数字地面模型的建立与应用优质PPT.ppt
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第二章第二章数字地面模型的建立与应用数字地面模型的建立与应用n概述概述n数字高程模型的数据获取及预处理数字高程模型的数据获取及预处理n数字高程模型的内插方法数字高程模型的内插方法nDEMDEM的精度及存贮管理的精度及存贮管理n三角网数字地面模型三角网数字地面模型n数字地面模型的应用数字地面模型的应用主要内容第一节第一节数字地面模型的概念数字地面模型的概念n数字地面模型的发展过程数字地面模型的发展过程n数字地面模型的概念及其形式数字地面模型的概念及其形式主要内容主要内容数字地面数字地面模型模型工程设计摄影测量和遥感中的应用是地理信息的基础数据军事上用于导航及导弹制导1.数字地面模型的发展过程数字地面模型的发展过程原始影像原始影像凸包凸包表面模型表面模型原始影像原始影像三维模型(无纹理)三维模型(无纹理)三维模型(有纹理)三维模型(有纹理)50年代末是其概念的形成60年至70年代对DTM内插问题进行研究70年代中、后期对采样方法进行了研究80年代以来,对DTM的研究涉及到DTM系统的各个环节著名的DTM软件包2.2.数字地面模型的概念及其形式数字地面模型的概念及其形式地形表面形态等多种信息的一个数字表示DTM是定义在某一区域D上的m维向量有限序列:
@#@数字高程模型DEM(DigitalElevationModel)或DHM(DigitalHeightModel)是表示区域D上地形的三维向量有限序列3.数字高程模型DEM表示形式规则矩形格网(X0,Y0)DxDy基础信息高程不规则三角网TINGrid-TIN混合网第二节第二节数字高程模型的数据获取数字高程模型的数据获取及预处理及预处理1.DEM1.DEM数据点的采集方法数据点的采集方法地面测量:
@#@利用自动记录的测距经纬仪在野外实测现有地图数字化DLGu手扶跟踪数字化仪u扫描数字化仪空间传感器:
@#@GPS激光测高仪2.2.数字摄影测量的数字摄影测量的DEMDEM数据采集方式数据采集方式n沿等高线采样n规则格网采样n沿断面扫描n渐进采样(ProgressiveSampling)先按比较稀疏的间隔进行采样,获得一个稀疏的格网,然后分析是否需要加密P1P3P5P2P4h2h2h2计算两点间中点的二次内插值与线性内插值之差利用高程的二阶差分n选择采样选择采样:
@#@根据地形特征进行选择采样n混混合合采采样样:
@#@将规则采样与选择采样结合起来进行n自自动动化化DEMDEM数数据据采采集集:
@#@按影像上的规则格网利用数字影像匹配进行数据采集。
@#@3.DEM的质量控制采样定理确定采样间隔地形剖面恢复误差确定采样间隔考虑内插误差的采样间隔和插值分析方法等采样间隔和数据量4.DEM4.DEM数据预处理数据预处理u数据格式的转换u坐标系统的变换u数据的编辑u栅格数据的矢量化转换u数据分块1.数据分块方法1234567892.数据分块方法交换法将数据点按分块格网的顺序进行交换,使属于同一分块格网的数据点连续地存放在一起1234序号10000链指针法对于每一数据点,增加一存贮单元,存放属于同一个分块格网中下一个点在数据文件中的序号点号链指针2001100002004200序号100003.子区边界的提取地面上存在着各种各样的断裂线,使地面并不光滑,这就需要将地面分成若干区域即子区第三节第三节数字高程模型的内插方法数字高程模型的内插方法摄影测量学第六章摄影测量学第六章n移动曲面内插方法移动曲面内插方法n多面函数内插方法多面函数内插方法n有限元内插方法有限元内插方法主要内容主要内容一一移动曲面拟合法移动曲面拟合法根据参考点上的高程求出其它待定点上的高程,u整体函数内插u局部函数内插u逐点内插法建立局部坐标2.移动曲面拟合法步骤移动曲面拟合法步骤对DEM每一个格网点,将坐标原点移至该DEM格网点P(Xp,Yp)列出误差方程式选取邻近数据点Pxydi误差方程式由n个数据点列出的误差方程为内插参数解算计算每一数据点的权l法化求解系数F是待定点内插高程值ZP除满足n6,保证各象限都有数据点,当地形起伏较大时,半径R不能取很大当数据点较稀或分布不均匀时,可能产生很大的误差3.3.注意事项注意事项采用了多个邻近点之加权平均水平面移动拟合法内插:
