1. DEM数据源特征
3. DEM数据采样⽅法
4. DEM数据采样质量控制
5. DEM数据共享与利⽤
数字⾼程模型（Digital Elevation Model)，简称DEM，是通过有限的地形⾼程数据实现对地⾯地形的数字化模拟（即地形表⾯形态的数字化表达），它是⽤⼀组有序数值阵列形式表⽰地⾯⾼程的⼀种实体地⾯模型，是数字地理模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的⼀个分⽀，其它各种地形特征值均可由此派⽣。 在机场地理信息数据库中，有必要将DEM数据作为空间地理信息的⼀种，整编⼊库。
刘运定1. DEM数据源特征
（1）航空或航天遥感图像为数据源
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。⽽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。
遥感图像应⽤注意的问题：
1) 遥感影像的⼏何畸变
2) 遥感数据的增强处理
3) 遥感影像数据的解译和判读
4) 遥感数据的不确定性问题
数据固有的不确定性、数据获取过程的不确定、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
（2）以地形图为数据源
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 统⼀采⽤“1980年中国国家⼤地坐标系”和“1985国家⾼程基准”。
（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。张茜倩
类型⽐例尺等⾼距厘⽶实际长度公⾥图上长度综合特征成图⽅式
⼤⽐例尺>1:5000<1
综合程度较⾼，较真实反映地形地貌
实际测量1:5000150m20cm
航测成图1:1万 2.5100m10cm
1:2.5万5250m4cm 1:5万10500m2cm 1:10万201km1cm
中⽐例尺1:25万50 2.5km4mm
⼀定程度综合，近似反映地形地貌
编绘成图1:50万1005km2mm
⼩⽐例尺1:100万10km1mm较⾼综合，仅反映地形⼤致特征
缺点是：
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，但对于其他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。
爱你爱到骨头里
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）以地⾯实测记录为数据源
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。
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。
（4）其它数据源
既有DEM数据源
● 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。
● 对已存在的各种分辨率的DEM数据，应⽤时要考虑⾃⾝的研究⽬的以及DEM分辨率、存储格式、数据精度和可信度等因素。
2. DEM数据采样理论
（1）地形曲⾯⼏何特征
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两类。
· 特征要素
· 特征点
· ⼭顶
· 洼地
· 鞍部
· ⼭脚点
· ⼭脊点
· ⼭⾕点
· 特征线
· ⼭脊线
· ⼭⾕线
· 断裂线
· 陡坎
· 海岸线
· ⽔涯线
（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）
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）
（2）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。
关于地形的复杂程度可以⽤粗糙度和不规则性来描述。
Ø 通过坡度可以完整的形成地形曲⾯。
Ø 坡度的地形曲⾯函数的⼀阶微分的函数，表达了⾼程随距离变化的⽐率。
Ø 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。
Ø 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。
Ø 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区部单元的倾斜程度（地表的陡峭⽅向和⼤⼩）
（3）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;
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）
表 1∶5万地形图坡度与⾼差分级[据李志林等，2003]
地形类别基本等⾼距（⽶）地形坡度（度）⾼差（⽶）
平地10（5）2度以下⼩于80
丘陵地102度-6度80-300
⼭地206度-25度300-600
⾼⼭地20⼤于25度⼤于600
3. DEM数据采样⽅法
（1）数字⾼程模型数据源的三⼤属性
● 数据的分布
数据的分布是指采样数据位置及分布。位置可由地理坐标系统中的经纬度或直⾓坐标系统中的东北向坐标值决定。⽽布点的形式较多（如表2），具体的采样点分布与所采⽤的设备、应⽤要求⽽异。
规则分布分为⼆维规则格⽹（按矩形格⽹分布采样数据点、按正⽅形格⽹分布采样数据点）、特殊规则分布（按三⾓形分布采样数据点、按六边形分布采样数据点）
