《數(shù)字高程模型》課程教學(xué)大綱

1、數(shù)字高程模型教學(xué)大綱一、說(shuō) 明適用專業(yè)地理信息科學(xué)先修課程地理信息系統(tǒng)原理、遙感概論總學(xué)時(shí)64總學(xué)分3（一）本課程的目的、要求數(shù)字高程模型作為地球空間信息框架的基本內(nèi)容和其他各種信息的載體，是世界各國(guó)都十分重視的基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品。數(shù)字高程模型采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的授課方法，從DEM數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)記錄及建模與分析等多個(gè)方面，講解數(shù)字高程模型研究與應(yīng)用的最新理念和研究成果，是高等院校地理信息科學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)必修課。通過本課程學(xué)習(xí)，達(dá)到以下目的要求：1使學(xué)生掌握數(shù)字高程模型的基本概念和術(shù)語(yǔ)、相關(guān)理論和模型的原理與技術(shù)，掌握常用模型的建立方法、精度控制和相關(guān)應(yīng)用，了解數(shù)字高程模型與地理信息

2、系統(tǒng)（GIS）集成的理論與方法。2通過實(shí)驗(yàn)上機(jī)，培養(yǎng)同學(xué)的實(shí)踐技能,使學(xué)生理解數(shù)字高程模型的原理與方法，為利用C+編程語(yǔ)言開發(fā)數(shù)字高程模型應(yīng)用奠定必要的知識(shí)基礎(chǔ)。3、通過實(shí)踐環(huán)節(jié)的鍛煉，使學(xué)生掌握數(shù)字高程模型的原理、方法并能夠?qū)⑵鋺?yīng)用工程領(lǐng)域。（二）內(nèi)容選取和實(shí)施中注意的問題本課程在教授學(xué)生有關(guān)數(shù)字高程模型的基本概念、方法和理論的同時(shí)，注重傳授該技術(shù)的最新研究成果。鑒于課程知識(shí)體系的獨(dú)立性，數(shù)字高程模型含有的部分?jǐn)z影測(cè)量和雷達(dá)高程數(shù)據(jù)獲取方法相關(guān)內(nèi)容，教學(xué)過程中可以不作要求。教學(xué)過程中對(duì)數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)過程及其算法實(shí)現(xiàn)有一定的要求，對(duì)學(xué)生而言難度較大。地理信息系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生除就業(yè)外，還有一定的考研

3、需求，因此與考研相關(guān)和就業(yè)相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容要重點(diǎn)介紹。要求學(xué)生深入、全面地掌握本課程的理論和相關(guān)方法，為將來(lái)考研和就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。（三）教學(xué)方法本課程注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，采用課堂講授與具體實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式。由于計(jì)量地理學(xué)涉及的數(shù)學(xué)方法多，理論性較強(qiáng)等特點(diǎn)，所以本課程采用課堂講解為主，多媒體演示、練習(xí)鞏固為輔的授課方式。（四）考核方式課程考核按平時(shí)作業(yè)（占60）、試驗(yàn)（占30）和考勤（10%）結(jié)合的方式考查。（五）教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配教學(xué)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)安排備注1概述22數(shù)字高程模型的采樣理論23數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)獲取方法44數(shù)字高程模型表面建模方法45不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）生成的算法8

4、6數(shù)字高程模型內(nèi)插方法47數(shù)字高程模型生產(chǎn)的質(zhì)量控制方法48數(shù)字高程模型精度的數(shù)學(xué)模型表示方法49數(shù)字高程模型的多尺度表達(dá)的原理與方法410數(shù)字高程模型精度的數(shù)學(xué)模型表示方法411數(shù)字高程模型的多尺度表達(dá)的原理與方法412數(shù)字地形分析813數(shù)字高程模型的可視化614數(shù)字高程模型的應(yīng)用415數(shù)字高程模型與GIS的集成方法2二、大 綱 內(nèi) 容第一章 概述1. 數(shù)字地形的表達(dá)2. 數(shù)字地面模型3. 數(shù)字高程模型的概念4. 數(shù)字高程模型的實(shí)踐5. 數(shù)字高程模型與其它學(xué)科的關(guān)系說(shuō)明和要求：(1) 本章主要是讓學(xué)生了解數(shù)字地形的表達(dá)方法、數(shù)字地面模型的概念、數(shù)字高程模型的概念。(2) 本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握

5、數(shù)字高程模型的概念、數(shù)字高程模型的實(shí)踐、數(shù)字高程模型。第二章 數(shù)字高程模型的采樣理論1. 地面形狀的幾何特征2. 地面的復(fù)雜度描述3. 根據(jù)坡度的地面分類4. 地面采樣的理論基礎(chǔ)5. 數(shù)據(jù)采樣策略與采集方式6. 數(shù)字高程模型源數(shù)據(jù)的三大屬性說(shuō)明和要求：(1) 本章主要是讓學(xué)生了解地面形狀的幾何特征、地面復(fù)雜度描述，掌握坡度的地面分類、地面采樣的理論基礎(chǔ)、地面采樣的理念基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)采樣策略與采集方式、數(shù)字高程模型源數(shù)據(jù)的三大屬性。(2) 本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握地面的復(fù)雜度描述、坡度的地面分類與特征、數(shù)據(jù)采樣策略與采集方式，為后面數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)獲取方法的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。第三章 數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)獲取

