中科院研究生课程GIS基础课件第7章数字地面模型

中科院研究生课程gis基础课件第7章数字地面模型目录CONTENCT数字地面模型概述数字地面模型数据采集与处理数字地面模型建立方法数字地面模型可视化表达技术数字地面模型在GIS中的应用实践数字地面模型发展趋势与挑战01数字地面模型概述定义发展历程定义与发展历程数字地面模型（DigitalTerrainModel,DTM）是利用数字高程模型（DEM）对地形地貌进行数字化表达的一种方法，它包含了地形表面的几何信息和属性信息。数字地面模型的概念起源于20世纪50年代，随着计算机技术和地理信息系统（GIS）的发展，DTM逐渐成为一种重要的空间数据模型，被广泛应用于地形分析、环境评估、城市规划等领域。应用领域DTM被广泛应用于地形分析、环境评估、城市规划、水利工程、交通工程、军事等领域。例如，在地形分析中，DTM可用于提取地形特征、计算地形参数等；在环境评估中，DTM可用于模拟地形对气候、水文等环境因素的影响。意义DTM的应用对于提高空间数据处理的效率和精度具有重要意义。它能够提供详细的地形信息，为各种空间分析和模拟提供基础数据支持。同时，DTM还能够促进多学科之间的交叉融合，推动相关领域的发展。应用领域及意义数字高程模型（DigitalElevationModel,DEM）：DEM是数字地面模型的基础，它表示地形表面的高程信息。DEM通常通过测量或遥感技术获取，可以表示为规则格网或不规则三角网等形式。数字地形分析（DigitalTerrainAnalysis,DTA）：DTA是基于数字高程模型进行地形分析的一种方法，包括地形特征提取、地形参数计算等。DTA能够为各种应用提供详细的地形信息支持。空间插值（SpatialInterpolation）：空间插值是一种根据已知点的数值来推算未知点数值的方法。在数字地面模型中，空间插值常用于将离散的高程点数据转换为连续的DEM数据。遥感技术（RemoteSensingTechnology）：遥感技术是一种通过非接触方式获取地球表面信息的技术。在数字地面模型中，遥感技术可用于获取大范围的高程数据和其他地形信息。相关术语解析02数字地面模型数据采集与处理地面测量遥感技术地图数字化通过全站仪、GPS等测量设备获取地面点的三维坐标数据。利用卫星或航空摄影测量技术获取地面的影像数据，通过解译和提取得到地面信息。将纸质地图通过扫描仪转化为数字图像，再利用矢量化软件将地图要素转化为矢量数据。数据来源及采集方法80%80%100%数据预处理与质量控制去除重复数据、异常值和噪声数据，保证数据的准确性和一致性。将数据转换为统一的格式和坐标系，便于后续的数据处理和分析。通过统计分析和可视化手段对数据进行质量检查，确保数据的可靠性和精度。数据清洗数据转换质量检查坐标系转换配准技术地理编码坐标系转换与配准技术通过寻找同名点或特征点，将不同数据源的数据进行配准，实现数据的融合和叠加。将地理坐标与地名、地址等属性信息关联起来，实现地理信息的定位和查询。将不同坐标系下的数据进行转换，统一到相同的坐标系下，消除坐标差异。03数字地面模型建立方法通过激光雷达等测量设备获取地面三维点云数据。点云数据采集点云数据预处理地面模型构建对原始点云数据进行去噪、滤波、分类等处理，提取地面点。利用地面点进行三维建模，生成数字地面模型。030201基于点云数据的建模方法01020304影像数据采集影像数据预处理特征提取与匹配地面模型构建基于影像数据的建模方法从影像中提取特征点，并进行匹配，获取三维信息。对原始影像数据进行几何校正、辐射定标等处理。通过航空摄影或卫星遥感获取地面影像数据。利用匹配得到的三维信息进行建模，生成数字地面模型。数据获取方式比较数据处理难度比较建模精度比较应用场景选择不同建模方法比较与选择点云数据通过测量设备获取，影像数据通过摄影或遥感获取。