DEM與大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用(12章)1

DEM與大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用1、DEM的應(yīng)用2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用1、DEM的應(yīng)用一、求單點(diǎn)高程

如圖所示，設(shè)要求解正方形格網(wǎng)(1，1)一(2，2)中點(diǎn)P的高程。正方形格網(wǎng)的邊長(zhǎng)為S。四個(gè)角點(diǎn)的高程分別為z11，z2l，z12，z22。根據(jù)四個(gè)頂點(diǎn)作出一個(gè)雙線性(雙曲面)多項(xiàng)式，即：1、DEM的應(yīng)用二、求地表面積

地表面積的計(jì)算可看做是其所包含的各個(gè)格網(wǎng)的表面積之和。若網(wǎng)格中有特征高程點(diǎn)，則可將格網(wǎng)分解為若干個(gè)小三角形，求出它們斜面面積之和作為格網(wǎng)的表面積。若格網(wǎng)中沒(méi)有高程點(diǎn)，則可計(jì)算網(wǎng)格對(duì)角線交點(diǎn)處的高程，用四個(gè)共頂點(diǎn)的斜三角形面積之和作為格網(wǎng)的表面積?？罩腥切蚊娣e計(jì)算公式：式中：

Si

為三角形邊長(zhǎng)，按下式計(jì)算：

1、DEM的應(yīng)用三、求體積

DEM體積由四棱柱(無(wú)特征高程點(diǎn)格網(wǎng))與三棱柱體積進(jìn)行累加得到，下表面為水平面或參考平面，計(jì)算公式為：

式中，hi為各地表點(diǎn)相對(duì)于下表面點(diǎn)的高差，A3與A4分別是三棱柱與四棱柱的底面積。舉例如下：1、DEM的應(yīng)用四、三維圖形顯示

DEM三維圖形顯示是通過(guò)三維到二維的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，隱藏線處理，把三維空間數(shù)據(jù)投影到二維屏幕上。1、DEM的應(yīng)用五、DEM的可視化

1、通視性分析

通視分析有著廣泛的應(yīng)用背景。典型的例子是觀察哨所的設(shè)定，顯然觀察哨的位置應(yīng)該設(shè)在能監(jiān)視某一感興趣的區(qū)域，視線不能被地形擋住。這就是通視分析中典型的點(diǎn)對(duì)區(qū)域的通視問(wèn)題。與此類似的問(wèn)題還有森林中火災(zāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)定，無(wú)線發(fā)射塔的設(shè)定等。有時(shí)還可能對(duì)不可見(jiàn)區(qū)域進(jìn)行分析，如低空偵察飛機(jī)在飛行時(shí)，要盡可能躲避敵方雷達(dá)的捕捉，飛行顯然要選擇雷達(dá)盲區(qū)飛行。

1、通視性分析

五、DEM的可視化觀察點(diǎn)不通視通視雷達(dá)盲區(qū)飛行可視域的三維顯示1、DEM的應(yīng)用

2、飛行模擬

DEM圖象通過(guò)與TM圖象中7個(gè)不同波段進(jìn)行疊加，生成仿真的真彩色或假彩色三維地形模型(DTM)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行飛行模擬。在飛行模擬環(huán)境中，可以根據(jù)觀察的需要，對(duì)地面顯示速度、方位、觀察位置、高程和透視角度等進(jìn)行交互控制，完全達(dá)到身臨其境的效果。同時(shí)，它能將大范圍、廣視角和小范圍、高精度有機(jī)地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行顯示，可以從不同的高度、方位由遠(yuǎn)及近地觀察大洋山的總體及部分特征。五、DEM的可視化1、DEM的應(yīng)用五、DEM的可視化

