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DEM和表面分析
闫磊
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DEM和表面分析
五、综合应用
四、空间内插方法
三、空间表面分析本章内本章内
容容
二、 DEM制作
一、基本含义
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一、DEM是什么
DEM是“数字高程模型（Digital Elevation
Model）”的英文简写。
数字地形模型(DTM)：即Digital Terrain Model，是
数字形式表示的地表面，即区域地形的数字表示，它
是由一系列地面点的X，Y位置及其相联系的高程Z所组
成。这种数字形式的地形模型是为适应计算机处理而
产生的，又为各种地形特征及专题属性的定量分析和
不同类型专题图的自动绘制提供了基本数据。在专题
地图上，第三维Z不一定代表高程，而可代表专题地图
的量测值，如地震烈度、气压值等。
DEM有两种方式TIN和Grid（raster）
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中国科学院计算技术研究所教育中心什么是Tin
TIN 规则三角网 的英文首字母缩写。 一种将地理空间
分割为不重叠的相连三角形的矢量数据结构。 每个三
角形的折点都是具有 x、y 和 z 值的采样数据点。
这些采样点通过线相连，从而构成 Delaunay 三角形。
TIN 用于存储和显示表面模型。 。
TIN 用于表示一个表面，或者说是连续的数据，而不能
表示离散的数据
TIN 通常用于表示大数据应用中的 terrain 表面，而高
程点则允许不规则地分布以容纳表面中具有较大差异
的各个区域，并且高程点的值和实际位置将作为结点
保留在 TIN 中。
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表面模型（GRID和TIN）的区别
栅格是像元（或像素）的矩形阵列，每个栅格
都存储了它所覆盖的表面部分的值。一个指定像
元包含一个值，因此，表面的详细程度取决于栅
格像元的大小。
这两种模型各有优缺点，相比而言，GRID模型比较
简单、高效，TIN模型比较精确，数据量，耗内存
大。所以，一般GRID模型多用于区域性的、小比
例尺的应用，而TIN模型则更常用于精细的、大比
例尺的应用。
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二、DEM制作
1、TIN制作和过程中存在问题
2、grid生成
3、从DEM提取值
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创建TIN
1、使用等值线和离散点（有一个字段标注高程值）加载等值线，
一定要选高程字段硬断线提供Z值，那么构建出来的Tin也就
会在Hard line处生成节点，表示表面上的不连续性；
软断线在参与构Tin时，本身不提供Z值，表示线性要素但
并不改变表面坡度的边。比如，要标出当前分析区域的边界，
mass points离散点，生成的TIN没有线，用于点生成tin
数据:\10dem\dgxtin\\dgx
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两块等高线创建TIN –Tin的剪裁（中级）
数据位置：10dem\dgx\
两块等高线创建TIN，按照下面的方法，创立Tin，这
不是我们需要？？？
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两块等高线创建TIN –Tin的剪裁（中级）
使用矢量和栅格clip、split都不可以的，只有在创建Tin，
加入剪裁的面，一起参与创建tin，面的参数设置，如下，
使用hard clip 多边形参与tin四种方式
1.裁切：定义插值的边界，处于裁切多边形之外的输入数据
将不参与插值与分析操作。
2. 删除：定义插值的边界，与裁切多边形的不同之处在于
多边形之内的输入数据将不参与插值与分析操作。
3.替换：可对边界与内部高度设置相同值，可用来对湖泊或
斜坡上地面为平面的开挖洞建模。
4.填充：它的作用是对落在填充多边形内所有的三角形赋予
整数属性值。表面的高度不受影响，也不进行裁切或删除。
数据位置：10dem\dgx\ 9
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设置界面
硬替换中的字段值才有意义
数据位置：10dem\dgx\replace，操作见：创建 10
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->DEM TIN 转栅格
然后TIN 转栅格,生成DEM,直接使用经纬坐标的无法生成
grid， Elevaton按原来的值、下面坡度、坡向，Cellsize
默认值是图形外接矩形最短边除以250，单位和地图坐标定
义，是地理坐标是度为单位，其他以米为单位，一个像素
点代表的矢量的大小（高度*宽度），Cellsize越大，粒度
越大，影像越小（行数row，col越少），数据精度越低，
Cellsize可以浮点数，可以小于1的
使用上面分幅数据的tin 11
