第3章 DEM数据获取

null第3章 DEM数据获取方法第3章 DEM数据获取方法内容提纲内容提纲 3.1 DEM数据源及特征 3.1 DEM数据源及特征 null定义：地形图（topographic map）指的是地表起伏形态和地物位置、形状在水平面上的投影图。具体来讲，将地面上的地物和地貌按水平投影的方法，并按一定的比例尺缩绘到图纸上，这种图称为地形图。 特点： （1）具有统一的大地坐标系统和高程系统：例如，“1980年中国国家大地坐标系”和“1985国家高程基准”。以参考椭球中心为原点、起始子午面和赤道面为基准面的地球坐标系。 （2）具有完整的比例尺系列和分幅编号系统：国家基本地形图含1：5千、1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万、1：100万8种比例尺地形图。国家基本地形图，按统一规定的经差和纬差进行分幅，每幅图的内图廓皆由经线和纬线构成，并在国际百万分之一地图分幅编号的基础上，建立了各级比例尺地形图的图幅编号系统。3.1.1 地形图数据源及特征null我国地形图比例尺系列及其特征我国地形图比例尺系列及其特征缺点：缺点：1)地形图现势性较差：纸质地形图制作工艺复杂，更新周期比较长，一般不及时反映局部地形地貌的变化情况。这种情况在经济发达地区的表现尤为明显，但对于地形地貌变化较小的地区，既有地形图是DEM物美价廉的数据源。 2)地形图存储介质单一，容易变形：传统地形图多为纸质存储介质，存放环境（温度、湿度等）导致地形图图幅产生不同程度的变形，这种变形表现在不同方向上的长度变形和图幅面积上的变形。 3)地形图精度有限：地形图精度决定着地形图对实际地形表达的可信度，与地形图比例尺、等高线密度（由等高距表示）、成图方法有关。不同比例尺的地形图，其所表示的几何精度和内容详细程度有很大的差别。3.1.2 遥感数据源及特征3.1.2 遥感数据源及特征航空摄影和航天遥感是目前获取DEM的主要数据源，利用该数据源可获取和更新大面积的DEM数据。 航 空 照 片遥 感 影 像3.1.2 遥感数据源及特征3.1.2 遥感数据源及特征遥感：源于航空摄影测量，是一种利用地物反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波，识别地物及其存在环境的技术。 当前的遥感技术已经发展成为一种多平台、多波段、多分辨率和全天候的对地观测技术，并正朝着高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率的方向发展。 高光谱分辨率：在紫外到中红外波段范围内，划分成许多非常窄且光谱连续的波段来进行探测的遥感系统。 国际遥感界的共识是光谱分辨率在λ/10数量级范围的称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段，如美国 LandsatMSS，TM，法国的SPOT等;而光谱分辨率在λ/100的遥感信息称之为高光谱遥感(HyPerspectral);随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到λ/1000时，遥感即进入超高光谱(ultraspeetral)阶段(陈述彭等，1998)。nullnull遥感数据的不确定性来源 数据固有的不确定性 数据获取过程的不确定性 数据处理的不确定性 数据转换和传输中的不确定性 数据分类和信息提取中的不确定性nullnull IKONOS(伊科诺斯)卫星于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。IKONOS卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰度且分辨率达1米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷、更经济获得最新基础地理信息的途径，更创立了崭新的商业化卫星影像的标准。 IKONOS是可采集1米分辨率全色和4米分辨率多光谱影像的商业卫星，同时全色和多光谱影像可融合成1米分辨率的彩色影像。目前，IKONOS已采集超过2.5亿Km2涉及每个大洲的影像，许多影像被广泛用于国家防御，军队制图，海空运输等领域。从681千米高度的轨道上，IKONOS的重访周期为3天，并且可从卫星直接向全球12个地面站地传输数据。 全色波段（Panchromatic band），因为是单波段，在图上显示是灰度图片。全色遥感影象一般空间分辨率高，但无法显示地物色彩。 实际操作中，我们经常将之与波段影象融合处理，得到既有全色影象的高分辨率，又有多波段影象的彩色信息的影象。SRTM DEM 原始高程数据 SRTM DEM 原始高程数据 SRTM（Shuttle Radar Topography Mission），由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NGA）联合测量。