第十三章地形制圖課件

第十三章地形制圖與分析2014-4-18第十三章地形制圖與分析2014-4-18數(shù)據(jù)源——DEM和TIN地形制圖坡度和坡向表面曲率柵格與TIN基本內(nèi)容數(shù)據(jù)源——DEM和TIN基本內(nèi)容數(shù)字高程模型DigitalElevationModel（簡稱DEM）：以數(shù)字形式按一定結(jié)構(gòu)組織在一起，標(biāo)識(shí)實(shí)際地形特征空間分布的數(shù)字模型，也是地形形狀大小和起伏的數(shù)字描述。DEM的核心是地形表面特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和一套對(duì)地表提供連續(xù)描述的算法，最基本的DEM是由一系列地面點(diǎn)x、y位置及其箱聯(lián)系的高程Z組成。高程Z是關(guān)于平面坐標(biāo)X，Y兩個(gè)自變量的連續(xù)函數(shù)，Z=f（x，y）數(shù)字高程模型（DEM）只是它的一個(gè)有限的離散表示。表示高程點(diǎn)的規(guī)則排列13.1用于地形制圖與分析的數(shù)據(jù)

13.1.1數(shù)字高程模型DEM數(shù)字高程模型DigitalElevationModel

地面測量的傳統(tǒng)方法

:現(xiàn)在通常是利用測距經(jīng)緯儀在野外實(shí)測，測量一些點(diǎn)的距離和角度，自動(dòng)記錄與顯示所測量得到的數(shù)據(jù)，并輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，獲得這些點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

DEM的數(shù)據(jù)源 DEM的數(shù)據(jù)源

數(shù)字?jǐn)z影測量：在模擬立體測圖儀及解析測圖儀上進(jìn)行攝影測量時(shí)，都需要在人眼立體觀測情況下使左右測標(biāo)對(duì)準(zhǔn)同名點(diǎn)，通過人眼與腦的觀測實(shí)現(xiàn)影像定位、匹配與識(shí)別。數(shù)字?jǐn)z影測量是利用計(jì)算機(jī)立體視覺代替人眼的立體觀測，從遙感立體影像中提取地面高程，其基本原理是識(shí)別并測量兩個(gè)或多個(gè)影像上同名影像的像對(duì)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)z影的自動(dòng)匹配。DEM的數(shù)據(jù)源利用立體影像測定DEM

DEM的數(shù)據(jù)源利用立體影像測定DEM

等高線法：根據(jù)數(shù)字化的等高線和地形線等，利用內(nèi)插算法根據(jù)鄰近點(diǎn)高程求出待求點(diǎn)的高程。所采用的內(nèi)插算法有移動(dòng)曲面擬合法、多面函數(shù)法、最小二乘法。 DEM的數(shù)據(jù)源 DEM的數(shù)據(jù)源

激光測高儀、雷達(dá)、GPS等方法：目前，德國已經(jīng)利用激光遙感技術(shù)獲取了1：5000的DEM。由于用這種技術(shù)獲取的是地表地物的高度信息，故只有在處理掉植被、房屋高度后，才可得到真實(shí)的地面地形信息。但是，由于水體吸收激光（無反射），故無法獲得水面信息，亦即基本無水面數(shù)據(jù)。根據(jù)激光高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用SCOP內(nèi)插程序可獲得等高線數(shù)據(jù)。實(shí)踐表明，將激光高程數(shù)據(jù)跟攝影測量三維影像圖套合，符合較好。例如，加拿大一家公司用安裝在LasarJet上的航空干涉?zhèn)纫暅y量雷達(dá)STAR-3I獲取中、高精度的數(shù)字高程模型DEM，其抽樣間距為2.5米，高程精度為1.5米。