2、飛行模擬

1、DEM的應(yīng)用

3、虛擬城市基于大比例尺城區(qū)地形圖生成的三維城市模型可稱為虛擬城市。由于具備豐富的數(shù)據(jù)來(lái)源，可生成包括點(diǎn)狀符號(hào)在內(nèi)的較詳細(xì)的各地物要素的三維模型。結(jié)合平面圖形上的各類注記，可以為地圖模型增加街道、街區(qū)、建筑物等的三維注記。如果有典型建筑物的圖像，可以為相應(yīng)的模型貼上紋理．這樣能使建立的三維城市模型更加生動(dòng)逼真。通過(guò)改變觀察角度、高度能夠?qū)崿F(xiàn)在虛擬城市內(nèi)的模擬行走、低空飛行等等。

五、DEM的可視化1、DEM的應(yīng)用

3、虛擬城市五、DEM的可視化1、DEM的應(yīng)用六、流域水文特征及土木特征

DEM為人們定量描述流域水文變化提供了豐富的數(shù)據(jù)源，能自動(dòng)提取流域水文特征。土木工程是DEM應(yīng)用的最早的一個(gè)領(lǐng)域，可用于工程項(xiàng)目中的開(kāi)挖填方、線路勘測(cè)設(shè)計(jì)、水利建設(shè)工程等。2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用一、基本量算

大比例尺數(shù)字地形圖是工程建設(shè)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工的重要資料。在工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段、要以地形圖為底圖進(jìn)行工程建（構(gòu)）筑物的平面和高程布設(shè)，在地形圖上進(jìn)行量算工作：

1．量取圖上點(diǎn)的坐標(biāo)值2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用一、基本量算

2．確定地面點(diǎn)的高程和兩點(diǎn)間的坡度若p點(diǎn)正好在等高線上，則其高程與所在的等高線高程相同。若所求點(diǎn)不在等高線上，如k點(diǎn)，則過(guò)k點(diǎn)作一條大致垂直于相鄰等高線的線段，按比例內(nèi)插求得，即2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用一、基本量算

2．確定地面點(diǎn)的高程和兩點(diǎn)間的坡度坡度，是指直線兩端點(diǎn)間高差與其平距之比，以i表示。

如果兩點(diǎn)間距離較長(zhǎng)，中間通過(guò)數(shù)條等高線，且等高線平距不等，則所求地面坡度是兩點(diǎn)間的平均坡度。

2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用一、基本量算

3．求兩點(diǎn)間的距離和坐標(biāo)方位角2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用一、基本量算

4．圖形面積的量算解析法—多邊形的面積量算，在量取多邊形各頂點(diǎn)的坐標(biāo)后，按解析法計(jì)算面積。如果是曲線圍成的圖形，可沿曲線標(biāo)出許多點(diǎn)(用短的直線段代替曲線)，量取這些點(diǎn)的坐標(biāo)后，仍按解析法計(jì)算面積。

2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用二、按一定方向繪制斷面圖

(1)在繪圖紙上繪制MN水平線，過(guò)M點(diǎn)作MN的垂線作為高程軸線。(2)然在地形圖上自M點(diǎn)分別量取至a、b、c……N各點(diǎn)的距離，并在圖上自M點(diǎn)沿MN方向截出相應(yīng)的a、b……N各點(diǎn)。(3)在地形圖上讀取各點(diǎn)高程，按高程軸線向上畫出相應(yīng)的垂線，用光滑曲線將各高程線頂點(diǎn)連接起來(lái)，即得MN方向的斷面圖。

例：試沿MN方向繪制斷面圖

10m20m40m30m10203040高程水平距離MN41.219.631.82、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用三、確定匯水面積

匯集水流量的區(qū)域面積稱為匯水面積。山脊線亦稱為分水線。雨、雪水是以山脊線為界流向兩側(cè)的，所以匯水面積的邊界線是由一系列的山脊線連接而成。量算出該范圍的面積即得匯水面積。

2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用四、按限制坡度選線

在道路、管道等工程設(shè)計(jì)時(shí)，要求在不超過(guò)某一限制坡度條件下，選定最短線路或等坡度線路。可根據(jù)下式求出地形圖上相鄰兩條等高線之間滿足限制坡度要求的最小平距。