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对点填等高值
通过Dem 给值提取至点Extract Values to Points
操作:创建tin和提取点的高程.exe,或则添加表面信息
（AddSurfaceInformation）工具
数据使用:10dem\dgxtin\\pnt 12
中国科学院计算技术研究所教育中心 对点填等高值（二）
通 采样 后生成点
也可以Sample，不同是这个工具生成只有一个
属性表，需要通过数据表建立点层。
数据使用:10dem\dgxtin\\pnt，
操作：采样提取点的高程.exe
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三.空间表面分析
1.等值线(Contour)
2.坡度(Slope)
3.坡向(Aspect)
4.山体阴影(hillshade)
5.视域(Viewshed)
6.填挖方(Cut/Fill)
表面分析，可以基于Tin，也可以基于Grid，
基于tin的效果，比grid要好的多，基于grid还和
grid的分辨率有关,ArcGIS10是两个不同的工具
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中国科学院计算技术研究所教育中心基本按钮介绍
①在屏幕上创建等高线，是Element，操作在屏幕上点一下
②屏幕可视分析，操作是屏幕上划线，绿色是可视、红色
是不可视
③画点
④画线
⑤画面
⑥断面分析，先划线
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.等值线
1、等值线(Contour)，可以是从TIN-> Contour,或DEM->
Contour,相对TIN生成等高线质量好一些，毕竟tin是矢量
的。可以用来等高线的加密（度）和抽稀。
使用前面的分幅创建的tin
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中国科学院计算技术研究所教育中心坡度分析
坡度(Slope).地表面在该点的倾斜程度。垂直高/水平
距离,如耕地坡度大小，是否适宜耕种，道路两边是否需
要加护坡 。
实际坡度有两种表示方式方法：
（1） 坡度(degree of slope)：既水平面与地形面之间夹角。
（2） 坡度百分比（percent slope）：既高程增量与水平增
量之比的百分数。
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坡向分析
坡向(Aspect)， 坡向反映了斜坡所面对的方向。坡向
指地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过
该点的正北方向的夹角。对于地面任何一点来说，坡向表
征了该点高程值改变量的最大变化方向。在输出的坡向数
据中，坡向值有如下规定：正北方向为0度，按顺时针方向
计算，取值范围为0°～360°。坡向在植被分析、环境评
价等领域有重要的意义。在生物学上，生长在朝向北的斜
坡上和生长在朝向南的斜坡上的植被一般有明显的差别；
建立风力发电站的选址时，需要考虑把它们建在面向风的
斜坡上；地质学家经常需要了解断层的主要坡向，或者褶
皱露头，来分析地质变化的过程；在确定容易被积雪融水
破坏的居民区的位置时，需要识别朝南的坡面，来得到最
初融化的积雪的位置。
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中国科学院计算技术研究所教育中心 坡向分析结果
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山体阴影(hillshade)
山体阴影(hillshade)：是根据设置的光源对栅格的
照明值，太阳方位角、太阳高度角设置，设置的位置
不同，结果也不一样，可以用于日照分析，一天日照
的时间等，值越小表示，阴影越大
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视域（中级）
在ArcGIS主要两点直线之间是可见的还是
遮挡的，必须要选择一个点层，在屏幕上画线，
可以实现屏幕上两点可视分析，绿色表示可视，
红色表示不可视。注意坐标系统的问题
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计算土方量工具(Cut/Fill)（中级）
计算土方量工具：主要是用于地形变化后，计算土方量，
所以有两个模型数据，红色表示土方增加(需要填的，的，
值为小于0 ），兰色表示土方减少（需要挖的，值为大于
0），其他的为没有变化的区域。属性值有增加和减少的
土方量，有面积和体积，前一个减去后面,CELLSIZE可以
不同
使用数据:\10dem\dgxtin\\dgx和dgx_1 22
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四、空间内插方法
空间插值常用于将离散的测量数据转换为连续的数据
曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包
括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法是一种通
过已知点的数据推求同一区域其它未知点数据的计算方
法；空间外推算法则是通过已知区域的数据，推求其它
