2+h3+h4)/4式式中中，hi为为各各地地表表点点相相对对于于下下表表面面点点的的高高差差，，A3与与A 4分别是三棱柱与四棱柱的底面积分别是三棱柱与四棱柱的底面积 测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024六、基于六、基于DTMDTM的地形分析的地形分析1 1．坡度和坡向分析．坡度和坡向分析2 2．地表粗糙度的计算．地表粗糙度的计算3 3．地表曲率的计算．地表曲率的计算 (1) (1)地面剖面曲率的计算地面剖面曲率的计算 (2) (2)地面平面曲率的计算地面平面曲率的计算4 4．谷脊特征分析．谷脊特征分析5 5．通视分析．通视分析　　　　(1)(1)两点之间的通视计算两点之间的通视计算　　　　(2)(2)面域的通视计算面域的通视计算6 6、其它应用、其它应用 测测量量学学基基础础Monday, September 16, 20241 1．坡度和坡向分析．坡度和坡向分析　坡度定义为水平面和地形表面之间的正切值；　坡度定义为水平面和地形表面之间的正切值； 坡向为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。

坡向为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角 2 2．地表粗糙度的计算．地表粗糙度的计算 反映地表的反映地表的起伏变化起伏变化和和侵蚀程度侵蚀程度的指标的指标 定义：为地表单元的曲面（地表）面积与其在水平面定义：为地表单元的曲面（地表）面积与其在水平面上的投影面积之比上的投影面积之比 测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024　　3 3．谷脊特征分析．谷脊特征分析 判断某点位于分水线或合水线上？判断某点位于分水线或合水线上？当当( (Hi, (j-1) –Hi, j)()(Hi,(j+1)-Hi , j)>0 )>0 时时，， 若若Hi,(j+1)> > Hi, j则则Vr( (i, j)=-1)=-1 若若Hi,(j+1)< < Hi, j则则Vr( (i, j)=1)=1当当( (H(i-1), j –Hi, j)()( H(i+1), j - - Hi , j)>0 )>0 时时，， 若若H(i+1), j > >Hi, j则则Vr( (i, j)=-1)=-1 若若H(i+1), j < < Hi, j则则Vr( (i, j)=1)=1在其它情况下，在其它情况下，Vr( (i, j)=0)=0　　其中其中Vr( (i, j)=-1)=-1表示谷点表示谷点Vr( (i, j)=1)=1表示脊点表示脊点，，Vr( (i, j)=0)=0表示其它点表示其它点测测量量学学基基础础Monday, September 16, 20244 4．通视分析．通视分析　测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024面通视面通视测测量量学学基基础础Monday, September 16, 20245 5．其它应用．其它应用　测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024测测量量学学基基础础Monday, September 16, 2024。