@#@4.加权平均水平面移动拟合法二二多面函数法多面函数法DEMDEM内插内插“任何一个圆滑的数学表面总是可以用一系列有规则的数学表面的总和,以任意的精度进行逼近。
@#@”也就是一个数学表面上某点(X,Y)处高程Z的表达式为:
@#@1.1.核函数核函数选其中n个为核函数的中心点各数据点应满足i=1,2m2.误差方程3.法化求解得4.任意一点上的高程m=n全部数据点取为核函数的中心5.5.多面函数法解算多面函数法解算三三有限元法有限元法DEMDEM内插内插为了解算一个函数,把它分成为许多适当大小的“单元”,在每一单元中用一个简单的函数,例如多项式来近似地代表它。
@#@1.一次样条有限元DEM内插Axyi,ji+1,ji+1,j+1i,j+1若A点是已知高程点,作为观测值,以格网高程Zi,j作为待定的未知数误差方程式误差方程式虚拟观测值误差方程式2.断裂线的处理(l)作线性内插1234123456
(2)重新划分区域(4)分子区进行内插计算(3)不属于该子区的数据点不参加该子区的平差计算跌落法符号判断法第四节第四节DEMDEM的精度及存储管理的精度及存储管理一估计DEM的精度进行由地形功率谱与内插方法的传递函数估计DEM精度采样间隔和地形的复杂程度均方误差2.利用检查点的DEM精度评定在DEM内插时,预留一部分数据点作为检查点,在建立DEM之后,由DEM内插出这些点的高程,DEM的精度二二DEMDEM的存贮管理的存贮管理1.1.DEMDEM数据文件的存贮数据文件的存贮22.地形数据库地形数据库文件头+各格网点的高程整型量存贮3.DEM3.DEM数据的压缩数据的压缩将高程数据减去一常数Z0差分映射相邻数据间的增量,数据范围较小,可以利用一个字节存贮一个数据,当差分的绝对值大于127时,将该数据之前的数据作为一个游程,差分游程法差分游程法(增量游程法增量游程法)-128-127小模块差分法(小模块增量法)将DEM分成较大的格网小模块,每一模块包含5X5或10X10个DEM格网17181920211656722154182314329241312111025螺旋型21222324252019181716111213141510987612345往返型压缩编码u用位数(bit)最短的码表示出现概率最大的数u概率较小数用位数较长的码表示数据的平均最小位数可用信息论中熵的定义计算4.DEM4.DEM的管理的管理更新存贮拼接检查第五节第五节不规则三角网的建立与应用不规则三角网的建立与应用摄影测量学第六章摄影测量学第六章n三角网数字地面模型的构建三角网数字地面模型的构建n三角网数字地面模型的存储三角网数字地面模型的存储主要内容主要内容一一三角网数字地面模型的构建三角网数字地面模型的构建1.角度判断法建立TIN已知三角形的两个顶点,计算备选第三顶点的三角形内角的大小,选择最大者对应的点为该三角形的第三顶点将原始数据分块检索所处理三角形邻近点确定第一个三角形C第三顶点AB与A点距离最近的点C1C2C3示意图哪个内角最大三角形的扩展P1P3P2P4每个边只能扩展一次TIN二二三角网数字地面模型的存贮三角网数字地面模型的存贮129346578101273645981110NO23459311234567NOXYZP190.010.043.51250.710.067.35367.223.962.681010.090.081.036网点邻接的指针链坐标与高程值表1.直接表示网点邻接关系的结构n存贮量小,编辑方便n计算量较大,不便于TIN的快速检索与显示2.直接表示三角形及邻接关系的结构检索效率高,但存贮量较大,编辑不方便。
