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数字地面模型的概念与数据获取

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《摄影测量学》 (下) 第四章. 数字地面模型的概念与数据获取. 武汉大学 遥感信息工程学院 摄影测量教研室. 主要内容. 概述 数字地面模型的发展 数字地面模型的概念与形式 数字地面模型的数据获取. 概述. 数字地面模型 DTM(Digital Terrain Model)Miller 教授1956年提出来。用于各种线路的设计、各种工程面积、体积、坡度的计算,任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。. 数字地面模型的应用领域. 在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图,制作正射影像图与地图的修测。.

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Presentation Transcript
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《摄影测量学》(下)第四章

数字地面模型的概念与数据获取

武汉大学

遥感信息工程学院 摄影测量教研室

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主要内容

  • 概述
  • 数字地面模型的发展
  • 数字地面模型的概念与形式
  • 数字地面模型的数据获取
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概述

数字地面模型DTM(Digital Terrain Model)Miller教授1956年提出来。用于各种线路的设计、各种工程面积、体积、坡度的计算,任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。

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数字地面模型的应用领域

  • 在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图,制作正射影像图与地图的修测。
  • 在遥感中可作为分类的辅助数据。它是地理信息系统的基础数据。
  • 在军事上可用于导航及导弹制导。
  • 在工业上可利用DSM绘制出表面结构复杂的物体的形状。
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数字地面模型的发展过程

 50年代末是其概念的形成;

 60年至70年代对DTM内插问题进行研究。

 70年代中、后期对采样方法进行了研究,

 80年代以来,对DTM的研究涉及到DTM系

统的各个环节

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著名的DTM软件包

  • 德国Stuttgart大学研制的SCOP程序
  • Munich大学研制的 HIFI程序
  • Hannover大学研制的TASH程序
  • 奥地利Vienna工业大学研制SORA程序
  • 瑞士 Zurich工业大学研制的 CIP程序。
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数字地面模型的概念

数字地面模型DTM是地形表面形态等多种信息的一个数字表示. DTM是定义在某一区域D上的m维向量有限序列:

{Vi,i=1,2,…,n}

其向量Vi=(Vi1,Vi2,…,Vin)的分量为地形Xi,Yi,Zi((Xi,Yi)∈ D)、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息的定量或定性描述。

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数字高程模型的概念

数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)或 DHM(Digital Height Model)是表示区域D上地形的三维向量有限序列

{Vi=(Xi,Yi,Zi),i=1,2,…n}

其中(Xi,Yi)∈D是平面坐标,Zi是(Xi,Yi)对应的高程.

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数字高程模型DEM 表示形式

规则矩形格网

利用一系列在X,Y方向上都是等间隔排列的地形点的高程Z表示地形,形成一个矩形格网DEM。

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规则矩形格网

Xi=X0+i*DX

(i= 0,1,···,NX- 1)

Yi=Y0+j*DY

(j= 0,1,···,NY- 1)

D x

D y

(X0,Y0)

存贮量最小、便于使用管理。缺点是有时不能准确表示地形的结构与细部,

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不规则三角网TIN

若将按地形特征采集的点按一定规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角形,构成一个不规则三角网TIN表示的DEM,通常称为三角网DEM或TIN。

能较好地顾及地貌特征点、线,表示复杂地形表面比矩形格网精确。缺点是数据量较大,数据结构较复杂,使用与管理也较复杂。

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Grid-TIN混合网

德国Ebner教授等提出了Grid-TIN混合形式的DEM,一般地区使用矩形网数据结构沿地形特征则附加三角网数据结构

矩形格网三角同混合形式DEM

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数字高程模型的数据获取

为了建立DEM,必需量测一些点的三维坐标,被量测三维坐标的这些点称为数据点。

DEM数据点的采集方法

1.地面测量:利用自动记录的测距经纬仪在野外实测

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DEM数据点的采集方法

2.现有地图数字化 :用数字化仪对已有地图上的信息,进行数字化的方法。手扶跟踪数字化仪;扫描数字化仪,

3.空间传感器:利用GPS、雷达和激光测高仪等进行数据采集

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数字摄影测量的DEM数据采集方式
  • 沿等高线采样:沿等高线采样可按等距离间隔记录数据或按等时间间隔记录数据方式进行 .
  • 规则格网采样 :方法简单、精度较高、作业效率也较高;特征点可能丢失
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数字摄影测量的DEM数据采集方式

  • 沿断面扫描 :获取数据的精度比其它方法要差,特别是在地形变化趋势改变处,常常存在系统误差。
  • 渐进采样:先按预定的比较稀疏的间隔进行采样,获得一个较稀疏的格网,然后分析是否需要对格网加密
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渐进采样(Progressive Sampling)

判断方法 之一

利用高程的二阶差分是否超过给定阈值;

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判断方法 之二

计算两点间中点的二次内插值与线性内插值之差,判断该差值是否超过给定的阈值。当超过阈值时,则对格网进行加密采样

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数字摄影测量的DEM数据采集方式

  • 选择采样 :可根据 地形特征进行选择采样
  • 混合采样:将规则采样与选择采样结合起来进行
  • 自动化DEM数据采集:按影像上的规则格网利用数字影像匹配进行数据采集。
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DEM的质量控制

数据采集是DEM的关键问题。内插方法不能弥补取样不当造成信息损失

DEM的质量控制有许多方法 :由采样定理确定采样间隔,由地形剖面恢复误差确定采样间隔及考虑内插误差的采样间隔和插值分析方法等。

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DEM的质量控制方法

它在DTM数据采集过程中根据地形的复杂程度动态地调整取样密度。但要处理好其采样可能疏密不均的数据存贮问题。

采样间隔和数据量