DEM生成和三维分析.ppt

第六章 DEM生成及三维分析 主讲教师：邱春霞 测绘学院 重点内容 DEM生成的三种方法 DEM精度分析及误差模型 最有DEM线性生成方法—MADEM 空间中绝大多数的地理分析都与三维分析有关。 地理信息系统 的三维分析大多是在数字高程模型（Digital Elevation Model 简称DEM）上进行的，一旦区域上生成所需密度和精度的DEM，内容丰富的各种三维分析是轻而易举的，其三维的可视化、真实场景、电子沙盘也迎刃而解。 当采用土地利用、土地类型、地貌特征、重力和地球化学等指标代替高程时，同样可得到各种数字专业模型。因此，DEM具有十分广泛的应用。 6.1 DEM生成的若干方法 DEM是描述高程特性的空间分布的有序数值阵列。 DEM按空间结构形式分为：散点、等值线、格网、曲面、线路、平面多边形、空间多边形。 DEM最常用的三种形式为：等值线DEM、TIN DEM 、格网DEM。 一、等高线DEM 高程等值线方法是地图学的基本方法，将地图上所有等高线数字化，便可形成高程等值线DEM。 等高线的一般形式为： fk (x ,y)=Ck (k = 1,2,3... M) 且当Ck≠CL时,不可能有fL( x , y)=CL,其中Ck,CL为常数,fk ,fL,为平面曲线或分段曲线函数。 （二）等高线DEM的建立 等高线DEM的建立一般是直接采用数字化地图上的等高线即成。 目前常用的三种方法为： 数字摄影测量方法 扫描矢量化等高线 扫描数字化等高线（ 采用半自动染色方法，用不同颜色染不同高程的等高线和高程点。此法无需矢量化，可视化、自动化程度高，效率高，差错率低。） 二、TIN DEM 地理实体在空间的分布往往是不规则的，因而对于地表的高程模型采用TIN结构来表达便十分普遍。 所谓TIN结构在平面上投影的三角形顶点是不规则的，但它同时也遵循一定的规则：它是所研究区域一个无重叠的覆盖，各三角形按一定的规则形成且服从于构网的一定目的。 通常的TIN( Triangulated Irregular Network)结构是按Delaunay三角形规则生成：任一三角形外接圆内部包含其他点，注意这里并未包括外接圆上。按这个规则生成的三角网，称为Delaunay三角网。 Delaunay与Voronoi是计算几何中的两种主要构造，它们互为对偶，故Delaunay三角网又可由相应Voronoi多边形各相邻多边形单元的内点连接得到。 平面结构的TIN，加上各点的高程，在三维空间便是TIN DEM。 带约束条件的Delaunay三角网：是将互不相交的断裂线与扩展边界加入后所形成的Delaunay三角网。 Lee和LIN在深入研究上述三角网后，加入了“可视”条件：对数据点及断裂线，可视图由互相可视的任意两点连接而成，其中除在断裂线的端点处外，连接线与任一断裂线不连。 实际上，从约束条件本义而言，上述定义加上了以下限制： 约束条件为线段，没有顾及点、面约束条件； 线状限制为“两点间只有一个线状障碍，线状障碍不能相交” 。 这些限制条件是非常强的，因而至今对具有一般性意义的、带约束条件的Delaunay三角网还无成熟解法。 （二）TIN DEM构造方法 TIN DEM构造主要取决于平面上TIN的构造方法，第三维高程数据一般比较简单，而平面上构造TIN，其规则、效率、质量均有不少差异。 采用Delaunay三角网规则构造TIN类同Voronoi的构造，有静态和动态多种算法。 Delaunay三角网规则构造TIN方法 2、TIN DEM的构造途径 实际运用中的已知点数据可以由人工测量或数字化测图、数字摄影测量方法和等高线DEM获取，其中最方便、性价比最好的途径是通过等高线DEM构造。 等高线DEM的Delaunay三角网构造步骤为： ①对等高线DEM中各条等高线上特征点数据采用道格拉斯法进行压缩，它的阈值参照等高线的疏或密，按“密小疏大”原则在0.15~0.5间选择； ②除“最小外接圆”或“最大最小角”构造规则外，强加“高程二同一邻近”原则，即三角形三顶点中，两个点高程相同，另一个点不同，且必须在相邻等高线上；对于山顶或凹地封闭或接近封闭等高线，需要人工和机助增加特征点来形成相应三角形； ③对于湖泊可视为具有高程的另一等高线，对其内部以及无高程区域内（双线和其他不可知地区，如冰川覆盖区）的三角形都应予以去除，设为障碍区。 ■应注意的两个重要问题： 等高线上特征点的压缩标准问题； 增加的地形特征点的质量和数量问题。 三、格网DEM 格网（Grid） DEM中的格网，指的是间距分别为Dx和Dy的矩形方格网在二维平面上的