2000年2月11日，美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统，共计进行了222小时23分钟的数据采集工作，获取北纬60度至南纬60度之间总面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据，覆盖地球80%以上的陆地表面。 SRTM系统获取的雷达影像的数据量约9.8万亿字节，经过两年多的数据处理，制成了数字地形高程模型（DEM），即现在的SRTM地形产品数据。此数据产品2003年开始公开发布，经历多修订，目前的数据修订版本为V4.1版本。该版本由CIAT（国际热带农业中心）利用新的插值算法得到的SRTM地形数据，此方法更好的填补了SRTM 90的数据空洞。插值算法来自于Reuter et al.（2007） SRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3，分别对应的分辨率精度为30米和90米数据（目前公开数据为90米分辨率的数据）。nullnullFinal Data Coverage Maps SRTM has collected data over most of the land surfaces that lay between 60 degrees north latitude and 54 degrees south latitude. That's about 80% of all the land on the Earth. In the maps below, the colors of the swaths indicate the number of times the area was imaged by SRTM. For land, one-time coverage is green, twice is yellow- green and so on, as shown in the key at lower left. Over water, the color code is in shades of blue as shown in the key at lower right. Areas in red could not be mapped. SRTM is a topography mission, so data was mostly acquired over land. Small amounts of data were collected over the water for calibration purposes. nullnullnullSRTM的数据组织方式为：每5度经纬度方格划分一个文件，共分为24行（-60至60度）和72列（-180至180度）。文件命名规则为srtm_XX_YY.zip，XX表示列数（01-72），YY表示行数（01-24）。示意图如下： nullnullSRTM DEM UTM 90米分辨率数字高程数据产品 SRTM DEM UTM 90米分辨率数字高程数据产品 简介：本数据集利用SRTM3 V4.1版本的数据进行加工得来，是覆盖整个中国区域的空间分辨率为90米的数字高程数据产品。 关键词：中国，90米，数字高程，海拔，SRTM，DEM 数据时期：2000年 数据类型：IMG 投影：UTM/WGS84 覆盖范围：全球 空间分辨率：90米 值域范围：-152-8806米 共享方式：免费nullSRTM SLOPE 90米分辨率坡度数据产品 SRTM SLOPE 90米分辨率坡度数据产品 简介：此数据集利用中国境内90米分辨率的数字高程数据加工而成，利用Arcgis 9.2的“Spatial Analyst”模块的“Slope”函数进行处理，是覆盖整个中国区域的空间分辨率为90米的坡度数据产品。 关键词：中国，90米，坡度，SRTM，Slope 数据时期：2000年 数据类型：IMG 投影：UTM/WGS84 覆盖范围：全球 空间分辨率：90米 共享方式：免费nullSRTM TPI 90米分辨率坡位数据产品 SRTM TPI 90米分辨率坡位数据产品 简介：此数据集利用SRTM V4.1 90米分辨率数字高程数据加工而成，是覆盖中国区域的90米分辨率的坡位数据产品。 关键词：中国，90米，坡位，SRTM，TPI，Topographic Position Index 数据时期：2000年 数据类型：GeoTiff 投影：UTM/WGS84 覆盖范围：中国 空间分辨率：90米 数据量：1.1GB 值域范围：1-6null坡位指数介绍 坡位指数介绍 坡位指数（Topographic Position Index（TPI）），是2001年由Andrew Weiss提出，用来描述地形部位的一个地形参数。