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1 概论 1

1.1 地表形态表达：从模拟到数字 1

1.2 数字高程模型：概念与理解 3

1.2.1 数字高程模型的定义 3

1.2.2 数字高程模型的研究内容 7

1.2.3 数字高程模型的类型 8

1.2.4 数字高程模型的特点 10

1.3 数字高程模型的信息特征：从DEM到DTM 11

1.4 数字高程模型的系统结构与功能 12

1.4.1 DEM建立 13

1.4.2 DEM操作 14

1.4.3 DEM分析 14

1.4.4 DEM可视化 15

1.4.5 DEM应用 15

1.5 数字高程模型与地理信息系统的关系 16

1.6 数字高程模型的应用范畴与前景 18

1.6.1 科学研究应用 19

1.6.2 商业应用 20

1.6.3 工业、工程应用 21

1.6.4 管理应用 22

1.6.5 军事应用 24

1.6.6 数字地球应用 24

1.6.7 DEM功能与应用需求关系 25

思考及练习题 27

2 DEM数据组织与管理 28

2.1 DEM数据模型 29

2.1.1 镶嵌数据模型 29

2.1.2 规则镶嵌数据模型 29

2.1.3 不规则镶嵌数据模型 31

2.1.4 特征嵌入式数据模型 31

2.2 DEM数据结构 33

2.2.1 规则格网DEM数据结构 33

2.2.2 不规则三角网DEM数据结构 36

2.2.3 格网与不规则三角网结构混合结构 36

2.2.4 格网DEM与TIN的对比 37

2.3 DEM数据库管理 38

2.3.1 DEM数据库内容 38

2.3.2 DEM数据库结构 39

2.3.3 DEM数据库数据组织 39

2.3.4 DEM元数据 41

2.3.5 DEM数据库系统功能 42

思考及练习题 44

3 DEM数据获取方法 45

3.1 DEM数据源特征 45

3.1.1 地形图数据及其特征 45

3.1.2 摄影测量／遥感影像数据及其特征 46

3.1.3 地面测量数据及其特征 48

3.1.4 既有DEM数据 48

3.2 DEM数据采样理论基础 48

3.2.1 地形曲面几何特征 48

3.2.2 地形的复杂程度 49

3.2.3 地貌单元类型 50

3.3 DEM数据采样策略与采样方法 51

3.3.1 数字高程模型数据源的三大属性 52

3.3.2 采样的布点原则 53

3.3.3 DEM数据采集方法 54

3.3.4 DEM数据采集方法的对比分析 61

3.4 DEM数据采集质量控制 63

3.4.1 原始数据粗差检测与剔除 63

3.4.2 原始数据的滤波处理 65

3.5 DEM数据共享和利用 66

3.5.1 我国DEM数据交换格式标准 67

3.5.2 我国不同比例尺DEM的特点 68

3.5.3 美国USGS DEM的特点 70

3.5.4 SRTM与ASTER-gdem数据的特点 71

思考及练习题 72

4 格网DEM建立 73

4.1 从散点到连续表面 73

4.1.1 DEM地形表面重建的地理内涵和数学机理 73

4.1.2 DEM质量评价标准 74

4.1.3 DEM建立的一般步骤与方法 75

4.2 规则格网DEM建立的基本思路 76

4.3 DEM内插数学模型 78

4.3.1 整体内插 78

4.3.2 局部分块内插 79

4.3.3 逐点内插法 80

4.4 DEM建立过程 82

4.4.1 基于不规则分布采样点的DEM建立 82

4.4.2 基于规则格网分布采样点的DEM建立 87

4.4.3 基于等高线分布采样点的DEM建立 89

4.5 不规则三角网TIN的基本概念 91

4.5.1 TIN的概念 91

4.5.2 TIN的基本元素 91

4.5.3 数据和TIN的类型 92

4.5.4 TIN的三角剖分准则 92

4.6 TIN与DEM之间的相互转换 94

4.6.1 Grid至等高线和TIN至等高线的转换 94

4.6.2 TIN至Grid和等高线至Grid转换 94

4.6.3 Grid至TIN和等高线至TIN的转换 95

思考及练习题 95

5 DEM的可视化表达 97

5.1 概述 97

5.1.1 地形可视化概念 97

5.1.2 地形可视化表达的基本类型 98

5.2 地形一维可视化表达 99

5.3 地形二维可视化表达 100

5.3.1 等高线法 100

5.3.2 明暗等高线法 101

5.3.3 分层设色法 103