区域数据的方法。
插值是利用有限数目的样本点来估计未知样本点的
值，插值的前提是空间地物具有一定的空间相似性，距
离较近的地物，其值更为接近，如气温、高程，污染等。
实际中，通常不可能对研究区内的每个点的属性值都进
行测量。一般选择一些离散的样本点进行测量，通过插
值得出未采样点的值。采样点可以是随机选取、或则选
取特征样点，但必须保证这些点代表了区域的总体特征。
可以插值生成连续且规则的栅格面。通常采样点数目越
多，分布地越均匀，插值效果就会越好。
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四、空间内插方法类型（中级）
1.反距离权重法（Inverse Distance Weighting
简称IDW）
2.样条函数法（Spline）
3.克里金法（kriging）
4.自然邻域法（Natural Neighbor）
5.地形转栅格
6.注意：1-4必须是点层数据，5可以是点、
线
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反距离权重插值 IDW
这种方法的假设前提是每个采样点间都有局部影响，并
且这种影响与距离大小成反比。就是离目标点近的点其权
值就比远的点大。这种方法适用于变量影响随距离增大而
减小的情况。如计算某一超市的消费者购买力权值，由于
人们通常喜欢就近购买，所以距离越远权值越小。如辐射，
或者污染源，距离越远，影响越小。
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反距离权重插值 IDW
数据：10dem\insert\\pnt
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样条函数插值（Spline）
它采用样本点拟合光滑曲线，且其曲率最小。通过一定
的数学函数对采样点周围的特定点进行拟合，且结果通过
所有采样点。该方法适用于渐变的表面属性，如高程、水
深、污染聚集度等。不适合在短距离内属性值有较大变化
的地区，那样估计结果会偏大。
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克里金插值（kriging）
此方法的假设前提是采样点间的距离和方向可反映一定
的空间关联，并用它们来解释空间变异。克里格利用一定
的数学函数对特定点或是给定搜索半径内的所有点进行拟
合来估计每个点的值。该方法适用于已知数据含距离和方
向上的偏差的情况，常用于社会科学研究及地质学中。
克里金（kriging）不同高斯—克吕格（Gauss-
Kruger)，前者是插值方法，后者是投影方法。
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自然邻域法（Natural Neighbor）
邻域插值将TIN的一些方法与栅格插值方法结合起来。
栅格表面使用输入数据点及其邻近栅格单元进行插值。首
先，为输入数据点创建一个Delauney三角形，输入的样本
数据点作为三角形的结点，并且每个三角形的外接圆不能
够包含其它结点。对每个样本点，邻域为其周围相邻多边
形形成的凸集中最小数目的结点。每个相邻点的权重，通
过评价其影响范围的Thiessen/Voroni技术计算出来。
类似于反距离权重法，是一种权平均算法。但是它并
不利用所有的距离加权来计算插值点。邻域法对每个样本
点做delaunay三角形，选择最近的点形成一个凸集，然后
利用所占面积的比率来计算权重。该方法适用于样本点分
布不均的情况，较为常用。
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地形转栅格
将点、线和面数据插值成符合真实地表的栅格表面。
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思考一个问题 和练习题(中级）
如何有离散（等高）点，生成等值线
（等高线）？
有两种方法：
1、离散点-》tin-》grid-》等值线
2、离散点-》内插dem-》 Contour
数据：10dem\
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五、综合例子
1、离散点-》tin-》等值线
2、离散点-》内插dem-》 Contour
3、等高线加密
4、等高线转区域
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离散点-》tin-》等值线
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离散点-》内插dem-》 Contour
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中国科学院计算技术研究所教育中心 加密和抽稀完整例子
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.等高线转区域
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本章掌握的和理解内容
1.生成TIN各种技巧
2.栅格分辨率的含义
3.空间插值和距离分析的区别
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