其基本思想是：用某点高程与其周围一定范围内平均高程的差，结合该点的坡度，来确定其在坡面上所处的部位。它在地貌分类中具有十分重要的意义。 TPI=(z-z，G) 其中，TPI为坡位指数，z为地表某点的高程，为该点周围一定范围的平均高程，G为该点的坡度。坡位指数是2001年weiss（文档资料中添加此文献）在ESRI国际大会上提出来的一个概念，其主要思想是确定研究目标点与其周围地形的位置关系。 TPI与坡位等级对应图 TPI与坡位等级对应图 nullSRTM ASPECT 90米分辨率坡向数据产品 SRTM ASPECT 90米分辨率坡向数据产品 数据集名称：中国90米分辨率坡向数据产品 简介：此数据集利用中国境内90米分辨率的数字高程数据加工而成，利用ArcGIS 9.2“Spatial Analyst”模块的“Aspect”函数进行处理，是覆盖整个中国区域的空间分辨率为90米的坡向数据产品。 关键词：中国，90米，SRTM，坡向，Aspect 数据时期：2000年 数据类型：GeoTiffs 投影：UTM/WGS84 覆盖范围：中国及周边 空间分辨率：90米 数据量：7.5GB 值域范围：0-360 共享方式：免费nullnullASTER 与 GDEMASTER搭载在Terra卫星上的星载热量散发和反辐射仪，是于1999年12月18日发射升空的，由日本国际贸易和工业部制造。ASTER是一部高分辨解析地表图像的传感器，其主要任务是通过14个频道获取整个地表的高分辨解析图像数据－黑白立体照片。在4到16天之内，当ASTER重新扫描到同一地区，它具有重复覆盖地球表面变化区域的能力。ASTER 与 GDEMGDEM 30米数据 GDEM 30米数据 简介：本数据集利用ASTER GDEM第一版本（V1）的数据进行加工得来，是全球空间分辨率为30米的数字高程数据产品。由于云覆盖，边界堆叠产生的直线，坑，隆起，大坝或其他异常等的影响，ASTER GDEM第一版本原始数据局部地区存在异常，所以由ASTER GDEM V1加工的数字高程数据产品存在个别区域的数据异常现象，用户使用过程中需要注意。此全球30米的数字高程数据产品可以和全球90米分辨率数字高程数据产品互相补充使用。 关键词：全球，30米，数字高程，海拔，ASTER GDEM，DEM 数据时期：2009年 数据类型：IMG 投影：UTM/WGS84 覆盖范围：全球 空间分辨率：30米 数据量：20GB 值域范围：-152-8806米 共享方式：免费null 原理：用GPS，全站仪、经纬仪在已知站点的测站上，观测目标点的方向、距离和高差三个参数，进而计算出目标点的三维坐标。在经过适当的转换获得高程。3.1.3 地面测量数据及特征 优点：可获取较高精度的高程数据 不足：工作量大、周期长、更新困难，费用高。 适用于小范围的数据采集与数据更新，精度要求较高的工程项目null我国到目前为止，已经建成了覆盖全国范围的1:100万、1:25万、1:5万数字高程模型，以及七大江河重点防洪区的1:1万DEM，省级1:1万数字高程模型的建库工作也已全面展开。 七大江河：海河、辽河、黄河、淮河、松花江、长江、珠江 3.1.4 既有DEM数据 null3.2 DEM数据采样理论基础 3.2 DEM数据采样理论基础 DEM---实际地形表面的再现---可信程度---原始地形采样点的分布和密度 DEM数据采样要求：深入了解地形表面结构特征和地形复杂程度，正确选择地形特征点和线，合理分布采样点。 “DEM用户应把重点放在数据来源和输入质量的控制上，而不是学习复杂的内插方法”——Eklundh & Martensson(1995)3.2.1 采样的理论背景 理论上：点—0维，无大小，地表全部几何信息包含无数个点，不可能获取地表全部信息。 实践上：不需要DEM表达全部信息，测量表达相应地表所需要的数据点，达到地形表面精度和可信度即可。 DEM采样的实质是如何用有限的地面高程点来表达完整的地形表面。3.2.1 采样的理论背景 理论上：点—0维，无大小，地表全部几何信息包含无数个点，不可能获取地表全部信息。 实践上：不需要DEM表达全部信息，测量表达相应地表所需要的数据点，达到地形表面精度和可信度即可。 DEM采样的实质是如何用有限的地面高程点来表达完整的地形表面。3.2.2 基于不同观点的采样 （1）统计学观点：DEM表面可以看作是点的特定集合（采样空间）有随机采样和系统采样两种方法。因此，对特定集合的研究可以转化为对采样数据的研究。 随机采样：对各采样点以一定概率进行选择，各点被选中的概率各不相同（若概率相同则为简单随机采样）。 系统采样：也称规则采样，以预先设定的方式（如谷底线取高程最小的特征点）确定采样点，各采样点被选取的概率为100%。3.2.2 基于不同观点的采样 （1）统计学观点：DEM表面可以看作是点的特定集合（采样空间）有随机采样和系统采样两种方法。因此，对特定集合的研究可以转化为对采样数据的研究。 随机采样：对各采样点以一定概率进行选择，各点被选中的概率各不相同（若概率相同则为简单随机采样）。 