DEM的數(shù)據(jù)源 DEM的數(shù)據(jù)源13.1用于地形制圖與分析的數(shù)據(jù)數(shù)字地形模型（DTM,DigitalTerrainModel）它被用于各種線路選線（鐵路、公路、輸電線）的設(shè)計(jì)以及各種工程的面積、體積、坡度計(jì)算，任意兩點(diǎn)間的通視判斷及任意斷面圖繪制。地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。地表單元上地形參數(shù)的集合，通常DTM可由DEM生成。13.1用于地形制圖與分析的數(shù)據(jù)數(shù)字地形模型（DTM,Di

規(guī)則格網(wǎng)模型：通常是正方形，也可以是矩形，三角形等規(guī)則格網(wǎng)。把DEM覆蓋區(qū)劃分為規(guī)則格網(wǎng)，每個(gè)格網(wǎng)大小和形狀都相同，用相應(yīng)矩陣元素的行列號(hào)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格點(diǎn)的二維空間定位，第三維為特征值，可以是高程和屬性。網(wǎng)格大小代表數(shù)據(jù)精度。DEM的表現(xiàn)形式 DEM的表現(xiàn)形式對(duì)網(wǎng)格單元值的理解（以高程為例）網(wǎng)格單元的數(shù)值是其中所有點(diǎn)的高程值，即格網(wǎng)單元對(duì)應(yīng)的地面面積內(nèi)高程是均一高度。網(wǎng)格單元的數(shù)值是網(wǎng)格中心點(diǎn)的高程或該網(wǎng)格單元的平均高程值。對(duì)網(wǎng)格單元值的理解（以高程為例）DEM表示方法等高線等高線和相應(yīng)的自由樹等高線模型：高程值的集合石已知的，每一條等高線對(duì)應(yīng)一個(gè)已知的高程值，這樣一系列等高線集合和它們的高程值一起就構(gòu)成了一種地面高程模型。DEM表示方法等高線等高線和相應(yīng)的自由樹等高線模型：高程值的不規(guī)則格網(wǎng)模型——TINDEM表示方法三角網(wǎng)的一種存儲(chǔ)方式不規(guī)則格網(wǎng)模型——TINDEM表示方法三角網(wǎng)的一種存儲(chǔ)方式DEM的分辨率DEM的分辨率越高，分析結(jié)果的精度越高DEM的數(shù)據(jù)質(zhì)量取決于處理手段，軟件包和輸入質(zhì)量等。影響地形制圖與分析的因素DEM的分辨率影響地形制圖與分析的因素TIN：根據(jù)區(qū)域有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任一點(diǎn)落在三角形的頂點(diǎn)、邊或者三角形內(nèi)。點(diǎn)的高程值通常通過線性插值的方法得到。用一系列無重疊的三角形近似模擬陸地表面，從而構(gòu)成不規(guī)則的三角網(wǎng)。13.1.2不規(guī)則三角網(wǎng)TINTIN：根據(jù)區(qū)域有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域不規(guī)則三角網(wǎng)表示法客服了高程矩陣中冗余數(shù)據(jù)的問題，而且能更加有效的運(yùn)用于各類以DTM為基礎(chǔ)的計(jì)算，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。選擇點(diǎn)的算法：VIP法和最大Z容差算法構(gòu)建三角網(wǎng)的算法：德勞內(nèi)三角網(wǎng)測量法13.1.2不規(guī)則三角網(wǎng)TIN不規(guī)則三角網(wǎng)表示法客服了高程矩陣中冗余數(shù)據(jù)的問題，而且能更加將給予點(diǎn)的數(shù)字高程模型轉(zhuǎn)換為高程格網(wǎng)選擇要評(píng)估的點(diǎn)評(píng)價(jià)該點(diǎn)的重要性本質(zhì)上是一種鄰域運(yùn)算。VIP法