@#@NOXYZ190.010.043.5250.710.067.3367.223.962.61010.090.081.0NOP1P2P311232134345111678NO123124213632711810坐标与高程值表三角形表邻接三角形表3.混合表示网点及三角形邻接关系的结构坐标与高程值表NOXYZP190.010.043.51250.710.067.35367.223.962.681010.090.081.036NO2345931NOP1P2P311232134345111678三角形表网点邻接的指针链可将TIN转化为规则三角网存贮方式,从而实现TIN的压缩存贮TIN的压缩存贮的压缩存贮第六节第六节数字地面模型的应用数字地面模型的应用摄影测量学第六章摄影测量学第六章n基于矩形网的基于矩形网的DEMDEM多项式内插多项式内插n等高线绘制等高线绘制n立体透视图立体透视图nDEMDEM的其他应用的其他应用主要内容主要内容一一基于矩形格网的基于矩形格网的DEMDEM多项式内插多项式内插1.双线性多项式(双曲抛物面)内插P(x,y)双线性多项式内插只能保证相邻区域接边处的连续,不能保证光滑2.双三次多项式(三次曲面)内插P(x,y)保证相邻曲面之间的连续与光滑二二三角网中的内插三角网中的内插p1.格网点的检索在哪个三角形里2.高程内插三三等高线的绘制等高线的绘制1.基于矩形格网DEM自动绘制等高线确定等高线高程(0,0)(1,0)(0,1)(1,1)表示等高线穿过DEM格网水平边与竖直边的状态计算状态矩阵“1”代表格网边有等高线通过“0”代表格网边没有等高线通过开曲线闭曲线等高线的起点和终点的处理内插等高线点搜索下一个等高线点i,ji+1,ji,j+1i+1,j+12.基于三角网的等高线绘制n精度高n非规则边界n穿过三角形一次u基于三角形搜索的等高线绘制每一元素与一个三角形对应NO12:
@#@TINu基于三角形搜索的等高线步骤NOXYZP190.010.043.51250.710.067.35367.223.962.681010.090.081.036坐标与高程值表NO2345931网点邻接的指针链Flag()11u基于格网点搜索的等高线绘制建立一个与邻接关系对应的标志数组对每一格网点,按记录的与该点形成格网边的另一端点的顺序搜索避免避免重复重复和和遗漏遗漏1293465781012736459811103.等高线光滑(曲线内插)n曲线应通过已知的等高线点n曲线在节点处光滑,即其一或二阶导数是连续的n相邻两个节点间的曲线没有多余的摆动n同一等高线自身不能相交。
@#@四四立体透视图立体透视图Landscape1.1.立体透视图制作流程立体透视图制作流程选择适当的参考面高程Z选择适当的视点位置XS,YS,ZS;@#@视线方位t(视线方向),(视线的俯视角度)三维目标二维透视平面透视变换XYZX2Z1Y1SOXsYsZs(X,Y,Z)X1Y2tn视点为“摄影中心”n用共线方程从物点坐标计算“像点”Z2确定像面主距f计算DEM四个角点的视线投射角,X1Y1Z1P计算各节点之“像点”坐标消隐“峰值法”或高度缓冲器算法”定义一个包含个元素的缓冲区y坐标由线性内插计算将该“点”的y坐标()与缓冲区中的相应单元存放的坐标进行比较,五五DEMDEM的其他应用的其他应用1.坡度、坡向的计算Z00Z01Z11Z10xyTQo与X轴之夹角T为坡向角坡向坡度4个格同网点拟合一平面之坡度u误差方程u平面方程u法方程平面的法矢量为Z方向单位失量0,0,1T与n之数积坡向角之正切为2面积、体积的计算剖面积体积由四棱柱与三棱柱体积进行累加ZiZi+1表面积平均高程u进行空间后方交会,确定方位元素;@#@u量测像点坐标(x,y);@#@u计算出地面
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- 关 键 词:
- 数字 地面 模型 建立 应用