DEM
【背景】
- 使用一个连续的方程H=f(x,y)表示一个地表面，用一个连续的方程Y=F(x)表示一个剖面
- 由于地表起伏的复杂性，很难用一个连续的函数进行拟合与模拟
【解决】用离散高程点的分析方法表达连续的地表面
【数字高程模型(Digital Elevation Model)】通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟，是区域表面海拔高程的数字化表达
【注意】平常所说的DEM（是狭义的DEM）是基于栅格的数字高程模型，但是DEM不是单单只有规则格网的高程模型，是一个很广泛的概念（包括 规则的DEM、不规则的三角网TIN、等高线等）
基于栅格的数字高程模型
【提出】1958, Miller在他的博士论文中第一次提出一种全新的DEM概念：When the sampling is within a square grid , the DEM called Grid based DEM.
【DEM具体是如何建模与表达的？】以统一的标准来采样，并构成一个连续矩阵，就能得到DEM
- 将地表面划分成很多个栅格
- 把栅格中点的高度或者十字交叉点的高度当成一个栅格的高度
【优点】
- 数据结构简单
- 便于在GIS环境下处理与显示
【缺点】
- 数据量大
采样间隔较小–>分辨率很高–>数据量大 - 精度低
分辨率很低–>精度很低 - 丢失地形结构属性
DEM是对地表面按照一定的间隔进行采样–>间距很大，采样的很稀疏–>会丢失一些地形结构
TIN
不用连续的，不用整齐划一的间距来采样–>只采样特征要素点（山顶点、鞍部点等）–>TIN表达
【TIN(Triangalar Irregular Networks)】地形三角网、地形不规则三角网
【评价】
- 比规则的栅格表达，数据量少了
- 加密特征要素点–>构建的模型比原来的更精细
- 要意识到，TIN相当于用矢量数据来表达地理对象，具有矢量数据表达地理对象的一切缺点：数据结构较为复杂，后序处理和分析较为困难
DEM概念扩展
数字地面模型有关术语
| 术语 | 全称 | 特点与含义 |
|---|---|---|
| DEM | Digital Elevation Model | 以绝对高程或海拔表示的地形模型 |
| DHM | Digital Height Model | 以任意高程表示的地形模型，包括绝对高程和相对高程，为德国所用 |
| DGM | Digital Cround Model | 具有连续变化特征的地表实体模型，为英国所使用 |
| DIgital Geomorphology Model | 除高程外的其他地貌形态模型，如坡度、坡向等 | |
| DTM | Digital Terrain Model | 泛指地形表面自然、人文、社会景观模型 |
| DTEM | Digital Terrain Elevation Model | 为美国国防制图局所使用的地形模型，强调模型的格网结构特征 |
DEM的基本特征
- DEM用离散的采样点表达真实地表面
- DEM数据用简单矩阵的方式进行组织和计算
- DEM格网大小和表面粗糙度决定地形表达的精度
- 2.5D
DEM表达的只是地表面的三维模型，不知道某个点的地下某个具体的深度是什么东西
仅仅是张皮，这张皮，我们用模型表达出来就叫做2.5维 - 2.75D
构建过程中，不仅表达表面的，还要记录下面的，但是不可能对所有的下面做连续的表达。只能对地表面以下某个岩层面做一个表达–>2.75维
DEM的未来
【从空间上看】
- 从地球表面走向地下
2.5D–>2.75D：不仅仅记录一个面，还记录多个地表下的不规则岩层面，扩展到2.75D - 从地球表面走向高空
测量大气中的等压面、等温面–>扩展到别的地理因子
这些面虽然是看不到的，但是可以虚拟存在 - 从地球走向外空间
从地球延伸到了月球
【从时间维上看】
- 从现在地形到历史地形
- 从现在地形到未来地形
- 单一阶段的地形到多时项地形
【从对象上看】
- 从自然表面到人工表面
- 从地表面到地下水
- 从丘陵到平原
丘陵的DEM很容易来表达，而平原受到人的影响，很难准确表达 - 从地形走向地貌
地形只是一个地表形状的概念，而地貌还考虑了该地区的机理
DEM的类型
分类体系
按照数据结构|数据组成方式分类
- 基于栅格的高程矩阵
- 不规则三角网TIN
- 等高线
- 随机分布的
- 等等
从测绘的角度分类
【U.S. Geological Survey (USGS)】美国最大的空间数据生产单位
USGS, 1987：“DTM is known as a generic term for digital terrain data of any format, and restricts the term DEM to digital terrain data in a grid format”.
这个解释基于数据结构的基础上描述了DEM的两个类型，并且被广泛的接受与认可。
按照数据的组织方式分类
还有【经纬网状的DEM】
按照DEM采样的方法分类
- 野外测量
- 等高线
- 摄影测量
- 其他基于电磁波的不同测量
基于数据尺度分为
- 从1:1,000,000地形图获取 --> 1000m
- 从1:250,000地形图获取 --> 100m
- 1:50,000 --> 25m
- 1:10,000 --> 5m
基于地形表达维度分
- 2.5 Dimension：单单只是地表面的数字高程模型，一个简单的地皮
- 2.75 Dimension：在地表面下面记录几个不规则的岩层面，扩展到2.75D
- 但是不可能做到连续
