文章目录
DEM的建立
DEM数据模型与数据结构
规则格网DEM
【Regular Grid-Based DEM（规则格网）】地形表面被分为一序列的格网单元，每个网格存储一个高程值
对地面的离散模拟
【特征】
- 栅格数据结构中，数据被存储在格网的行列中
- 行列相交的栅格单元带有其属性值
- 每个栅格的行列号代表真实地表的位置，而行列号所对应的Z值代表高程值或者其他的属性值
【格网数据结构
- ncols: number of columns
- nrows: number of rows
- xllcorner: x of the southwestern corner
- yllcorner: y of the southwestern corner
- cellsize: grid cell size
- nodata_value: nodata value assigned
【DEM格网参数】
- 形状
- 分辨率d
【选择的原则】
①保证精度：取决于地形复杂度
②避免数据冗余
③符合标准：和国家或国际的标准进行匹配 - 位置
- 方向
【NSDI的DEM标准】National Spatial Data Infrastructure国家空间数据基础设施
- 1:1,000,000数字高程模型采用的是1000m的分辨率
大区域的，宏观范围的特征 - 1:250,000：100m
中尺度，能够描述到流域尺度 - 1:50,000：25m
主要反映小流域，能够反映几十平方公米小流域的地形特征 - 1:10,000：5m
反映坡面地形特征：坡度坡向
后三个的生产方式：基本地形图等高线的数字化
而1:1,000,000生产方式不一样，把1:50,000或者1:10,000方里网交点的高程读出来输进去构建起来
因此1:1,000,000虽然比例尺很少，但是高程采样精度很高
不规则三角网(TIN)
【TIN数字高程模型】将离散的点连接成连续的最优结构三角面
【特性】
- 可变的分辨率
- 顾及地形结构
- 存储复杂：和矢量数据的构建方式基本对应
【构建方法】三步
- 野外采集特殊点
- 构建成三角网（按照一定的规则）
- 赋予高程
【TIN数据结构】
不同TIN数据结构对比
等高线模型
等高线模型（Contour-Based DEM）
【存储结构】链状数据结构
【特性】
- 源于地形图
- 较大的数据存储量
- 使用于非平坦地形
平坦地区–>一条等高线与另一条等高线相差很远–>这两条等高线之间的地形信息是缺失的
DEM数据构建
DEM数据源
- 野外测量数据
- 更新快
- 高精度
- 低冗余
- 限制较多
- 地形图
- 内容综合
- 易于收集
- 高精度
- 多尺度
- 更新慢
- 遥感影像数据
- 限制较低
- 高精度高效率
- 数据量大
- 其他
DEM数据获取方法
基于等高线的DEM数据获取
【数字化核心技术】保留关键节点和结构线；等高线空间关系；避免平三角
【空间内插】
- 整体内插
【优点】曲面唯一、光滑；编程简单；与坐标系无关；低阶多项式计算量较小；宏观势态
【缺点】- 假设理想，与实际不符：事实上没有这么好的地表
- 无法反映局部的变化：走的是一种宏观态势
- 边界效应：一个面与另一个面之间边界效应非常明显
- 高阶多项式系数的物理意义不明显：为我们计算一些地形特征参数提供了障碍
- 局部分块内插
- 逐点内插法
- 定义内插点的邻域范围；
- 确定落在邻域内的采样点；
- 选定内插数学模型；
- 通过邻域内的采样点和内插计算模型计算内插点的高程
【内插类型】
- 反距离加权内插Inverse Distance Weighting (IDW)
- 自然邻近法Natural Neighbors
- 克里金Kriging
- 样条内插Splines
- TIN
【内插方法对比】
- 速度：IDW – Spline – Krig
- 细节程度：Krig – Spline – IDW
- 光滑程度：IDW – Spline – Krig
- 整体精度：Spline – Krig – IDW
- 异常值：IDW – Krig – Spline
基于摄影测量技术的DEM数据获得
原理：在高空中不同的位置S1、S2，观测到同一地物的位置是有位移的，根据位移能够算出高程
- IKONOS-2
- SPOT-5
- Cartosat-1
- WorldView-1
- GeoEye-1
- ASTER G-DEM
基于激光雷达技术的DEM数据获取方法
- 单点基站扫描
- 多点基站扫描
- 航空激光雷达测高
干涉雷达—合成孔径雷达干涉测量技术
INSAR：Interferometric Synthetic Aperture Radar，简称：干涉雷达测量
【InSAR】是以同一地区的两张SAR图像为基本处理数据，通过求取两幅SAR图像的相位差，获取干涉图像，然后经相位解缠，从干涉条纹中获取地形高程数据的空间对地观测新技术
【应用】
- 地形高程数据的获取
- 地表微量形变的测量技术（D-INSAR）
【主要优势】
- 主动式遥感方式为全天候、全天时作业、测量结果具有连续的空间覆盖优势
- 可对地壳变形进行准确的测量与检测，是地壳构造变形（板块动力学理论、地震、造山等）研究的一个新的强有力工具。
其他遥感技术
- 月表地形多光谱扫描仪
- 基于声纳的DEM获取技术
- 基于超声波的DEM获取技术
构建栅格DEM
【格网DEM的构建方法】将原始离散点转换为规则分布的格网点的数学变换过程
【总结】
- DEM有自身的特殊数据结构，它有深刻的影响着数据的处理效率及DEM应用
- DEM有不同的数据源，它同样决定数据分析结果的准确性和效率
- DEM的构建在很大的程度上受到内插方法的影响