式中，h0

為等高線的等高距,i為設(shè)計(jì)限制坡度，M為比例尺分母。2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用五、根據(jù)等高線整理地面

1、將地面平整成水平面

若把地區(qū)整理成高程為201.7m的水平場(chǎng)地，確定填挖邊界線的方法是：在201m與202m兩條等高線間，以7∶3的比例內(nèi)插出201.7m的等高線，即為填挖邊界線。在這條等高線上的各點(diǎn)處不填不挖；不在這條等高線上的各點(diǎn)處就需要填或挖。如圖上204m等高線上各點(diǎn)處要挖深2.3m，在198m等高線上各點(diǎn)處要填高3.7m。

2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用五、根據(jù)等高線整理地面

2、將地面平整成傾斜面

此三點(diǎn)的高程分別為:152.3m、153.6m、150.4m;圖上的相應(yīng)位置為a、b、c。假定要把地表面整理成傾斜平面，如圖中，要通過(guò)實(shí)地上A、B、C三點(diǎn)筑成一傾斜平面。bac150151152153154五、根據(jù)等高線整理地面傾斜平面上的等高線是等距的平行線。首先求出ab、bc、ac三線中任一線上設(shè)計(jì)等高線的位置：以圖中bc線為例，在bc線上用內(nèi)插法得到高程為153m、152m和151m的點(diǎn)d、e、f;同法再內(nèi)插出與A點(diǎn)同高程(152.3m)的點(diǎn)k，連接ak，此線即是傾斜平面上高程為152.3m的等高線。通過(guò)d、e、f各點(diǎn)作與ak平行的直線，就得到傾斜平面上的設(shè)計(jì)等高線。這些等高線在圖中是用虛線表示的。

五、根據(jù)等高線整理地面在圖上定出設(shè)計(jì)等高線與原地面上同高程等高線的交點(diǎn)，即得到不填不挖點(diǎn)（也稱為零點(diǎn)），用平順的曲線連接各零點(diǎn)，即得到填挖邊界線。圖中有陰影的部分表示應(yīng)填土的地方，而其余部分表示應(yīng)挖土的地方。每處需要填土的高度或挖土的深度是根據(jù)實(shí)際地面高程與設(shè)計(jì)高程之差確定。

2、大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用六、根據(jù)等高線計(jì)算體積

如圖為一土丘，欲計(jì)算l00m以上的土方量。首先量算各等高線范圍內(nèi)的面積，再以等高距相乘求出每一等高線層的體積，將各層體積相加，即得總的體積。各層的體積可分別按臺(tái)體和錐體的公式計(jì)算。設(shè)為各等高線內(nèi)的面積，h為等高距，hk為最上一條等高線至山頂?shù)母叨?，則：大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用七、帶狀土工建筑物土石方量算

在地形圖上求路基、渠道、堤壩等帶狀土工建筑物的開(kāi)挖或填筑土(石)方，可采用斷面法。根據(jù)縱斷面線的起伏情況，按基本一致的坡度劃分為若干同坡度路段，各段的長(zhǎng)度為，過(guò)各分段點(diǎn)作橫斷面圖，如圖7—11所示，量算各橫斷面的面積為，則第i段的體積為：

帶狀土工建筑物的總體積為：

大比例尺數(shù)字地形圖的應(yīng)用八、土地平整的填挖土石方計(jì)算

根據(jù)地形圖來(lái)量算平整土地區(qū)域的填挖土石方，方格法是常用的方法之一。首先在平整土地的范圍內(nèi)按一定間隔d(一般為5～20m)繪出方格網(wǎng)，如圖7—12所示。量算方格點(diǎn)的地面高程，注在相應(yīng)方格點(diǎn)的右上方。為使挖方與填方大致平衡，可取各方格點(diǎn)高程的平均值作為設(shè)計(jì)高程H0，則各方格點(diǎn)的施工標(biāo)高h(yuǎn)i為

將施工標(biāo)高注在地面高程的下面，負(fù)號(hào)表示挖土，正號(hào)表示填土。在圖上按設(shè)計(jì)高程確定填