系统采样：也称规则采样，以预先设定的方式（如谷底线取高程最小的特征点）确定采样点，各采样点被选取的概率为100%。null（2）几何学观点：DEM表面通过不同的几何结构来表示，这些结构按其自身的性质可分为规则和不规则两种形式。 规则结构据其在空间表现可分为： 一维结构：对应的采样方法为剖面法或等高线法。 二维结构：通常为正方形或矩形、等边三角形、六边形或其他规则几何图形。 不规则结构：不规则三角形或多边形。null（3）基于特征的采样观点（地形曲面的几何特征） 形态各异的地形表面通过具有特征意义的点和线划分为一系列单一的地貌形态。点和线具有不同的地形信息。 分布在地形表面上的点和线具有不同的地形信息，一般分为特征要素和非特征要素。 特征要素：地形特征点和特征线 特征点：山顶、洼地、鞍部、山脚点、山脊点、山谷点等。不仅能表示出自己的高程信息，还能给周围点更多的地形信息。 特征线：山脊线、山谷线、断裂线（陡坎、海岸线、水涯线等）——将特征点相连形成。 null坡度变化点：在地形剖面上反映了地形的坡度变化趋势——陡缓坡的变化。 方向变化点：在平面上刻划着地形特征线的走势变化——正负坡的变化。 非特征要素：是分布在各个地形单元上的点和线，是为满足采样点密度要求而加测的点，这些点线主要是用来辅助地形重建（地形测图中的辅助等高线勾绘等）。null（实线为山脊线，虚线为山谷线，三角形表示山顶，小圆为鞍部，正方形为方向变化点和坡度变化点） null（4）地形的复杂程度 地形曲面的复杂程度是地形数据采样时必须考虑的又一个因素。 null（4）地形的复杂程度 关于地形的复杂程度可以用粗糙度和不规则性来描述。 　 坡度由于具有如下特性而成为表达地形复杂程度较为有效的方法： 通过坡度可以完整的形成地形曲面。 坡度是地形曲面函数的一阶微分函数，表达了高程随距离变化的比率。坡度的变率是地形曲面的二阶微分，反映了地形的复杂程度。 区域DEM高程精度与平均坡度值之间存在较强相关，通过模型的平均坡度可预测DEM的精度。 坡度通过相互垂直的两个坐标轴方向的高程变化表达地形曲面局部单元的倾斜程度（地表的陡峭方向和大小）。null（5）地貌单元类型 不同行业对地貌类型的划分标准不一样，如地貌学中根据地貌成因将地形划分成黄土地貌、风成地貌、喀斯特地貌、丹霞地貌等类型。 不同的地貌类型划分对DEM数据采集有一定的指导意义，如黄土地貌破碎，要分布较多的采样点，而平原地区高程数据的精度要求比较高（对坡向、流域网络影响比其他地区要大）。null测绘学中一般根据地表坡度和高差对地形进行分类，并根据这种分类确定地形图的等高距（表）3.3 DEM数据采样策略与采样方法 3.3.1 采样数据的属性 采样：确定在何处需要测量点的过程，这个过程有三个参数。决定：点的分布、点的密度和点的精度。 （1）采样数据的分布：由数据位置和结构（分布）来确定，指数据点的分布形态。 位置由地理坐标系统中经纬度或格网坐标系统中坐标决定。 结构（分布）的形式很多，因地形特征、设备、应用的不同而不同。 3.3 DEM数据采样策略与采样方法 nullnull结构（或分布）的类别之间没有明显的界限和标准，实际采样时相互之间很多时候是重叠的。null（2）数据的密度：是指采样数据密集程度，与研究区域的地貌类型和地形复杂程度相关。用于刻画地形形态所必须的最少的数据点。 表示方法：相邻的两点之间的距离、单元面积内的点数、截止频率（采样数据所能表示的最高频率）、单位线段上的点数等。 采样距离：相邻两采样点之间的距离，也称采样间隔。 通常数字加单位来表示，如采样距离为20米，表示规则格网分布的采样数据。 另一种表示法是单位面积内的点数，如每平方米500点，描述随机分布的采样数据。 描述数据分布是沿等高线或特征线等线状分布采样点，常用单位线段上的点数，如每米2点，。null（3）数据的精度：是指数据点本身所具有的精确度，是数据获取过程中各种不同类型误差的综合反映。 采样数据精度与数据源、数据的采集方法和数据采集的仪器密切相关。 野外测量、影像、地形图扫描的精度从高到低。 激光扫描、干涉雷达的精度是非常高的。 摄影测量比GPS的精度要高，达到厘米级。地形图的手扶跟踪和扫描矢量化的精度都较低（原因）。3.3.2 采样布点原则 采样数据点的分布与研究区域地貌类型、所采用的设备有关。3.3.2 采样布点原则 null（1）沿等高线法：采样时将Z轴固定，即固定高程值沿等高线采集高程点。平坦地区不宜使用。null （2）规则格网采样：通过规定X和Y轴方向的间距来形成平面格网，在立体模型上量测这些格网点的高程值。 规则格网采样能确保所采集数据的平面坐标具有规则的格网形式。null（3）剖面法：类似于规则格网法，唯一的区别是在格网法中量测点是在格网的两个方向上都规则采样，而在剖面法中，只沿一个方向即剖面方向上采样；在剖面法中，通常情况下点以动态方式量测，而不像在规则采样中以静态方式进行。