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；
- 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；