將給予點(diǎn)的數(shù)字高程模型轉(zhuǎn)換為高程格網(wǎng)VIP法 VIP方法示意VIP方法示意對(duì)于高程格網(wǎng)的每個(gè)點(diǎn)，其原始高程與由不規(guī)則三角網(wǎng)內(nèi)插的高程之差在指定的最大容差之內(nèi)。采用迭代算法1）構(gòu)建一個(gè)初始不規(guī)則三角網(wǎng)2）計(jì)算格網(wǎng)中年每個(gè)點(diǎn)與所落入的三角面的高差3）這些差值與指定的Z比較，如果大于Z,則標(biāo)記該點(diǎn)并將其添加到不規(guī)則三角網(wǎng)原型中。4）格網(wǎng)中每個(gè)點(diǎn)都檢測以后，用標(biāo)記的點(diǎn)重新計(jì)算三角形5）直到所有落入三角形內(nèi)的點(diǎn)都在指定的容差Z內(nèi)。對(duì)于高程格網(wǎng)的每個(gè)點(diǎn)，其原始高程與由不規(guī)則三角網(wǎng)內(nèi)插的高程之DEM：經(jīng)過轉(zhuǎn)換而來點(diǎn)數(shù)據(jù)：實(shí)測高程點(diǎn)、GPS數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)：等高線和斷線面數(shù)據(jù)：湖泊和水庫TIN獲取不規(guī)則點(diǎn)集生成TINDEM：經(jīng)過轉(zhuǎn)換而來TIN獲取不規(guī)則點(diǎn)集生成TIN等高線是一種等值線，連接相同高程的點(diǎn)，等高距代表等高線之間的垂直距離。等高線的排列及其模式是地形的反映陡峭地形等高線間距緊密沿著河流等高線向上游方向彎曲。14.2地形制圖——等高線法等高線是一種等值線，連接相同高程的點(diǎn)，等高距代表等高線之間的等高線的自動(dòng)生成步驟：探查等高線與格網(wǎng)單元或三角形的交叉通過格網(wǎng)單元或三角形畫出等高線算法：1給定一條等高線2檢查每個(gè)三角形的邊緣是否有等高線經(jīng)過3如果有，則沿三角形邊緣做線性內(nèi)插可確定等高線的位置4鏈接代表等高線位置的點(diǎn)5平滑等高線等高線法等高線的自動(dòng)生成步驟：等高線法

從高程矩陣中得到等高線圖:方法為把高程矩陣中各像元的高程分成適當(dāng)?shù)母叱填悇e,然后用不同的顏色或灰度輸出每一類別.連接等高線時(shí)如果原高程數(shù)據(jù)點(diǎn)不規(guī)則或間隔過大,必須同時(shí)使用內(nèi)插技術(shù)內(nèi)插到需要的密度.從TIN數(shù)據(jù)中產(chǎn)生的等高線,是用水平面與TIN相交的辦法實(shí)現(xiàn)的.TIN中的山脊\山谷線等數(shù)據(jù)主要用來引導(dǎo)等高線的起始點(diǎn).利用DEM繪制等高線圖 利用DEM繪制等高線圖利用TIN生成等高線利用TIN生成等高線第十三章地形制圖ppt課件表示高度沿一條線（道路、河流等）上的變化垂直剖面法生成步驟1在等高線圖上畫一條線2標(biāo)記等高線與剖面線的每個(gè)交叉點(diǎn)，并記錄其高程3適當(dāng)提高每個(gè)交叉點(diǎn)的高度比例4聯(lián)結(jié)各交叉點(diǎn)，繪成垂直剖面圖垂直剖面圖表示高度沿一條線（道路、河流等）上的變化垂直剖面圖第十三章地形制圖ppt課件模擬在太陽光下與地表要素相互作用下的地形容貌顯示：向光的山坡明亮，背光的山坡陰暗用途：研究陽光的照射位置與公路上發(fā)生的車禍?zhǔn)录l(fā)生率之間的關(guān)系；分析農(nóng)作物與太陽光照的關(guān)系地貌暈渲圖模擬在太陽光下與地表要素相互作用下的地形容貌地貌暈渲圖

