《地形制图分析》PPT课件

,GIS,原理与应用,|,河海大学测绘科学与工程系,南京 江苏,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,标题,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,第,14,讲,地形制图与分析,葛 莹,第,1,周,第,12,周,内容提要,从,GIS,数据分析的回顾谈起,为什么地形制图与分析？,描述地形的方法,数字高程模型,DEM,不规则三角网,TIN,地形制图,地形分析,为什么地形制图与分析？,GIS,数据分析的回顾,数据显示与地图制图（第,9,章）,初级分析，数据无加工,所见即所得,数据探查（第,10,章）,初级分析，数据无加工,所见即所得,矢量数据分析（第,11,章）,高级分析，针对,点、线、面的,操作，数据加工后分析,栅格数据分析（第,12,章）,高级分析，针对,栅格单元的,操作，数据加工后分析,为什么地形制图与分析？,矢量数据分析的回顾,建立缓冲区,将矢量数据,分类,，符合要求或不符合要求,地图叠置,对矢量数据进行,集合,操作，如并等,距离量测,对矢量数据进行,量测,操作，如长度等,为什么地形制图与分析？,栅格数据的回顾,局域运算,针对一个,单元,的操作,邻域运算,针对一片,单元,的操作,分区运算,针对,2,种的不同,单元,的操作,自然距离量测运算,针对,单元,的操作,为什么地形制图与分析？,前面的分析都是针对,平面位置（,x,y,）的分析,但全面反映自然世界的事物或现象,高度,z,的分析不可缺少,例如，地理表面的分析（地形）需要,地形制图与分析,地貌晕渲图（,Hillshade,）,坡度（,Slope,）,坡向（,Aspect,）,表面曲率（,Curvature,）,视域（,Viewshed,）,如何进行地形制图与分析？,描述地形的数据结构,地形表面特征点的三维坐标数据,一套对地表提供连续描述的算法,三种常用的数据结构,基于栅格的,DEM,数字高程模型,基于矢量的,TIN,不规则三角网,基于矢量的等高线法,数字高程模型DEM,如何表示高程点,规则排列,的高程点,规则格网单元,每个格网单元对应高程值,栅格像元值是,z,值,数字高程模型,DEM,常用的数据源,航片（,Aerial Photography,）,卫片（,Satellite Imagery,）,雷达（,RADAR,）,激光雷达（,LAS,）,Quickbird,GeoEye-1,Ikonos,WorldView-1,SPOT 5,Landsat 7 ETM+,Landsat 1-5 MSS,Landsat 1-5 TM,LAS,WorldView-2,Kompsat-2,Formosat-2,DTED,Radarsat 2,CADRG/ECRG,HRE,CIB,DEM,数据采集方式,地面测量,利用自动记录的测距经纬仪在野外实测,现有地图数字化,利用数字化仪对已有地图上的信息（如等高线）进行数字化,空间传感器,(LIDAR),精度高,利用全球定位系统,GPS,，结合雷达和激光测高仪等进行数据采集,数字摄影测量方法,利用附有的自动记录装置（接口）的立体测图仪或立体坐标仪、解析测图仪及数字摄影测量系统，进行人工、半自动或全自动的量测来获取数据,LAS Data Management Workflow,Large Collections,of LAS files,Mosaic,Dataset,Visualization&Analysis,Share as,Image Service,LAS Dataset,QC,Visualization&Analysis,Visualize,Analyze,Edit/Reclassify/Constraints,Geodatabase,Terrains,Raster,Data Consumers,LAS,Data Consumers,Data Managers,Directly accessed,Project LAS files,Download Project LAS files,数字高程模型,DEM,影响地形分析的因素,DEM,质量,美国地质调查局的,DEM,数据误差,一级数据的均方差为,715m,二级数据的均方差为,1/2,等高距,三级数据的均方差为,1/3,等高距,激光雷达数据制作的,DEM,质量高,不规则三角网,TIN,定义,用一系列,无重叠,的三角形来近似模拟陆地表面，从而构成不规则的三角网,不规则三角网,TIN,数据存储结构,点,node,、线组成三角形,点是,(x,y)+,高度值,z =node,特点,用一系列不叠置三角形近似表示地形,不规则采样的高程数据,不规则三角网,TIN,数据源,主要来源,DEM,（转换成,TIN,）,辅助来源,点数据：实测高程点、,GPS,数据和雷达数据,线数据：等高线和断线,断线：河流、岸线、山脊和道路等,面数据：湖泊和水库,Multi-resolution terrain dataset(TIN structure),不规则三角网TIN,点,and,断线（河流、岸线等）,Terrain Pyramids,Full Resolution,Thinned Point