null（4）渐进采样（Makarovic,1973）：小区域的格网间距逐渐改变，而采样也由粗到精地逐渐进行。 优点：渐进采样能解决规则格网采样方法所固有的数据冗余问题。 缺点：在地表突变邻近区域内的采样数据仍有较高的冗余度；有些相关特性在第一轮粗略采样中有可能丢失，并且不能在其后的任一轮采样中恢复；跟踪路径太长，导致时间效率降低。 null（5）选择性采样：为了准确反映地形，可根据地形特征进行选择性的采样，例如沿山脊线、山谷线、断裂线以及离散特征点（如山顶点）等进行采集。这种方法的突出优点在于只需以少量的点便能使其所代表的地面具有足够的可信度。缺点是需要人工干预。null（6）混合采样：是一种将选择采样与规则格网采样相结合或者是选择采样与渐进采样相结合的采样方法。该方法在地形突变处（如山脊线、断裂线等）以选择采样的方式进行，然后这些特征线和另外一些特征点，山顶点、洞穴点等，被加入到规则格网数据中。null3.3.3 DEM数据采集方法 手工采样 半自动采样 自动采样null3.3.3 DEM数据采集方法 3.3.3.1地形图数据采集方法 地图数字化是指根据现有纸质地图，通过手扶跟踪或扫描矢量化的方法，生产出可在计算机上进行存储、处理和分析的数字化数据。 地形图数字化是一种DEM数据获取的最基本的方法。 通过地形图数字化获取相应的高程采样数据，然后再用某种数据建模方法内插DEM。 nullnull 1）手扶跟踪数字化 步骤： 定参考点（固定地图） 定控制点 跟踪采集（点方式、流方式）null 2）扫描数字化/矢量化 扫描过程：将地形图从模拟状态（纸质地图）通过扫描转换成灰度（彩色）的数字数据（影像），即以像素方式存储地图信息。 注意两个问题：分辨率、颜色 矢量化过程：将得到的栅格图像转化为矢量数据。 具体方法：手动、半自动、全自动nullnull对栅格图像的矢量化有软件自动矢量化和屏幕鼠标跟踪矢量化两种方式。 软件自动矢量化工作速度较快、效率较高，但是由于软件智能化水平有限，其结果仍然需要再进行人工检查和编辑。 屏幕鼠标跟踪方法其作业方式与数字化仪基本相同，仍然是手动跟踪，但是数字化的精度和工作效率得到了显著的提高。null软件自动矢量化null屏幕鼠标跟踪矢量化null扫描获得的是栅格数据，数据量比较大。除此之外，扫描获得的数据还存在着噪声和中间色调像元的处理问题。 噪声是指不属于地图内容的斑点污渍和其它模糊不清的东西形成的像元灰度值。噪音范围很广，没有简单有效的方法能加以完全消除，有的软件能去除一些小的脏点，但有些地图内容如小数点等和小的脏点很难区分。 中间色调像元，则可以通过选择合适的阈值选用一些软件等来处理，如Photoshop。null噪声null有噪声的软件自动矢量化null噪声消除null中间色调消除null中间色调消除null中间色调消除null自动矢量化及人工修整后的结果null （2）摄影测量数据采集方法： 1）摄影测量的基本原理：利用在不同地方获取的具有一定重叠度的同一景物的两张影像，在室内建立立体模型，对其进行三维量测。 2）摄影量测的信息获取方式： 航空/航天摄影测量：飞行器上搭载摄影测量设备（传感器），垂直摄影方式获得数据。 地面摄影测量：采用倾斜摄影或交向摄影方式获取数据。 3）摄影测量数据采集需要注意的问题： 断裂线：一些地形特征线、陡坎、人工或自然建筑，如梯田、河流、冲沟、池塘等在地面产生了转折或突变。在采集过程中断裂线要给予不同的明确编码。 单断裂线：山脊线、山谷线、坡脚线等。 双断裂线：陡坎、陡坡，两条断裂线表示上、下缘，成对出现。null （3）野外测量数据采集方法： 对于小范围的DEM其主要服务于工程设计，对精度要求较高，采用野外测量（地形图数字化精度不一定够，航测成本高）。 仪器：全站仪测量、平板测量、GPS测量、车载GPS测量等。null（4）雷达测量数据采集： 合成孔径雷达干涉测量SAR（synthetic aperture radar 用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动，在不同位置上接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理的侧视雷达。） 机载激光雷达（机载激光扫描）LIDAR（Light Laser Detection and Ranging 是激光探测及测距系统的简称，其主动传感系统---激光扫描仪是利用返回的脉冲获取探测目标高分辨率的距离、坡度、粗糙度和反射率等信息，而被动光电成像技术可获取探测目标的数字成像信息，经过地面的信息处理而生成逐个地面采样点的三维坐标，最后经过综合处理而得到沿一定条带的地面区域三维定位与成像结果。） 主动遥感测量，周期短，精度高，高程精度可达到10cm，空间分辨率达到1m。 通过对获取的三维坐标数据进行滤波（将信号中特定波段频率滤除的操作）、分类等（删除不需要数据），进行建模，即可得到DEM数据。