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【注意！】DEM概念的区分

1. 日常所说的DEM：是指特定区域的高程数据，它是基于栅格数据结构、规则的数字高程模型，是狭义的DEM（例如：帮我找个厦门区域30m分辨率的DEM）
2. 而本文说的DEM是数字高程模型：是一个更广泛的概念，它不仅可以是栅格数据，还有不规则三角网（TIN）、等高线等。

1. 数字高程模型DEM是什么

【背景】由于地表起伏的复杂性，很难用一个连续的函数H=f(x,y)拟合与模拟，故用离散的高程点表达连续的地表面

【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

2. 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

3. DEM数据构建

3.1 DEM数据源

3.2 DEM数据获取方法

3.2.1 基于等高线的DEM获取

【步骤】①等高线数字化；②空间内插

【数字化核心技术】保留关键节点和结构线；等高线空间关系；避免平三角

3.2.2 基于摄影测量技术的DEM获取

【原理】在高空中不同的位置S1、S2，观测到同一地物的位置是有位移的，根据位移能够算出高程

【产品类型】

1. IKONOS-2
2. SPOT-5
3. Cartosat-1
4. WorldView-1
5. GeoEye-1
6. ASTER G-DEM

3.2.3 基于激光雷达技术的DEM数据获取

1. 单点基站扫描
2. 多点基站扫描
3. 航空激光雷达测高

3.2.4 干涉雷达（合成孔径雷达干涉测量技术）

【InSAR】Interferometric Synthetic Aperture Radar，简称：干涉雷达测量

是以同一地区的两张SAR图像为基本处理数据，通过求取两幅SAR图像的相位差，获取干涉图像，然后经相位解缠，从干涉条纹中获取地形高程数据的空间对地观测新技术

【应用】地形高程数据的获取；地表微量形变的测量技术（D-INSAR）

【主要优势】

1. 主动式遥感方式为全天候、全天时作业、测量结果具有连续的空间覆盖优势
2. 可对地壳变形进行准确的测量与检测，是地壳构造变形（板块动力学理论、地震、造山等）研究的一个新的强有力工具。

3.2.5 其他遥感技术

1. 月表地形多光谱扫描仪
2. 基于声纳的DEM获取技术
3. 基于超声波的DEM获取技术

3.3 构建栅格DEM

【格网DEM的构建方法】将原始离散点转换为规则分布的格网点的数学变换过程

3.4 总结

1. DEM有自身的特殊数据结构，它有深刻的影响着数据的处理效率及DEM应用
2. DEM有不同的数据源，它同样决定数据分析结果的准确性和效率
3. DEM的构建在很大的程度上受到内插方法的影响

空间内插

【内插方法】

1. 反距离加权内插Inverse Distance Weighting (IDW）
2. 自然邻近法Natural Neighbors
3. 克里金Kriging
4. 样条内插Splines
5. TIN

4. DEM的分类

分类角度	说明
按照数据结构	基于栅格的高程矩阵、不规则三角网TIN、等高线、基于离散点的DEM等
从测绘角度分类	【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。
数据组织方式	还有经纬网状的DEM
DEM采样的方法	野外测量；等高线；摄影测量；其他基于电磁波的不同测量
数据尺度	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
地形表达维度	【2.5 Dimension】单单只是地表面的数字高程模型，一个简单的地皮 【2.75 Dimension】在地表面下面记录几个不规则的岩层面，扩展到2.75D 但不可能做到连续

4.1 按数据结构分（基于栅格的DEM、TIN、等高线）

	基于栅格的数字高程模型	不规则的数字高程模型	等高线模型
全称	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.	【TIN(Triangalar Irregular Networks)】地形三角网、地形不规则三角网	等高线模型（Contour-Based DEM）
说明	【Regular Grid-Based DEM（规则格网）】地形表面被分为一序列的格网单元，每个网格存储一个高程值 对地面的离散模拟	将离散的点连接成连续的最优结构三角面	1. 源于地形图 2. 使用于非平坦地区
如何建模与表达	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	①野外采集特殊点②按照一定的规则构建成三角网③赋予高程
数据结构			链状数据结构
优点	1. 数据结构简单； 2. 便于在GIS环境下处理与现实	1. 相比于规则的栅格表达，数据量小 2. 若加密特征要素点，构建的模型就比原来的更精细 3. 可变的分辨率 4. 顾及地形结构
缺点	1. 数据量大：若采样间隔较小，分辨率就很高，但数据量大 2. 精度低：若分辨率低了，精度也跟着低 3. 丢失地形结构：采样间隔大会导致一些地形结构的丢失	1. 数据结构较为复杂 2. 后序处理和分析较为困难	1. 较大的数据存储量 2. 不适合平坦地区：若两条等高线数值相差很远，那这两条等高线之间的地形信息是缺失的

规则格网基于栅格的DEM

不规则格网基于矢量的DEM（TIN）

【不同TIN数据结构的对比】

5 DEM应用领域

1. 国家数据库中存储数字地形图的高程数据；道路设计、民用和军事工程中填挖土石方量
2. 为军事目的的地标景观设计与规划等现实地形三维图形；越野通视分析
3. 规划道路路线、坝址选择；不同地面的比较和统计分析
4. 计算坡度图像图，帮助地貌分析，估计径流
5. 显示专题信息或将地形起伏数据与专题数据
6. 提供土地景观和景观处理模型的影像模拟需要的数据

6 DEM的未来