2023年6月30日发(作者：)

1.什么是DEM，DEM的特点

DEM定义：

简单来讲，DEM是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟，或者说是地形表面形态的数字化表示。

①从狭义角度定义：DEM是区域地表面海拔的数字化表达。

②从广义角度定义：DEM四地理空间中地理对象表面海拔的数字化表达。

③数字定义：区域的采样点或内插点按某种规则连接成的面片的集合。

DEM特点：

①精度的恒定性 DEM采用数字媒介，从而能保持原有精度，另外通过DEM进行生产，输出图件的精度可得到控制。

②表达的多样性 可产生多种比例尺的地形图、剖面图、立体图、明暗等高线图；通过纹理映射、与遥感影像数据叠加，还可逼真的再现三维地形景观。

③更新的实时性 DEM由于是数字的，增加或修改的信息只在局部进行，并且由计算机自动完成，可保证地图信息的实时性。

④尺度的综合性 较大比例尺、较高分辨率的DEM自动覆盖较小比例尺、较低分辨率的DEM所包含的内容。

研究内容

①地形数据采样

②地形建模与内插

③数据组织与管理

④地形分析与地学应用

⑤DEM可视化

⑥不确定性分析和表达

3.格网DEM结构特点和数据组织形式

①基本数据结构

数据头——定义DEM西南角起点坐标、坐标类型、格网间距、行列数、最底高程以及高程方法系数等内容

数据体——按行或列分布记录的高程数字阵列

②数据压缩 ：二进制存储 高程放大系数、高程平移系数 数字图象压缩算法

③DEM金字塔 组成部分，简述每部分的内容。

①DEM建立

地形高程数据通过地形图数字化、影像数据、野外（地面测量）等方式获取。

实现地形表面的重建，主要的地形表达有三类：数学描述、图形表达、图像表达。

②DEM操作：DEM操作内容包括编辑处理、滤波、合并、拼接、叠加以及不同格式DEM之间的相互转换。

③DEM分析：基本地形信息主要包括坡度、坡向、地表粗糙度、地形起伏度、剖面曲率、平面曲率等地形描述因子；复杂地形分析包括可视区域分析、地形特征提取、水系特征分析等。

④DEM可视化

从内容上讲，DEM可视化包括二维和三维地形可视化。

从技术角度，地形可视化有静态可视化和交互是动态可视化两种。

⑤DEM应用

高程内插、拟合曲面内插、剖面线计算、等高线内插、可视区域分析、面积体积计算、坡度坡向曲率计算、晕渲图

5.对比分析格网DEM和TIN优缺点

规则格网DEM

优点：简单的数据存储结构

与遥感影像数据的相合性

良好的表面分析功能

缺点：计算效率较低

数据同于

格网结构规则

不规则三角网TIN

优点：较少的点可获取较高的精度

可变分辨率

良好的拓扑结构

缺点：表面分析能力较差

构建比较费时

算法设计比较复杂 6.常用的DEM结构，各有什么特点

①规则格网DEM数据结构

A.简单矩阵结构 B.行程编码结构 D四叉树数据结构

C.块状编码结构

块状编码方案是行程编码方案从一维扩展到二维的情况，它采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构是由记录单元的初始位置、格网单元高程值和方形区域半径所组成的单元组，即行号、列号、格网高程值、区域半径。整个DEM数据文件由该单元组组成。根据初始位置和区域半径可恢复高程矩阵。