制圖者為了增加丘陵和山地地區(qū)描述高差起伏的視覺效果而發(fā)展了“陰影立體法”(地貌暈渲法).方法1(DEM):首先根據(jù)DEM數(shù)據(jù)計(jì)算坡度和坡向,然后將坡向數(shù)據(jù)與光源方向比較,而向光源的斜坡得到淺色調(diào)灰度值,反方向的斜坡得到深色調(diào)灰度值,介于中間坡度的斜坡得到中間灰度值.灰度值的大小則按坡度進(jìn)一步確定.方法2(TIN):與高程矩陣類似,只是灰度級(jí)的確定不按像元計(jì)算而按小三角面計(jì)算.利用DEM繪制地面暈渲圖 利用DEM繪制地面暈渲圖定義：用不同顏色符號(hào)表示不同的高度分區(qū)用途：強(qiáng)調(diào)高程對(duì)分析對(duì)象的影響例如：地形對(duì)城市形成的影響；野生動(dòng)物棲息地的研究分層設(shè)色圖定義：用不同顏色符號(hào)表示不同的高度分區(qū)分層設(shè)色圖是地形的三維視圖，如同從飛機(jī)上某個(gè)角度所見的地形與四個(gè)參數(shù)有關(guān)：觀察方位、觀察角度、觀察距離、豎向比例透視圖是地形的三維視圖，如同從飛機(jī)上某個(gè)角度所見的地形透視圖

從一個(gè)空間三維的立體的數(shù)字高程模型到一個(gè)平面的二維透視圖，其本質(zhì)就是一個(gè)透視變換。將“視點(diǎn)”看作為“攝影中心”，可以直接應(yīng)用共線方程從物點(diǎn)（X，Y，Z）計(jì)算“像點(diǎn)”坐標(biāo)（X,Y）。透視圖中的另一個(gè)問題是“消隱”的問題，即處理前景擋后景的問題。

透視立體圖的繪制 透視立體圖的繪制定義：地面上某點(diǎn)的坡度標(biāo)識(shí)了地表在該點(diǎn)的傾斜度兩種表示方法：--坡度百分?jǐn)?shù)：垂直距離與水平距離之比率的100倍--度：垂直距離與水平距離之比率的反正切坡度定義：地面上某點(diǎn)的坡度標(biāo)識(shí)了地表在該點(diǎn)的傾斜度坡度應(yīng)用：根據(jù)坡度起伏變化，確定崩塌、泥石流區(qū)域或嚴(yán)重的土壤侵蝕區(qū)，作為災(zāi)害防治與水土保持工作的基礎(chǔ)。提取平坦區(qū)域，為大型商業(yè)中心或房屋建筑選址坡度應(yīng)用：坡度定義：坡面法線在水平面上的投影與正北方向的夾角。斜坡的傾斜方向可取方位角0-360度中的任意方向。坡向一般分為9類：東、南、西、北、東北、西北、東南、西南和平地。在實(shí)際應(yīng)用中，可以綜合為四種坡向，即平緩坡、陽坡、半陽坡和陰坡，分別用1/2/3/4標(biāo)識(shí)陽坡（坡向向南,包括135～225°）、陰坡（坡向向北,包括315～45°）、半陽坡（坡向向東南或西南偏南，包括90～135°和225～270°）、半陰坡（坡向西北或東北偏北，包括45～90°和270～315°）坡度和坡向的用途——選址分析、土壤侵蝕、野生動(dòng)物棲息地適宜性等。坡向定義：坡面法線在水平面上的投影與正北方向的夾角。坡向DEM分辨率DEM的質(zhì)量坡度和坡向的算法：尚無定論局部地形：陡坡坡度誤差較大，平坦坡向誤差較大坡度和坡向的影響因子DEM分辨率坡度和坡向的影響因子DEM的用途（1）

在數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)庫中存貯高程數(shù)據(jù)（2）

解決道路設(shè)計(jì)和軍事工程中的與高程有關(guān)的問題（3）

軍事目的三維地形顯示及