6、方法1. 數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)來(lái)源2. 攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集方法3. 利用合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量采集數(shù)據(jù)的方法4. 機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)采集方法5. 從地形圖采集數(shù)據(jù)的方法6. 從地面直接采集數(shù)據(jù)的方法7. 數(shù)字高程模型各種數(shù)據(jù)源對(duì)比8. 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)采集的項(xiàng)目計(jì)劃說(shuō)明和要求：(1)本章主要是讓學(xué)生了解各種數(shù)據(jù)采集方法的特點(diǎn)，從而為后面熟練的構(gòu)建數(shù)字高程模型奠定基礎(chǔ)。(2) 本章重點(diǎn)是從地形圖采集數(shù)據(jù)的方法，難點(diǎn)是攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集方法、合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量采集數(shù)據(jù)的方法、機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)采集方法。第四章 數(shù)字高程模型表面建模方法1. 表面建模的基本概念2. 建立數(shù)字地形表面模型的各種方法3. 三角網(wǎng)的

7、基本概念及生成方法4. 格網(wǎng)的基本概念與生成方法說(shuō)明和要求：(1)本章主要是讓學(xué)生了解表面建模的概念，了解建立數(shù)字地形表面模型的各種方法，了解三角網(wǎng)的基本概念及生成方法，以及格網(wǎng)的基本概念與生成方法，從而為構(gòu)建數(shù)字高程模型的表面模型奠定基礎(chǔ)。(2)本章重點(diǎn)是格網(wǎng)的基本概念與生成方法，難點(diǎn)是三角網(wǎng)的生成方法。第五章 不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）生成的算法1. 三角網(wǎng)生長(zhǎng)算法2. 數(shù)據(jù)逐點(diǎn)插入法3. 帶約束條件的Delaunay三角網(wǎng)4. 基于柵格的三角網(wǎng)生成算法說(shuō)明和要求：(1)通過本章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生能夠了解不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）生成的相關(guān)算法，包括三角網(wǎng)生長(zhǎng)算法、數(shù)據(jù)逐點(diǎn)插入法。(2)在本章教學(xué)中重

8、點(diǎn)是三角網(wǎng)生長(zhǎng)算法，難點(diǎn)是帶約束條件的Delaunay三角網(wǎng)。第六章 數(shù)字高程模型內(nèi)插1. 內(nèi)插方法的分類2. 整體內(nèi)插3. 分塊內(nèi)插4. 逐點(diǎn)內(nèi)插法5. 關(guān)于內(nèi)插方法的探討說(shuō)明和要求：(1)通過本章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生了解數(shù)字高程模型內(nèi)插的原理與基本方法，包括內(nèi)插方法的分類、整體內(nèi)插、分塊內(nèi)插、逐點(diǎn)內(nèi)插。(2) 在本章教學(xué)中重點(diǎn)是分塊內(nèi)插法，難點(diǎn)是最小二乘配置法。第七章 數(shù)字高程模型生產(chǎn)的質(zhì)量控制1. 數(shù)字高程模型生產(chǎn)的質(zhì)量控制：概念與策略2. 攝影測(cè)量采集數(shù)據(jù)的在線質(zhì)量控制3. 原始數(shù)據(jù)之隨機(jī)誤差的濾波4. 基于趨勢(shì)面及三維可視化的粗差檢測(cè)與剔除5. 基于坡度信息的格網(wǎng)數(shù)據(jù)粗差檢測(cè)與剔除6. 檢

9、測(cè)不規(guī)則分布數(shù)據(jù)中單個(gè)粗差的算法(算法1)7. 檢測(cè)粗差簇群的算法（算法2）8. 基于等高線拓?fù)潢P(guān)系的粗差檢測(cè)與刪除9. 數(shù)字高程模型的精度實(shí)驗(yàn)評(píng)定方法10.數(shù)字高程模型的生產(chǎn)過程的質(zhì)量檢查說(shuō)明和要求：(1) 本章主要是讓學(xué)生了解數(shù)字高程模型生產(chǎn)的質(zhì)量控制的概念與策略、攝影測(cè)量采集數(shù)據(jù)的在線質(zhì)量控制、原始數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差的濾波、粗差檢測(cè)與剔除方法，掌握數(shù)字高程模型精度實(shí)驗(yàn)評(píng)定方法和數(shù)字高程模型生產(chǎn)過程的質(zhì)量檢查方法。(2) 本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握基于坡度信息的格網(wǎng)數(shù)據(jù)粗差檢測(cè)與剔除和基于趨勢(shì)面及三維可視化的粗差檢測(cè)與剔除，難點(diǎn)是攝影測(cè)量采集數(shù)據(jù)的在線質(zhì)量控制，為后面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。第八章 數(shù)字高程