②不规则三角网DEM数据结构

在TIN模型中，基本的结构元素有______、_______、_________。

的面结构：TIN的面结构一般由三个表组成，即坐标表、三角形顶点表以及邻接三角形表。

特点：由于存储了三角形之间的邻接关系，TIN内插、检索、等高线提取、显示以及局部结构分析都比较方便，不足之处是存储量较大，且在TIN的编辑中要随时维护这种关系。

的点结构：TIN的点结构由坐标文件和三角形顶点的邻接指针链组成。三角形顶点的邻接点是指共用该顶点的所有三角形其余两顶点的不重复顶点的集合。

特点：存储量小，编辑方便，但三角形及其邻接关系需实时再生成，计算量较大，不利于TIN的快速检索和显示。

的点面结构：在点结构的基础上，增加组成三角形三顶点的数表。

特点：存储量与面结构大致相当，编辑、显示比较方便，但由于三角形间的关系是隐含的，检索与内插效率不太高。

的边结构：从组成整个TIN模型的所有三角形中，抽取其不重复边集所组成，其数据结构由边的两个顶点以及与之关联的两条边表达。

特点：存储量较小，适合等高线的提取，但编辑、内插以及检索不方便。

的边面结构：重点在于刻画三角形边和三角形面之间的拓扑关系，一般由边表和邻接三角形表组成。

特点：存储量最大，在等高线的提取和检索方面比较方便，但不利于动态更新和维护。

③格网与不规则三角网结构混合结构

主要针对在已有的Grid基础上增加地形特征线和特殊范围线的情况。

数据源及其特点

①地形图数据及其特征

地形图主要通过等高线来表达地物高度和地形起伏。已有地形图数据由于覆盖范围广、比例尺系列齐全、获取较为经济等而成为各种尺度DEM建立的主要数据源。

特点：

a地形图现势性：纸质地形图制作工艺复杂，更新周期比较长，一般不能及时反映局部地形地貌的变化情况。

b地形图存储介质：传统地形图多为纸质存储介质，存放环境导致地形图图幅产生不同程度的变形。

c地形图精度：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、成图方法有关。其中1:5万地形图是我国地形图系列的基本地形图。

②摄影测量/遥感影像数据及其特征

航空影像的更新速度快，一直是地形图测绘和更新最有效、也是最主要的手段，也是快速获取大范围DEM数据的一种有效方法。近年来出现的高分辨率遥感图像、合唱孔径雷达干涉测量技术、机载激光扫描仪等新型传感器数据被认为是快速获取高精度高分辨率DEM最有希望的数据源。

特点：

a遥感影像的几何畸变，在使用前要对遥感数据进行纠正处理。

b遥感数据的增强处理，以扩大不同地物影像的灰度差。

c遥感影像数据的空间分辨率。

d遥感影像数据的解译和判读。

③地面测量数据及其特征

可采用地面摄影测量在地面摄取立体像对，通过近景摄影测量方法获得小区域的DEM。

特点：工作量大，周期长，更新十分困难，费用较高，一般不适合大规模数据采集。

④既有DEM数据

覆盖全国范围的1:100万、1:25万、1:5万DEM以及七大江河重点防洪区的1:1万DEM，省级1:1万DEM，可通过国家基础地理信息中心网站查询

8.数据采样布点的方式及其特点

数据采样布点方式有：

①沿等高线采样，适用地形复杂陡峭地区

②规格格网采样，所得数据有规则

③剖面法，效率高精度低

④渐进采样解决，数据冗余的问题

⑤选择性采样，用少量的点使其代表的地面有足够的可信度

⑥混合采样，能都解决其他采样会有的问题但数据的存储管理与应用较复杂

9.对DEM数据采集方法进行对比分析

①地形图采集数据的方法所需的原始数据容易获取，对采集作业所需的仪器设备和工作人员的要求不高，采集速度也比较快易于进行大批量作业。

②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、大批量的数据获取是一种主要方法。但搞成数据的精度受外界影响很大，对精度要求很高的DEM难以满足要求。近年来出现的高精度影响获取方法，数据精度高，但费用昂贵。

③野外实测数据所获得的数据精度最高，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的小范围局部更新一集工程用DEM的建立。

10.三角剖分标准，各有什么特点

①空外接圆准则：过每个三角形的外接圆均不包含点集的其余任何点

②最大最小角准则：在良乡林三角形形成的凸四边形中，这量三角形中的最小内角一定大于交换凸四边形对角线后想成的两个三角形的最小内角

③最短距离和准则：一点到基边两端的距离和为最小

④张角最大准则：一点到基边的张角为最大

⑤面积比准则：三角形内切圆面积与三角形面积或三角形面积与周长平方之比最小

⑥对角线准则：两三角形组成的凸四边形的两条对角线之比，超过给定限定值时对三角形进行优化

①②④是等价的，其余则不然。一般而言，应尽量保持三角网的唯一性，即在同一准则下由不同的位置开始建立三角形网络。三角剖分简称DT，其特性是可最大长度避免狭长三角形的出现以及不管从何处开始构网都能保持三角形网络的唯一性。 11.不同数据采样策略对格网DEM的影响

12.地形可视化有哪些方法，各有什么特点

13.基于扫面地形图和航空影像建立地形三维景观的步骤，并指出其异同

a基于扫描地形图数据建立三维地形图基本思想：

以扫描数字化地形图作为纹理图像，依据地形图和DEM数据建立纹理空间、景物空间和图像空间三者之间的映射关系，并依据真实感图形绘制的基本理论生成以地形要素地图符号为表面纹理的三维地形景观。

