了解了这些,你就get数字高程模型(DEM)啦!
- 数字高程的定义
数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)是DTM中最基本的部分,它是对地球表面地形地貌的一种离散的数学表达。DEM表示区域D上的三维向量有限序列,用函数的形式描述为:
Vi=Xi,Yi,Zi;i=1,2,…,n
式中, Xi, Yi是平面坐标, Zi是(Xi, Yi)对应的高程。
- 数字高程的特点
- 表达的多样性,容易以多种形式显示地形信息。
- 精度的恒定,常规地图对着时间的推移,图纸将会变形,而DEM采用数字媒介,能够保持精度不变。
- 更新的实时性,容易实现自动化,实时化。
- 具有多比例尺特性。
- 数字地面模型(DTM)、数字高程模型(DEM)和数字地形模型(DGM)的区别
表 1 三者的区别与联系
名称 |
数字地面模型 |
数字高程模型 |
数字地形模型 |
英文全拼 |
digital terrain models |
digital elevation model |
digital geomorphic model |
英文缩写 |
DTM |
DEM |
DGM |
定义 |
数字形式存储的地球表面上所有信息的综合。 |
以数字形式存储的表示物体位置高程值的集合。 |
数字地面模型中描述地表起伏的某类数据集合或其总体。 |
备注 |
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{Vi=Xi,Yi,Zi,i=1,2,…,n,}其中(Xi,Yi)∈D是平面坐标,Zi是(Xi,Yi)对应的高程。 |
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联系 |
将载荷地面特征信息的数字数据集合与DGM结合在一起,就构成了DTM。 |
是DGM的基础。 |
从DEM到DGM是推导、派生和组合的过程。 |
- 数字高程数据
来源
DEM数据包括平面和高程两种信息,常用的数据来源有:影像,现有的地形图,地球本身,其他数据源。
数字高程数据类型
- 分辨率
- 10米DEM数据
全国10米数字高程模型数据,为栅格图像数据,图像分辨率为10米,数学基础采用2000国家大地坐标系(CGCS2000)及Albers投影。数据像素值记录了点位高程。高程值计量单位为米。
- 12.5米DEM数据
12.5米DEM数据是由ALOS的PALSAR传感器采集。该传感器具有高分辨率、扫描式合成孔径雷达、极化三种观测模式。该数据水平及垂直精度可达12米。ALOS(Advanced Land Observing Satellite)卫星于2006年1月24日由日本发射升空,载有3个传感器:全色测绘体例测绘仪(PRISM),主要用于数字高程测绘;先进可见光与近红外辐射计-2(AVNIR-2),用于精确陆地观测;相控阵型L波段合成孔径雷达(PALSAR),用于全天时全天候陆地观测。
- 不同分辨率下的晕渲图对比
来源:databox.store/product/Details/62 |
来源:databox.store/product/Details/344 |
来源: databox.store/product/Details/344 |
图 1 不同分辨率下的晕渲图
2.遥感测量方法
- SRTM数据
SRTM(Shuttle Radar Topography Mission),由美国太空总署(NASA)和国防部国家测绘局(NIMA)联合测量。原始数据为geotif或ESRI GRID格式,每景数据覆盖经纬度各5°,水平和垂直精度分别为20和16m,水平分辨率约90m。
图 2 全国晕渲图(来源:databox.store/product/Details/262)
- ASTER数据
从ASTER (advance spaceborne thermal emission and reflection radiometer)GDEM(global digital elevation model) 全球数据网站下载。原始数据为tif格式,每景数据覆盖经纬度各1°,数据的水平和垂直精度均为7~50m,水平分辨率约30m。参考大地水准面为WGS84/EGM96,特殊DN值:无效像素值为-9999,海平面数据为0。
到目前为止,NASA和METI已经共同发布了三个版本,具体信息如表2所示。
表 2 三个版本的基本信息
版本 |
ASTER GDEM v1 |
ASTER GDEM v2 |
ASTER GDEM v3 |
发布者 |
NASA和METI |
NASA和METI |
NASA和METI |
发布时间 |
2009年6月28日 |
2011年10月中旬 |
2019年8月5日 |
新增内容 |
|
26万光学立体像对数据 |
36万光学立体像对数据 |
作用 |
对全球用户免费开放下载使用 |
用于改善覆盖范围、提升数据分辨率、提升水体掩模处理精确度 |
用于减少高程值空白区域、水域数值异常 |
不同版本数据下的晕渲图
重庆市ASTER GDEM V2数据示意图 |
重庆市ASTER GDEM V3数据示意图 |
来源:databox.store/product/Details/165 |
来源:databox.store/product/Details/200 |
图 3 直辖市ASTER GDEM不同系列晕渲图
**自治区ASTER GDEM V2数据示意图 |
**自治区ASTER GDEM V3数据示意图 |
来源:databox.store/product/Details/162 |
来源:databox.store/product/Details/197 |
图 4自治区ASTER GDEM不同系列晕渲图
湖北省ASTER GDEM V2数据示意图 |
湖北省ASTER GDEM V2数据示意图 |
来源:databox.store/product/Details/148 |
来源:databox.store/product/Details/180 |
图 5湖北省ASTER GDEM不同系列晕渲图
香港特别行政区ASTER GDEM V2数据示意图 |
澳门特别行政区ASTER GDEM V2数据示意图 |
来源:databox.store /product/Details/161 |
来源: databox.store/product/Details/138 |
图 6特别行政区ASTER GDEM 2系列晕渲图
- DEM的应用
- 作为国家地理信息的基础数据;
- 土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计;
- 为军事目的(军事模拟等)而进行的地表三维显示;
- 景观设计与城市规划;
- 流水线分析、可视性分析;
- 交通路线的规划与大坝的选址;
- 不同地表的统计分析与比较;
- 生成坡度图、坡向图、剖面图,辅助地貌分析,估计侵蚀和径流等;
- 作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等,已进行显示与分析;
- 为遥感、环境规划中的处理提供数据
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参考文献:
- 杨勤科, 郭兰勤, 王春梅. 基于ASTRE和SRTM高程数据的坡度和坡长提取与分析[J]. 水土保持通报, 2012, 32(6):142-146.
- 汤国安. 我国数字高程模型与数字地形分析研究进展[J]. 地理学报, 2014, 69(9).
- 王家耀, 崔铁军, 苗国强. 数字高程模型及其数据结构[J]. 海洋测绘, 2004(03):3-6.