null合成孔径雷达干涉测量数据采集方法null某火山口雷达影像图干涉雷达提取高程信息null机载激光扫描数据采集nullCYRAX 2500-三维激光扫描系统辽宁工大鹰塑像扫描结果null基于声波、超声波的DEM数据采集null 3.3.4 DEM数据采集方法的对比分析 （1）选择数据采集方法考虑的因素： 目的和需求、DEM精度、所需设备条件、经费等。 （2）数据采集方法对比： null 地形图采集数据的方法所需的原始数据（地形图）容易获取，对采集作业所需的仪器设备和作业人员的要求不高，采集速度也比较快，易于进行大批量作业。 手扶跟踪数字化的优点是所获取的向量形式的数据在计算机中比较容易处理；缺点是速度慢、人工劳动强度大，数据精度主要取决于操作员的技术熟练程度。 摄影测量在我国基本比例尺测图生产中起到了非常关键的作用。影像数据的特点是更新速度快，对于大范围、大批量的数据的获取是一种主要的方法。 野外实测数据所获得的数据精度在三种方式中最高，适用于小范围大比例尺DEM生产。但由于数据获取的工作量大，费用昂贵，不适合大规模的数据采集任务。nullDEM数据采集方法的对比分析3.4 DEM数据采样质量控制 质量控制是DEM生产中最关键的环节之一，DEM精度的好坏事实上取决于DEM的质量控制好坏。 DEM是采集数据的最终表现形式和产品，从原始数据到DEM，要经过一系列的数据处理，在这一过程中原始数据中的误差会被传播和放大。 影响DEM精度的因素还包括DEM内插方法、有无顾及特征线、DEM分辨率大小等，但是减少数据采集时的误差是保证DEM精度的根本。 3.4 DEM数据采样质量控制null3.4.1 原始数据粗差检测与删除 粗差（疏失误差）：在测量过程中，由于测量仪器工作失常，或观测者疲劳、大意等因素造成的误差。如读取数据记录数据发生的错误等。这种误差属于测量坏值，一旦发现，应及时删除。 由于DEM强调高程数据的准确性，对地形表达的真实性，因此DEM原始数据粗差探查要从单个独立数据、局部地形和整体区域三方面综合考虑。null3.4.1 原始数据粗差检测与删除 （1）基于趋势面的粗差探测与处理： 基础：基于地形具有的自相关性，即地形表面变化符合一定的自然趋势，表现为连续空间的渐变模型，可用光滑曲面来描述。 趋势面表达了地形的宏观变化趋势，当某一采样点的观测值和趋势面计算值相差较大时，该点可能含有粗差——偏离了整体变化趋势。nullDEM数据采集质量控制 原始数据粗差检测与剔除 基础 地形的自相关性 连续空间变化的渐变 模型 方法 测量值与计算值比较 注意点 趋势面函数的选择 阈值确定 特点 简单、局部 不能确定是否为粗差 点Δ= y实际- y计算y = ax2+bx+cnull 应用趋势面进行粗差探测注意的问题： 趋势面函数的确定：理论上任何复杂的趋势面都可用高阶多项式去逼近。但高阶多项式本身不稳定，其系数的物理意义也不清楚，将导致不符合实际地形起伏的趋势。 阈值的确定：测量值和计算值相差多大时，被怀疑为粗差点。一般取中误差的三倍为极限值（可能遗漏或过多地选择粗差点）（中误差：有限的几次观测的偶然误差求得的标准差）。 趋势面分析技术的特点：将问题简单化、局部化，能找出部分可疑数据点，但不能确定该点是否为真正的粗差，需要用其他方法进一步分析。 null（2）三维可视化粗差检测技术 对含有粗差的原始数据建立三维表面模型（一般为TIN），在三维可视化环境下通过人机交互的方式有效地检测粗差点。 这种方法需要高效可靠的构网技术、快速的交互响应效率以及建立对异常值敏感的可视化图形。 常用图形：线框透视图和晕渲图。null三维可视化粗差检测技术地形三维表面模型：TIN要求快速的建模技术高效的交互相应技术 敏感的图形环境常用图像线框透视图、晕渲图特点精度高效率较低null （3）基于坡度信息的规则格网分布数据粗差探测技术 坡度是地表的固有属性，在局部连续空间的渐变模型上，其变化是连续的，因此，可采用采样点与周围点的坡度变化是否一致来检测采样点是否含有粗差。 本方法适用于规则分布的采样点的粗差探测。 null原理与步骤： 相邻两个区域坡度差计算：在3*3的局部窗口内，计算在水平方向和垂直方向上相邻两点之间的坡度（12个），然后计算两个格网之间的坡度差（6个）。 通过相邻两个格网之间的坡度差确定衡量坡度是否变化一致的阈值。对当前窗口坡度差进行统计分析，统计标准可采用绝对平均值、数据值范围、均方根、算数平均值或标准差等，阈值为统计标准的K倍（K是常数）。 怀疑点：当采样点在某一方向上的坡度差大于阈值，则该点在局部范围内不正常，可能含有粗差。 粗差剔除与数据点改正：通过周围各网点的坡度和高程计算相差点的高程，取代原有高程值。 该方法一次只能检测一个点，当粗差分布比较集中时，要循环进行。该方法不适合边界部分粗差点的检测。null基于坡度信息的规则格网分布数据粗差探测技术基本原理当高程数据中没有粗差 时，局部地形表面是光滑 连续变化的，相邻点之间 的坡度变化一致，若出现 异常，则可怀疑该点含有 粗差。