不规则分布分为⼀维分布（剖⾯、沿等⾼线采样数据点）、链表分布（沿断裂线等特征线分布采样数据点）、随机分布（随机分布采样点）
●数据密度
数据的密度是指采样数据的密集程度，与研究区域的地貌类型和地形复杂程度相关。数据点的密度有多种表⽰⽅式，如相邻两点之间的距离、单位⾯积内点数、截⽌频率、单位线段上的点数等。
相邻两采样点之间的距离通常称为采样间隔（或采样距离）。如果采样间隔随距离变化，那么就⽤平均值来代替。通常采样间隔以⼀个数字加单位组成，如20m。
如果数据分布是沿等⾼线或特征线等线状分布采样点，如若⽤前两种⽅法表⽰不能真实地反映采样的密度⼤⼩，这种采样可采⽤单位线段上的采样点数来表⽰，如2点/⽶。
● 数据精度
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的。不同产数据源有着不同的特点，因⽽有着不同的精度，各种数据源的精度按从⾼到低是野外测量、影像、地形图扫描。
（2）采样的布点原则
● 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。
沿等⾼线采样：在地形复杂的陡峭地区，采⽤沿等⾼线跟踪的⽅式进⾏数据采集；⽽在平坦的地区，则不宜沿等⾼线采样。
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（如图）。
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（图2）。
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。
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。
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。混合采样可建⽴附加地形特征的规则矩形格⽹DEM，也可建⽴没特征附加三⾓⽹混合形式的DEM，但其数据的存储管理与应⽤均较复杂。
（3）DEM数据采集⽅法
地形图数据采集⽅法
摄影测量数据采集⽅法
野外测量数据采集⽅法
（4）DEM数据采集⽅法的对⽐分析
●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。与⼿扶跟踪数字化相⽐，地图扫描数字化具有速度快、精度⾼、⾃动化程度⾼等优点，正在成为GIS中最主要的地图数字化⽅式；但其技术相对复杂，必须具有⼀些对扫描后的地图数据的预处理能⼒。
●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。但⾼程数据的精度受外界因素影响较⼤，对于精度要求很⾼的DEM难以满⾜要求。
●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，效率不⾼，费⽤昂贵，不适合⼤规模的数据采集任务，其可做⼤范围DEM的⼩范围局部更新以及⼯程⽤DEM的建⽴。
4. DEM数据采样质量控制
（1）原始数据粗差检测与剔除
● 基于趋势⾯的粗差探测与处理
● 等⾼线回放检查
香港轻轨● 基于坡度信息的规则格⽹分布数据粗差探测技术
社会学三大奠基人● 基于⾼程信息的不规则分布数据粗差探测⽅法
● 基于等⾼线采样数据的粗差探测⽅法
● 三维可视化粗差检测技术
（2）原始数据的滤波处理
● 原始数据的滤波处理主要是去掉原始数据中的随机误差因素，以提⾼数据质量和DEM地形表达精度。
● 数据滤波的⽅式很多，如最邻近重采样、基于局部移动窗⼝的中值滤波、平均值滤波以及基于频率域的低通滤波等。李志林等（2003）曾设计了基于卷积分的低通滤波器，很好地对由全数字⽴体测图系统采集的密集航⽚数据进⾏了滤波处理。石河子大学学报
● 对原始数据进⾏滤波处理应考虑其前提条件，即在什么样的情况下才进⾏滤波处理。李志林等（2003）的研究认为如果在数据采集和重建过程中损失的精度⼤于⾼程数值的万分之五时，将不能对数据进⾏滤波处理。也就是说，若随机误差确是构成了误差的主要部分，就必须使⽤滤波技术提⾼数据质量。
5. DEM数据共享与利⽤
表3我国DEM数据交换格式标准
项⽬名对项⽬值的说明
DataMark中国地球空间数据交换格式—DEMs数据交换格式(CNSDTF-DEM)的标志。基⽊部分，不可缺省。
Version该空间数据交换格式的版本号，如1.1。基本部分，不可缺省。
Unit 坐标单位，K表⽰公⾥，M表⽰⽶，D表⽰以度为单位的经纬度，S表⽰以度分秒表⽰的经纬度（此时坐标格式为DDDMMSS.SSSS，DDD为度，MM为分，SS.SSSS为秒）。基本部分，不可缺省。
Alpha⽅向⾓。基本部分，不可块省。
Compress压缩⽅法。()表⽰不压缩，1表⽰游程编码。基本部分，不可缺省。Xo左上⾓原点x坐标。基本部分，不可缺省。
Yo左上⾓原点Y坐标。基本部分，不可缺省。
DX X⽅向的间距。基本部分，不可缺省。
DY Y⽅向的间距。基本部分，不可缺省。
Row⾏数。基本部分，不可缺省。
Col列数。基本部分，不可缺省。
ValueType⾼程值的类型。基本部分，不可的省。
HZoom ⾼程放⼤倍率。基本部分，不可缺省。 设置⾼程的放⼤倍率，使⾼程娄数据以整数存贮，如⾼程精度精确到厘⽶，⾼程的放⼤倍率为100
Coordinate坐标系，G表⽰测量坐标系、M表⽰数学坐标系。基本部分，缺省为M。
Projection投影类型。附加部分。
Spheroid参考椭球体。附加部分。
Parameters投影参数。根据不同的投影有不同的参数表，格式不做严格限定，但必须在同⼀⾏内表达完毕。附加部分。MinV格⽹最⼩值。附加部分。这⾥指乘了放⼤倍率以后的最⼩值。
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