[GIS教程] 9 数字地形分析--DEM

DEM

【背景】

1. 使用一个连续的方程H=f(x,y)表示一个地表面，用一个连续的方程Y=F(x)表示一个剖面
2. 由于地表起伏的复杂性，很难用一个连续的函数进行拟合与模拟

【解决】用离散高程点的分析方法表达连续的地表面

【数字高程模型(Digital Elevation Model)】通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟，是区域表面海拔高程的数字化表达
【注意】平常所说的DEM（是狭义的DEM）是基于栅格的数字高程模型，但是DEM不是单单只有规则格网的高程模型，是一个很广泛的概念（包括 规则的DEM、不规则的三角网TIN、等高线等）

基于栅格的数字高程模型

【提出】1958, Miller在他的博士论文中第一次提出一种全新的DEM概念：When the sampling is within a square grid , the DEM called Grid based DEM.

【DEM具体是如何建模与表达的？】以统一的标准来采样，并构成一个连续矩阵，就能得到DEM

1. 将地表面划分成很多个栅格
2. 把栅格中点的高度或者十字交叉点的高度当成一个栅格的高度

【优点】

1. 数据结构简单
2. 便于在GIS环境下处理与显示

【缺点】

1. 数据量大
   采样间隔较小–>分辨率很高–>数据量大
2. 精度低
   分辨率很低–>精度很低
3. 丢失地形结构属性
   DEM是对地表面按照一定的间隔进行采样–>间距很大，采样的很稀疏–>会丢失一些地形结构

TIN

不用连续的，不用整齐划一的间距来采样–>只采样特征要素点（山顶点、鞍部点等）–>TIN表达

【TIN(Triangalar Irregular Networks)】地形三角网、地形不规则三角网

【评价】

1. 比规则的栅格表达，数据量少了
2. 加密特征要素点–>构建的模型比原来的更精细
3. 要意识到，TIN相当于用矢量数据来表达地理对象，具有矢量数据表达地理对象的一切缺点：数据结构较为复杂，后序处理和分析较为困难

DEM概念扩展

数字地面模型有关术语

术语	全称	特点与含义
DEM	Digital Elevation Model	以绝对高程或海拔表示的地形模型
DHM	Digital Height Model	以任意高程表示的地形模型，包括绝对高程和相对高程，为德国所用
DGM	Digital Cround Model	具有连续变化特征的地表实体模型，为英国所使用
	DIgital Geomorphology Model	除高程外的其他地貌形态模型，如坡度、坡向等
DTM	Digital Terrain Model	泛指地形表面自然、人文、社会景观模型
DTEM	Digital Terrain Elevation Model	为美国国防制图局所使用的地形模型，强调模型的格网结构特征

DEM的基本特征

1. DEM用离散的采样点表达真实地表面
2. DEM数据用简单矩阵的方式进行组织和计算
3. DEM格网大小和表面粗糙度决定地形表达的精度
4. 2.5D
   DEM表达的只是地表面的三维模型，不知道某个点的地下某个具体的深度是什么东西
   仅仅是张皮，这张皮，我们用模型表达出来就叫做2.5维
5. 2.75D
   构建过程中，不仅表达表面的，还要记录下面的，但是不可能对所有的下面做连续的表达。只能对地表面以下某个岩层面做一个表达–>2.75维

DEM的未来

【从空间上看】

1. 从地球表面走向地下
   2.5D–>2.75D：不仅仅记录一个面，还记录多个地表下的不规则岩层面，扩展到2.75D
2. 从地球表面走向高空
   测量大气中的等压面、等温面–>扩展到别的地理因子
   这些面虽然是看不到的，但是可以虚拟存在
3. 从地球走向外空间
   从地球延伸到了月球

【从时间维上看】

1. 从现在地形到历史地形
2. 从现在地形到未来地形
3. 单一阶段的地形到多时项地形

【从对象上看】

1. 从自然表面到人工表面
2. 从地表面到地下水
3. 从丘陵到平原
   丘陵的DEM很容易来表达，而平原受到人的影响，很难准确表达
4. 从地形走向地貌
   地形只是一个地表形状的概念，而地貌还考虑了该地区的机理

DEM的类型

分类体系

按照数据结构|数据组成方式分类

1. 基于栅格的高程矩阵
2. 不规则三角网TIN
3. 等高线
4. 随机分布的
5. 等等

从测绘的角度分类

【U.S. Geological Survey (USGS)】美国最大的空间数据生产单位

USGS, 1987：“DTM is known as a generic term for digital terrain data of any format, and restricts the term DEM to digital terrain data in a grid format”.

这个解释基于数据结构的基础上描述了DEM的两个类型，并且被广泛的接受与认可。

按照数据的组织方式分类

还有【经纬网状的DEM】

按照DEM采样的方法分类

1. 野外测量
2. 等高线
3. 摄影测量
4. 其他基于电磁波的不同测量

基于数据尺度分为

1. 从1:1,000,000地形图获取 --> 1000m
2. 从1:250,000地形图获取 --> 100m
3. 1:50,000 --> 25m
4. 1:10,000 --> 5m

基于地形表达维度分

1. 2.5 Dimension：单单只是地表面的数字高程模型，一个简单的地皮
2. 2.75 Dimension：在地表面下面记录几个不规则的岩层面，扩展到2.75D
   
3. 但是不可能做到连续