10、模型精度的數(shù)學(xué)模型1. 數(shù)字高程模型精度的數(shù)學(xué)模型：?jiǎn)栴}與對(duì)策2. 數(shù)字高程模型精度的影響因子3. 數(shù)字高程模型精度與格網(wǎng)間距的關(guān)系：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?. 根據(jù)格網(wǎng)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字高程模型表面的精度：理論模型5. 根據(jù)三角網(wǎng)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字高程模型表面精度6. 數(shù)字高程模型精度與等高距的關(guān)系7. 與其他理論模型的比較說(shuō)明和要求：(1)本章涉及內(nèi)容是數(shù)字高程模型生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，但是比較抽象，不易理解，大部分內(nèi)容要求學(xué)生做一般性了解。(2)重點(diǎn)掌握一些基本概念，初步建立精度控制的思想。第九章 數(shù)字高程模型的多尺度表達(dá)1. 多尺度的概念與理論2. 多尺度數(shù)字高程模型的表達(dá)方法：層次結(jié)構(gòu)3. 多尺度數(shù)字高程模型的

11、表達(dá)方法：表面綜合4. 全國(guó)多尺度數(shù)字高程模型說(shuō)明和要求：(1) 本章主要是讓學(xué)生了解多尺度的概念與理論、基于層次結(jié)構(gòu)的多尺度數(shù)字高程模型表達(dá)方法、基于表面結(jié)合的多尺度數(shù)字高程模型表達(dá)方法。(2) 本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握基于層次結(jié)構(gòu)的多尺度數(shù)字高程模型表達(dá)方法，難點(diǎn)是基于表面結(jié)合的多尺度數(shù)字高程模型表達(dá)方法，為后面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。第十章 數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)組織與管理1. 數(shù)據(jù)組織與數(shù)據(jù)庫(kù)管理概述2. 數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3. 數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)4. 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)管理5. 吉奧之星數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)6. 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明和要求：(1) 本章主要是讓學(xué)生了解數(shù)字高

12、程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)管理方法，并介紹吉奧之星數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，讓學(xué)生理解數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。(2)本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，難點(diǎn)是數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。第十一章 從數(shù)字高程模型內(nèi)插等高線1. 從格網(wǎng)式數(shù)字高程模型用矢量算法內(nèi)插等高線2. 從格網(wǎng)式數(shù)字高程模型用柵格法內(nèi)插等高線3. 從三角網(wǎng)式數(shù)字高程模型用矢量法跟蹤等高線4. 從格網(wǎng)式數(shù)字高程模型產(chǎn)生立體等高線匹配圖說(shuō)明和要求：(1)本章主要是讓學(xué)生了解從數(shù)字高程模型內(nèi)插等高線的方法。(2) 本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握從格網(wǎng)式數(shù)字高程模型

13、用矢量算法內(nèi)插等高線、從格網(wǎng)式數(shù)字高程模型用柵格法內(nèi)插等高線、從三角網(wǎng)式數(shù)字高程模型用矢量法跟蹤等高線的方法，難點(diǎn)是介紹從格網(wǎng)式數(shù)字高程模型產(chǎn)生立體等高線匹配圖。第十二章 數(shù)字地形分析1. 基本地形因子計(jì)算2. 地形特征提取3. 水文分析4. 可視性分析說(shuō)明和要求：(1)本章主要是讓學(xué)生了解數(shù)字地形分析的相關(guān)方法。(2) 本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握基本地形因子計(jì)算、地形特征提取、水文分析、可視性等數(shù)字地形分析方法。第十三章 數(shù)字高程模型的可視化1. 可視化的原理與方法2. 高度真實(shí)感圖形的生成3. 虛擬景觀4. 大范圍數(shù)字高程模型的三維交互式動(dòng)態(tài)可視化說(shuō)明和要求：(1)本章主要是讓學(xué)生了解數(shù)字?jǐn)?shù)字高

14、程模型可視化的內(nèi)容，包括可視化的原理與方法，高度真實(shí)感圖形的生成。(2)本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握高度真實(shí)感圖形生成方法，難點(diǎn)是掌握大范圍數(shù)字高程模型三維交互動(dòng)態(tài)可視化方法。第十四章 數(shù)字高程模型應(yīng)用1. 在工程中的應(yīng)用2. 在軍事中的應(yīng)用3. 在遙感與制圖中的應(yīng)用4. 在地理分析中的應(yīng)用5. 其他應(yīng)用說(shuō)明和要求：(1)本章主要是讓學(xué)生了解數(shù)字高程模型的應(yīng)用。(2) 本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握數(shù)字高程模型在工程、軍事、遙感與制圖領(lǐng)域的應(yīng)用，難點(diǎn)是在地理分析中的應(yīng)用。第十五章 數(shù)字高程模型與地理信息系統(tǒng)（GIS）的集成1. 結(jié)合GIS功能的數(shù)字高程模型應(yīng)用2. 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)和影像的集成應(yīng)用3. 在GIS中作為背景疊加各種專題信息4. 數(shù)字高程模型作為數(shù)字地球的載體說(shuō)明和要求：(1)本章主要是讓學(xué)生了解數(shù)字高程模型與地理信息系統(tǒng)（GIS）的集成方法。(2) 本章重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握結(jié)