点云数据处理相对复杂，需要进行去噪、滤波等处理；影像数据处理相对简单，主要进行几何校正和辐射定标。基于点云数据的建模方法精度较高，适用于高精度地图制作；基于影像数据的建模方法精度较低，适用于大范围地图制作。对于需要高精度地图的应用场景，如城市规划、土地管理等，可以选择基于点云数据的建模方法；对于需要快速获取大范围地图的应用场景，如环境监测、灾害评估等，可以选择基于影像数据的建模方法。04数字地面模型可视化表达技术三维渲染技术概述渲染管线光照模型纹理映射三维渲染技术原理及实现三维渲染技术是将三维模型转换为二维图像的过程，涉及光照、纹理、阴影等效果的计算。详细解释光照模型，如Phong光照模型、Blinn-Phong光照模型等，以及它们在三维渲染中的应用。介绍渲染管线的基本概念，包括顶点处理、光栅化、片段处理等步骤。阐述纹理映射的原理和实现方法，包括纹理坐标、纹理过滤、Mipmapping等技术。简要介绍虚拟现实技术的定义、发展历程和应用领域。虚拟现实技术概述详细解释立体显示技术的原理和实现方法，包括双目视差、偏振光、时分复用等技术。立体显示技术介绍虚拟现实交互设备的种类和功能，如头盔显示器、数据手套、三维鼠标等。虚拟现实交互设备阐述虚拟现实技术在数字地面模型可视化中的应用，如场景漫游、信息查询、空间分析等。虚拟现实在数字地面模型中的应用虚拟现实技术在可视化中的应用交互式可视化操作与展示交互式可视化概述简要介绍交互式可视化的定义、作用和意义。交互式操作技术详细解释交互式操作技术的原理和实现方法，包括鼠标事件处理、键盘事件处理、触摸屏事件处理等。可视化展示技术阐述可视化展示技术的种类和特点，如动态图表、数据动画、信息面板等。交互式可视化在数字地面模型中的应用介绍交互式可视化在数字地面模型中的应用，如地形编辑、地物标注、空间查询等。05数字地面模型在GIS中的应用实践利用数字地面模型进行地形起伏度、坡度、坡向等地形因子的提取和分析。地形分析基于数字地面模型进行流域划分、水系提取、流域特征分析等。流域分析结合数字地面模型与三维可视化技术，实现地形地貌的三维展示和动态模拟。可视化分析空间分析功能实现途径

城市规划中的应用案例分析城市规划设计与评估利用数字地面模型进行城市三维建模，辅助规划设计方案制定和评估。交通规划基于数字地面模型分析城市交通网络布局，优化交通线路设计。市政设施规划结合数字地面模型进行市政设施选址、布局和优化。利用数字地面模型提取生态环境因子，进行生态环境质量评价和分区。生态环境评估基于数字地面模型分析水土流失敏感性和风险，制定水土保持措施。水土保持规划结合数字地面模型进行自然灾害易发区划分和风险评估，为灾害防治提供决策支持。自然灾害风险评估环境保护领域应用前景探讨06数字地面模型发展趋势与挑战03无人机（UAV）搭载传感器无人机技术的快速发展为地形数据获取提供了新的手段，具有灵活、高效、低成本等优点。01激光雷达（LiDAR）技术通过高精度、高密度的点云数据获取，为数字地面模型提供更为精细的地形信息。02合成孔径雷达（SAR）技术利用微波遥感技术，实现大范围、高效率的地形数据获取，尤其在云雾等恶劣天气条件下具有优势。新型传感器在数据采集中的应用前景地形数据分类与识别通过深度学习技术对地形数据进行分类和识别，提高数字地面模型的精度和效率。地形模拟与预测结合人工智能技术，对地形变化进行模拟和预测，为城市规划、灾害防治等提供决策支持。数据驱动的地形建模利用机器学习算法对大量地形数据进行分析和学习，提取地形特征，实现自动化、智能化的地形建模。人工智能和机器学习在建模中的潜力挖掘制定统一的数据格式和标准，实现不同平台和领域间的数据互通和共享。数据格式与标准统一加强不同领域间的合作与交流，共同推动数字地