b基于航空影像建立地形三维景观的步骤

①递归细分DEM，形成三角形面素

②按投影变换公式计算DEM屏幕位置

③计算DEM在纹理图像上的坐标

④重采样求取DEM格网的灰度值

⑤对灰度值进行简单的光照模型处理

⑥消隐、裁剪、反走样等处理

⑦输出

14.什么是误差、不确定性，两者有什么区别和联系

误差：观测数据与其真值之间的差异。从性质上分为系统误差、随机误差、粗差。

系统误差：由数据采集设备引起，一般表现为常数或函数特征，可通过对采样数据施加改正数或遵循工艺流程将其影响降到最低程度。

随机误差：由数据采集过程中不确定因素引起的，其在表现上毫无规律可言。DEM一般指随机误差。

粗差：操作过程中的粗心或不遵守规定引起的，实际上是一种错误。

不确定性：对真值的认知或肯定的程度，是更广泛意义上的误差，包含系统误差、偶然误差、粗差、可度量和不可度量误差、数据的不完整性、概念的模糊性等。

15.地形描述性误差

在假定DEM高程采样误差为零的条件下，模拟地面与实际地面之差异，定义为DEM地形描述误差。栅格中点的高程与该栅格四个角点高程平均高程之差，可以被定义为该栅格的地形描述误差。

误差来源

①地形表面特征：DEM精度随着地形破碎程度的大小而变化，并且他们之间的关系呈明显的线性关联特征。

②数据源误差：野外测量、地形图数字化和摄影测量，各自对应不同数据误差。

③采点设备误差：包括地形图手扶或扫描时数字化仪或扫描仪的误差

④人为误差：包括数字化对点误差、高程赋值误差、控制点转换误差、测标切地面误差、采集输出时坐标转换和定向误差

⑤采样点密度和分布：采样点应该具有足够的密度并且避免数据贫乏区

⑥内插方法：内插点的计算高程与实际量测高程之间总存在差值

⑦DEM数据结构：影响着DEM对地形的表达

17.坡向变率的提取方法，其中误差产生的原因与解决方法

坡向变率是指在地表的坡向提取基础上，对坡向变化率值的二次提取，即坡向之坡度。

在坡向变率提取过程中，会在北坡上产生误差。

误差纠正方法：

①用原始DEM数据的最大高程减去原始DEM数据，得到与原来地形相反的DEM数据，即反地形DEM数据。

②基于反地形DEM数据求算坡向值；

③利用SOA方法求算反地形的坡向变率，记为SOA2，由原始DEM数据求算出的坡向变率记为SOA1；

④将两次算的坡向变率根据以下公式即可得到经过误差校正的SOA数据。

18.地面复杂度因子有哪些，在地学分析中各有什么意义

①地形起伏度：指定区域内最大高程与最小高程差。

比较适合区域水土流失评价的地形指标

②地表粗糙度：反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，一般等译为地表单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积之比。

在研究水土保持及环境监测上有很重要的应用价值。

③地表切割深度：地面某点的邻域范围的平均高程与该邻域范围内的最小高程的差值。

研究水土流失及地表侵蚀发育状况时的重要参考指标。

④高程变异系数：反映分析区域内地表单元格网各顶点高程变化的指标，它以格网单元顶点的标准差与平均高程的比值。 19.何为特征地形要素，在地形分析中具有什么作用

特征地形要素：指地形在地表的空间分布特征具有控制作用的点、线或面状要素。特征地形要素构成地表地形与起伏变化的基本框架

20.山脊线、山谷线的提取方法，每种方法各有什么针对性

①基于数字化等高线数据的方法

②基于规则格网DEM数据的方法

③基于Delaunay三角网和Voronoi数据的方法

21基于栅格DEM提取沟谷、水系的原理与技术路线，该方法主要优缺点

22.空间数据分级基本原则与方法

分级原则：

①科学性原则：分级指标的确定要遵循一定的科学规律。

②完整性原则：整个数据集中所有的数据都应被分在不同的级别中，没有遗漏，而且同一数据集中的每一数据只能被分到某一级别中，不能同时分到两个或多个级别中。

③适用性原则：应该根据研究或应用的需要选择合适的分级方法

④美观性原则：体现数据的空间分布特征，使图面色彩平衡，特征明显，易于理解。

分级方法：

①按使用分级方法的多少可分为但一份激发和复合分级法

②级差：等值分级法、不等值分级法

③确定极差的方法：自定义分激发、模式分级法

23.何为空间自相关，地形分析中应用空间自相关的地学意义是什么

按照地理学第一定律，空间的事物总在不同程度上相互联系和制约，而相近的事物之间的影响通常大于较远事物的影响。这种现象被称为空间自相关。

24.地形统计分析

对描述地形特征的各种可量化的因子或参数进行相关、回归、趋势面、聚类等统计分析，发现各因子或参数的变化规律和内在联系，并选择恰当的因子或参数建立地学模型，从更深层次探讨地形演化及其空间变异规律。