5.3.4 地形晕渲法 105

5.4 地形三维可视化表达 107

5.4.1 立体等高线模型 108

5.4.2 三维线框透视模型 109

5.4.3 地形三维表面模型 110

5.5 地形三维景观模型 110

5.5.1 纹理映射概述 110

5.5.2 基于分形的地形三维景观 112

5.5.3 基于纹理映射算法的地形三维景观 114

5.5.4 基于遥感、航空影像的地形三维景观 115

5.5.5 基于地物叠加的DEM可视化 117

5.5.6 基于虚拟现实的地形三维可视化 118

5.6 地形场景漫游与动画 120

思考及练习题 123

6 DEM精度分析 124

6.1 DEM的误差源与误差分类 124

6.1.1 误差、精度与不确定性 124

6.1.2 DEM误差源分析 125

6.1.3 DEM误差分类体系 127

6.2 DEM精度描述指标和精度体系 127

6.2.1 DEM精度的数学模型 127

6.2.2 常用DEM精度描述指标 129

6.3 DEM精度评定方法和精度模型 132

6.3.1 检查点法和DEM中误差模型 133

6.3.2 逼近分析和地形描述误差 134

6.3.3 等高线套合分析和DEM定性评价模型 134

6.3.4 实验方法和DEM经验模型 134

6.3.5 理论分析与理论模型 135

6.4 DEM精度模型分析 135

6.4.1 基于等高线数据的DEM精度分析 136

6.4.2 基于格网数据的DEM精度分析 137

6.5 DEM地形描述误差分析 138

思考及练习题 139

7 坡面地形因子提取 141

7.1 概述 141

7.1.1 坡面因子的分类及提取方法 141

7.1.2 坡面因子提取的算法基础 144

7.1.3 坡面因子提取常用的分析窗口 146

7.2 坡度、坡向 147

7.2.1 坡度的提取 148

7.2.2 坡向的提取 149

7.3 坡形 151

7.3.1 宏观坡形因子 152

7.3.2 地面曲率因子 153

7.3.3 地面变率因子 157

7.4 坡长 159

7.5 坡位 160

7.6 坡面复杂度因子 162

7.6.1 地形起伏度 162

7.6.2 地表粗糙度 162

7.6.3 地表切割深度 163

7.6.4 高程变异系数 165

7.6.5 实际应用例证 165

思考及练习题 167

8 特征地形要素的提取 168

8.1 地形特征点的提取 168

8.2 山脊线、山谷线的提取 170

8.2.1 谷脊特征线提取方法概述 170

8.2.2 基于规则格网DEM数据提取山脊与山谷线的典型算法 171

8.3 沟沿线的提取 173

8.4 水系的提取 176

8.4.1 水系提取概述 176

8.4.2 基于地表径流漫流模型的水系提取算法 178

8.5 流域的提取 185

8.6 可视性分析 189

8.6.1 判断两点之间的可视性的算法 189

8.6.2 计算可视域的算法 189

8.6.3 可视性分析最基本的用途 191

思考及练习题 192

9 DEM的地形统计分析 193

9.1 概述 193

9.2 基本统计量 195

9.2.1 代表数据集中趋势的统计量 196

9.2.2 代表数据离散程度的统计量 197

9.2.3 代表数据分布形态的统计量 199

9.2.4 其他统计量 200

9.3 分级统计分析 200

9.3.1 分级的概念与目的 200

9.3.2 分级的原则 200

9.3.3 分级统计的方法 201

9.4 相关分析 209

9.4.1 空间自相关 209

9.4.2 地形因子相关分析 212

9.5 回归分析 215

9.5.1 直接利用DEM数据的回归 215

9.5.2 地形因子参与的回归 216

9.5.3 地形因子与非地形因子的回归 219

9.6 趋势面分析 220

9.7 系统聚类分析 223

思考及练习题 225

10 DEM的地学模型分析 226

10.1 概述 226

10.1.1 地学模型的类型和特点 226

10.1.2 地学模型中引入DEM的必要性 227

10.1.3 基于DEM的地学模型分析方法 228

10.2 DEM模型分析 229

10.2.1 DEM直接建模 230

10.2.2 DEM多信息复合建模 232

10.3 DEM辅助模型分析 233

10.3.1 DEM直接应用 233

10.3.2 DEM扩展应用 240

思考及练习题 254

主要参考文献 255