要素 坡度坡度差 阈值null （4）基于高程信息的不规则分布数据粗差探测方法 数据点呈散乱分布，其坡度信息获取困难，与规则格网分布的区别是： 窗口确定：采用窗口尺寸定义或确定窗口区域采样点数量这两种方法来指定邻域范围。当使用后一种方法时，一般认为包含15-20个点的窗口是适宜的。坡度是地表的固有属性，在局部连续空间的渐变模型上，其变化是连续的，因此，可采用采样点与周围点的坡度变化是否一致来检测采样点是否含有粗差。本方法也适用于规则分布的采样点的粗差探测。null 一致性标准的确定：采用高程信息，即计算高程变化是否一致的阈值。原因是：规则格网上比较容易获取坡度信息，而从不规则分布数据获取坡度信息却比较困难，但高程和坡向同时刻画地形曲面连续性的指标，因此在散乱数据分布的区域上，一致性标准采用高程信息。 null （5）基于等高线采样数据粗差探测方法 当采样数据来自等高线地形图时，采用以下方式进行粗差探测。 将所有等高线上的点作为离散点，用上述任一种方法进行。 按等高线的拓扑关系进行探测和剔除。 可视化检查。 缺点： 第一种方法不适合手工数字化的地形采样数据，这是由于手工数字化常常赋错高程值，整条等高线高程都错，其粗差分布具有条带性，不具备单点或集中呈面状的集中分布。 按等高线拓扑关系进行粗差检查：在等高线地图上，各种注记、地物等的压盖，等高线常常不连续，从而使等高线的拓扑关系比较困难。基于等高线拓扑关系基于等高线拓扑关系1）、同一条等高线上的各个数据点高程值相等； 2）、等高线为连续的曲线，一个拓扑节点最多只能连接两条高程 值相同的等高线，高程值不等的等高线不能相接，不能相交； 3）、相邻等高线的变化应是渐进的，并适应实地坡形变化的规律。1）、空间位置错误 ：错误的悬挂线、两条等高线相交和同一等高线 应该连接处未能相连 2）、赋值错误：首尾相连两条等高线高程值不等、相邻等高线高程 值突变。等高线赋值错误图示等高线赋值错误图示基于等高线图示 （1）基于等高线图示 （1）相邻等高线高程值之间的关系 基于等高线图示（2） 基于等高线图示（2） 由于等高线过于密集造成的等高线不连续 null 可视化检查。对原始采样数据点建立DEM，在此DEM上提取等高线，等高线与原始地形图的等高距一致，将原始地形图与提取的等高线套合，检查其中的错误。 因此对基于等高线采样数据的粗差探测，经常采用可视化检查（最常用的）。DEM质量的目视检查DEM质量的目视检查 这是一种最基本的检测方法。对DEM的局部检查最简单有效的方法是恢复立体像对,将DEM格网点显示至立体像对,通过立体观察检查格网点和立体模型的套合情况。目前,全数字摄影测量系统均提供立体目视检查DEM的功能。基本过程如下 1.依据像对的控制点确定显示范围; 2.选取落在范围内的格网点; 3.将DEM反算至立体像对并进行显示；DEM质量的目视检查DEM质量的目视检查 首先求出DEM中高程的最大和最小值,然后将高程分为多个等级,按高程由低到高每组赋予由浅到深的颜色进行显示。分色显示可从整体上反映地貌的变化趋势,配合水平和垂直方向的断面图显示,对高程异常变化的地方有一定检查效果。DEM质量的目视检查DEM质量的目视检查 等高线可以是DEM应用的产物,利用OpenGL3维显示功能显示DEM数据,并将等高线叠加在DEM上,这样能清晰直观地看到等高线和DEM的总貌与细部,便于用户发现问题。为适应用户从不同角度动态观察3维灰度图和等高线的需要,用OpenGL函数对生成的DEM和等高线进行变换,以实现对等高线进行不同方位、不同远近、不同角度和放大缩小的显示。null3.4.2 原始数据的滤波处理 DEM原始数据三大属性：数据点密度、分布、精度 分布和密度：在数据采集前确定，主要影响DEM对地形形态的宏观结构表达以及DEM内插方法和内插精度。 数据点精度：反映DEM对地形描述的微观精度和光顺程度，若数据点中含有随机噪声，则由DEM生成的等高线不光滑，呈锯齿状。 nullnull 滤波处理--去除原始数据中的随机误差，以提高数据质量和DEM地形表达精度。 滤波的方式：最近邻重采样、基于局部移动窗口的中值滤波、平均值滤波等。 滤波的作用：去除原始数据中的随机误差，提供地形描述的精度，可以去除DEM内插过程中生成的洼地等现象，但有可能降低了分辨率。 应用对象：随机误差构成误差的主要部分的数据，尤其是对高密度的密集数据（航空、遥感影像等）。 null3.5 我国DEM数据3.5 我国DEM数据3.5.1 我国DEM数据交换格式 数据文件包含文件头和数据体两部分，数据体采用从上到下、从左到右的顺序并以ASCii码的方式存储。 文件头分为两类数据：一是基本的、必需的数据，一是扩充的附加信息，可以省略。 文件头的基本组成单元是项目，格式为---“项目名：值” nullnull我国不同比例尺DEM的特点null3.5.2 我国1:1万DEM 国家测绘局于1999年组织生产了七大江河区域范围的1：1万数字高程模型，格网尺寸为12.5*12.5m，已完成13781幅。 目前覆盖全国的1：1万DEM的生产和建库已全面展开。 