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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DTM11

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