DEM 与数字地形分析
DEM 基本概念
数字高程模型
数字高程模型 (DEM)
利用有限的地面高程数据；
实现地形曲面的数字化表达；
数学定义: 二维空间上的连续函数;
数字地面模型模型术语
DEM：高程；
DHM：高程；
DGM：高程 + 地表形态；
DTM：自然 + 人文 + 社会；
类型
范围；
局部；
地区；
全局；
连续性；
不连续；
连续；
光滑；
数据结构；
规则格网 DEM；
多边形 DEM；
TIN；
基于点的 DEM；
基于等高线的 DEM；
DEM 建立
一般步骤
构造空间结构；
构造内插函数；
利用内插函数进行分析；
格网 DEM
格网 DEM
规则栅格矩阵；
栅格值为高程值；
优点
简单直接；
与遥感数据对应；
缺点
数据冗余；
无法表达详细地形结构；
格网 DEM 的建立
研究区域格网划分；
构造内插函数；
利用内插函数内插计算；
TIN
TIN: 最优结构三角面;
优点
可变分辨率；
可表达详细地形结构；
缺点
数据结构复杂；
储存复杂；
三角形要求
尽量接近正三角形；
最近三个点构造三角形；
三角网络唯一；
三角剖分准则
空外接圆准则；
最大最小角准则；
最短距离和准则；
张角最大准则；
面积比法；
对角线准则；
Delaunay 三角剖分
空外接圆准则；
最大最小角准则；
三角网生长算法
任取一点，相连最近点作为初始基线；
应用 Delaunay 法则搜索第三点，生成 Delaunay 三角形；
三角形的两条新边作为新的基线；
重复前列过程直至处理所有点；
等高线的建立
Gird；
TIN；
数字地形分析
数字地形分析
基于数字高程模型；
进行地形因子计算和地形特征提取；
基本因子分析
坡度: 切平面与水平地面的夹角;
坡向: 切平面法线矢量在水平面的投影与正北方向的夹角;
坡向值规定
正北方向 0 度；
顺时针方向为正方向；
平面曲率
地表水平面切地形表面；
生成的水平曲线曲率；
剖面曲率
地表垂直面沿最大坡降方向切地形表面；
生成的垂直曲线曲率；
坡度变率 (SOS)
即坡度之坡度；
坡向变率 (SOA)
即坡向之坡度；
地表起伏度
分析窗口高程最值之差；
反映地形起伏；
地表粗糙度
曲面面积/水平面上的投影面积；
反映地形起伏和侵蚀程度；
R=1cosθ,θR=\frac{1}{\cos \theta},\thetaR=cosθ1,θ 为坡度；
地表切割深度
分析窗口高程平均值与最小值之差；
反映地表侵蚀程度；
地形特征分析
地形特征分析
地形特征点提取；
地表特征线提取；
地形特征点
山顶点；
凹陷点；
脊点；
谷点；
鞍点；
平地点；
提取方法:
建立 3*3 的分析窗口；
利用中心点与 8 个邻域格网点的高程关系；
或利用 x，y 方向上高程的二阶导数的正负组合关系。
地形特征线提取
基于图像处理技术的原理
2×2 分析窗口扫描；
标记分析窗口最低点，未被标记点为脊点；
标记分析窗口最高点，未被标记点为谷点；
基于地形表面几何形态分析原理
构造地形断面曲线 (横截面)；
高程极大值点为分水点；
高程极小值点为汇水点；
基于地形表面流水物理模拟分析原理的算法
顺序计算栅格点上汇水量；
按汇水量单调增加的顺序构造汇水线；
计算汇水区域边界线 (分水线)；
基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合
地形表面流水物理模拟；
概括地形特征线提取；
地形表面几何形态分析；
精细地形特征线提取；
平面曲率与坡位组合法
提取地面的平面曲率；
提取地面的正负地形；
正地形上平面曲率的大值为山脊；
负地形上平面曲率的大值为山谷；
流域分析
流域 (集水区): 河流获得补给的陆地面积.
分水线: 两个相邻集水区之间的最高点连接成的不规则曲线;
流域提取
洼地填充：提高洼地栅格值；
水流方向确定：最陡的坡度；
汇流累计矩阵生成：沿水流方向累加；
流域网络提取；
设定阈值；
高于阈值栅格为沟谷网络；
可视性分析
判断两点之间的可视性的算法
连接观察点和目标点，作线段 L；
确定过线段 L 的地表垂直面 S；
求出地表与地表垂直面 S 相交的所有边；
判断相交的所有边是否与线段 L 相交；
相交则不可视；
计算可视域的算法
依次沿不同视线方向；
依次计算与视线相交的栅格；
依次判断相交栅格是否可视；