长江、黄河、黑龙江、珠海、淮河、辽河、海河。null3.5.3 我国1:5万DEM 1:5万DEM的格网间距为25米，高程数据采用国际上通用的二维阵列数据格式存放，与其他DEM一样，网格中心点的高程值作为该格网单元高程值，单位为m。 格网点按照由上到下，由左到右方向次序排列，平面坐标系为1980西安坐标系为大地基准，投影方式为高斯克吕格投影，以6度分带，高程基准采用1985国家高程基准。null3.5.4 我国1:25万DEM 格网间隔为100*100m和3”*3”两种。陆地和岛屿上格网值代表地面高程，海洋区域格网值代表水深。 用于生成1:25万数字高程模型的原始数据包括等高线、高程点、等深线、水深点和部分河流、大型湖泊、水库等，通过不规则三角网内插获得。null3.5.4 我国1:25万DEM 坐标系统分为两套： 高斯克吕格投影：格网尺寸为100*100m，以图幅为单元，每幅图数据按包含图幅范围的矩形划定，相邻图幅间有一定重叠。 地理坐标：格网尺寸为3”*3”，每幅图行列数位1201*1801，所有图幅范围都为大小相等的矩形。 高程值的中误差在1/2、1/3等高距之内。null3.5.5 我国1:100万DEM 利用1万多幅1:5万和1:10万地形图按照一定的格网间隔采集高程值，编辑处理后以1:50万图幅为单位入库。 全国1:100万数字高程模型的总点数为2500万个。利用该数据内插任一点高程值的中误差---高山区：70m；中低山区：41m；丘陵区：20m；平原区：1m。null3.6 DEM生产项目设计3.6 DEM生产项目设计对于一个DEM项目，最终目标是要经济、快速地生产满足一定精度要求的DEM产品，即DEM生产涉及三个基本问题：精度、生产成本、效率。 精度---数据源要有足够的精度和采样密度和表面重建的方法（算法）。要完美---成本提高---效率降低。因此，要建立高效 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的生产 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。null 3.6.1 DEM生产技术设计 （1）项目情况归总：确定项目单位、承担单位、负责人及所涉及的测区概况。如范围、地貌、水系、地形类别等。 （2）资料收集与分析：所有原始资料，如地形图、航片、图例薄、内外业控制点成果、图幅结合表，并对这些资料进行分类整理。 （3）确定作业依据和技术标准：明确所采用的生产技术规定、技术标准、图幅分幅、编号标准、要素分类与代码标准等，这是指导、监督、检查整个生产过程的基本依据。null（4）生产设备及技术力量的配置：确定软硬件和技术力量的合理配置，特别是包括高工、工程师、技术员，检查员等各个层次的人员。 （5）制作技术路线与流程：在整个DEM过程中，有三条主线：数据流程主线、作业流程主线、质量控制主线、数据和质量控制主线构成了最终成果的主要内容，二者又是作业流程的质量评定的依据。 （6）制定操作规程：对DEM生产过程中影响生产效率和质量等的环节都应作出明确具体的规程，如数据预处理、采样点分布与密度、数据差错与编辑、矢量接边、建立TIN、DEM质量检查、原数据录入等。null（7）质量控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ：对DEM应采取多级检查和验收制度，填写质量跟踪卡。较低级部门100%检查，较高级部门抽样检查。 （8）确定上交成果：包括数据文件、图文件、文档资料等。 （9）进度计划：为了保证生产质量，将整个系统的各项任务分解成具有先后顺序的各个阶段。null2）数字高程模型的生产工艺流程 根据不同的技术条件和不同的精度要求，可以有不同的DEM生产技术方案。总体工艺流程如下图所示。 null(a)全数字自动摄影测量方法 利用全数字摄影测量工作站，可快速获取DEM。作业流程图null(b)从数字线划图DLG到DEM的方法 数字线化图可以从既有地形图数字化得到，也可以从解析摄影测量和数字摄影测量得到。作业流程图null3.6.2 DEM生产中的注意事项 （1）根据生产项目所设计的具体领域，确定需要加测的重要地物（如：江河的堤坝）。 （2）高程精度难以达到正常规定精度要求的，应圈出其范围，作为DEM的推测区。 地形图上大范围（图面上5cm*5cm以上）既无等高线、高程点又达不到规定密度（千米格网内不足5个点）的地方（城镇街区、沼泽等）。 草绘等高线范围 一定树高的密林区 一定面积的陡石山 一定宽度的双线河水域null3.6.2 DEM生产中的注意事项 （3）由于DEM是由原始数据经过处理后形成的，因此必须保证质量，应对原始数据作严格的检查，包括检测系统误差、偶然误差，剔除粗差。 （4）对得到DEM进行编辑修改。作业题作业题1.DEM数据源及其特征 2.地理信息可以分为特征要素和非特征要素，分别是什么？ 3.DEM采样方法有哪些？ 4.我国基础DEM比例尺有哪些？