Set,不规则三角网,TIN,创建,TIN,的算法,选择点的算法：,最大,z,容差算法,构建三角网的算法,德劳内三角测量法,不规则三角网,TIN,最大,z,容差算法,对于高程格网的每个点，其原始高程与由不规则三角网内插的高程之差在指定的最大,z,容差之内,算法,叠加过程,构建一个初始的不规则三角网,计算格网中每个点与所落入三角面的高差,这些差值与指定的,Z,值比较，如果大于,Z,，则标记该点并将其添加到不规则三角网原型中,格网中每个点都检测后，用标记的点重新计算三角网,直到所有落入三角形内的点都在指定的容差,Z,内,不规则三角网,TIN,德劳内三角测量法,避免长、窄的三角形,所有结点（高程点）与最近相邻点连接构成三角形,三角形尽量等角，或尽量密集,缺点,TIN,边界附近的三角形经常被延伸和拉长，不能如实反映地形要素,Contours,不规则三角网,TIN,Data Conversion,Product Generation,Proprietary or de-facto standard formats,Surface Integration,ArcGIS,Terrain,Dataset,Pyramid,TIN surfaces,Points,Breaklines,DEM,TIN,LIDAR post,-,processed data,Points,SONAR post,-,processed data,Points,Photogrammetric,data,Points&Lines,不规则三角网,TIN,如何构建,TIN,DEM,转换成,TIN,加入辅助信息，克服边缘高程的扭曲,在,河流、岸线、山脊和道路等，高程突然降落,解决的方法：将这些线加入，同时生成,TIN,提高,TIN,的精度,加入高程点等点数据,加入湖泊等面数据,DEM,与,TIN,的应用,地形制图,常用的五种地形制图技术,等高线法,垂直剖面法,地貌晕渲法,分层设色法,透视图法,地形制图,等高线法,等高线,是一种等值线，连接相同高程的点。,等高距,表示等高线之间的垂直距离。,基准等高线,是开始计算高程的等高线。,例如，,DEM,高程范围是,7431986m,，如果等高距是,100m,，基准等高线是,800m,，等高线为,800,、,900,、,1000,等,地形制图,等高线法,等高线的排列及其模式是地形的反映,陡峭地形，等高线间距紧密,沿着河流，等高线向上游方向弯曲,地形制图,等高线法,等高线的自动生成,检查等高线与栅格像元或三角形是否交叉,通过栅格像元或三角形绘出等高线,生成等高线算法,给定一条等高线,检查每个三角形的边缘做线形内插可确定等高线的位置,如果有，则沿三角形边缘做线形内插可确定等高线的位置,连接代表等高线位置的点,平滑等高线,地形制图,垂直剖面法,定义,表示高度沿一条线（道路、河流等）上的变化,用途,在工程方面,(,如在公路、铁路、管线等的设计过程中,),，常常需要制作剖面图,地形制图,垂直剖面法,垂直剖面生成步骤,在等高线图上画一条线,标记等高线与剖面线的每个交叉点，并记录其高层,适当提高每个交叉点的高度比例,连接各交叉点，绘成垂直剖面图,地形制图,地貌晕渲图,模拟在太阳光与地表要素相互作用下的地形地貌,显示,向光的山坡明亮，背光的山坡阴暗,用途,研究阳光的照射位置与公路上发生的车祸事件发生率之间的相关性,分析农作物与太阳光照的关系,地形制图,地貌晕渲图,地貌晕渲的视觉效果与四个因素有关,太阳方位角，变化范围是,0360,太阳高度角，变化范围是,090,地形的坡度,地形的坡向,地形制图,分层设色图,定义,用不同颜色表示不同的高度带,用途,强调高程对分析对象的影响,左图：地形对城市形成的影响,地形制图,透视图,透视图是地形的三维视图,应用,用于显示从飞机上某个角度所见的地形地貌，制作飞机鸟瞰图,与四个参数有关,观察方位,观察角度,观察距离,竖向（,z,向）比例尺,地形制图,透视图,影响因子,观察方位角：观察者对地表的方向，变化范围为顺时针方向,0360,。,观察角度：观察者所在高度与地面的夹角，在,090,之间。,0,表示正前方，,90,表示正上方。,观察方位角,观察距离,d,观察角度,北,垂直比例尺,影响因子,观察距离：观察者与地表面的距离,z-,比例系数：垂直比例尺与水平比例尺的比率,坡度和坡向,最广的地形分析应用,坡度是地面特定区域高度变化率的量度,坡度可用“百分数”或“度”做单位，“百分数”是垂直距离与水平距离之比的100倍,坡度和坡向,最广的地形分析应用,坡度的应用非常广泛,根据坡度起伏变化，确定崩塌、泥石流区域或严重的土壤侵蚀区，作为灾害防治与水土保持工作的基础,提取平坦区域，为大型商业中心或房屋建筑选址,坡度和坡向,最广的地形分析应用,坡向是斜坡方向的度量，从正北开始0，顺时针移动,坡向的单位是度，从正北0开始，顺时针移动，回到正北以360结束,坡向经常被分为8向，如图所示,坡度和坡向,最广的地形分析应用,影响坡度、坡向量算的因子,DEM,分辨率和质量,分辨率和质量越高，坡度、坡向测算精度越高,坡度、坡向的算法,各有千秋，尚无定论,局部地形,陡坡地区，坡度估算误差较大,平坦地区，坡向估算误差较大,坡度和坡向,最广的地形分析应用,影响坡度、坡向量算的因子,三种不同的,DEM,分辨率,图像,（,a,）美国地质调查局的,30m DEM,（,b,）美国地质调查局的,10m DEM,（,c,）,LIDAR,数据的,1.83m DEM,从上图三种不同分辨率的,DEM,中提取的坡度，坡度越陡，图上颜色越暗,表面曲率,水文研究中经常用到，确定一个单元位置的表面是向上的凸面还是凹面,曲率的度量有三个量,剖面曲率：沿着最大坡度方向进行估算,平面曲率：沿着最大坡度的垂直方向进行估算,表面曲率：剖面曲率,平面曲率,表面曲率为正，意味着该单元表面向上凸出,表面曲率为负，意味着该单元表面向下凹陷,表面曲率为零，是平面,