【GIS理论:GIS中的高程模型】DEM、DSM、DTM、TIN

已被阅读 157 次 | 文章分类:gis随笔 | 2024-01-07 17:17

当谈到地表高程模型的时候,我们有多重方式表达地表高程,本篇文章探讨这四种类型的GIS高程模型之间的差异。

1 高程模型有以下几种

DEM –Digital Elevation Models 数字高程模型

DSM –Digital Surface Models 数字表面模型

DTM –Digital Terrain Models and even 数字地形模型

TIN –Triangular Irregular Networks 三角不规则网络

2 什么是DSM

在激光雷达系统中,光脉冲传播到地面。当光脉冲从目标反弹并返回传感器时,它会给出到地球的范围(可变距离)。因此,该系统因此得名“光探测和测距”。

最后,激光雷达提供了带有高程值的大量点云。高度可以来自建筑物的顶部、树冠、电线和其他特征。 DSM 捕捉地球表面的自然和建筑特征。

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DSM 可用于电信、城市规划和航空的 3D 建模。由于物体从地球上伸出,这在以下示例中特别有用:

跑道进场区侵入:在航空领域,DSM 可以确定进场区跑道障碍物。

植被管理:沿着输电线路,DSM 可以看到植被侵蚀的位置和数量

视野障碍:城市规划者使用 DSM 来检查拟建建筑将如何影响居民和居民的视野

3 什么是DEM

数字高程模型是参考垂直基准的裸露地球栅格网格。当你过滤掉桥梁和道路等非地面点时,将获得平滑的数字高程模型。建成的(电线、建筑物和塔)和自然的(树木和其他类型的植被)不包含在 DEM 中。

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当从高程数据中删除植被和人造要素时,你将会生成 DEM。裸地高程模型在水文学、土壤和土地利用规划中特别有用

水文建模:水文学家使用 DEM 来描绘流域,并计算流量累积和流向

地形稳定性:容易发生雪崩的地区是植被稀疏的高坡地区。例如,坡向图可用于研究斜坡方向以防止雪崩。

土壤测绘:DEM 有助于绘制土壤测绘,土壤测绘是海拔(以及地质、时间和气候)的函数。

4 什么是DTM

数字地形模型 (DTM) 实际上有两个定义,具体取决于居住的地方

数字地形模型 (DTM)在某些国家/地区,DTM 实际上与 DEM 同义。这意味着 DTM 只是代表参考公共垂直基准的裸露地球的高程表面

在美国和其他国家/地区,DTM 的含义略有不同。 DTM 是由规则间隔的点和自然特征(例如山脊和断裂线)组成的矢量数据集。 DTM 通过包含裸露地形的线性特征来增强 DEM。

DTM 通常是通过摄影测量创建的,如上例所示。例如,轮廓线是紫色的。 DTM 点间隔规则,表征裸露地形的形状

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在上图中,可以看到 DTM 是如何不连续的,并且它不是曲面模型。您可以根据这些规则间隔的轮廓线将 DTM 插值到 DEM 中。由于其 3D 断裂线和规则间隔的3D质点,DTM 可以更好地表示独特的地形特征。

5 如何捕获数字高程模型?

获取DEM表面的一些遥感方法包括:

(1) 卫星干涉测量:合成孔径雷达(例如航天飞机雷达地形测量任务)使用同时捕获的天线的两幅雷达图像来创建 DEM。

(2) 摄影测量:在航空摄影中,摄影测量使用至少两个不同有利位置的照片。与你的视觉工作方式类似,由于不同的有利位置,它能够获得深度和视角

(3) 激光雷达:激光雷达利用光来测量从地面反射回传感器的反射光,以获得地球表面的高度

在地理空间数据和测绘的广阔世界中,了解 DEM、DSM 和 DTM 之间的细微差别是准确地形表示和分析的重要指南针。

当我们浏览复杂的高程数据景观时,我们发现了定义每个数据集的独特特征。 DEM 的基本高程值、DSM 对地形和结构的表示以及 DTM 以地形为中心的精度,每一个都在塑造我们的空间洞察力方面发挥着独特的作用

6 什么是TIN?

不规则三角网 (TIN) 以数字方式来表示表面形态,TIN 是基于矢量的数字地理数据的一种形式,通过将一系列折点(点)组成三角形来构建。各折点通过由一系列边进行连接,最终形成一个三角网。形成这些三角形的插值方法有很多种,例如 Delaunay 三角测量法或距离排序法

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TIN 的各边形成不叠置的连续三角面,可用于捕获在表面中发挥重要作用的线状要素(如山脊线或河道)的位置。在以上两幅图中,左图显示了 TIN 的结点和边,右图显示了TIN 的结点、边和面。

TIN 模型的适用范围不及栅格表面模型那么广泛,且构建和处理所需的开销更大。获得优良源数据的成本可能会很高,并且,由于数据结构非常复杂,处理 TIN 的效率要比处理栅格数据低

TIN 通常用于较小区域的高精度建模(如在工程应用中),此时 TIN 非常有用,因为它们允许计算平面面积、表面积和体积。

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