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1导论1

1.1 地形表达方法1

1.1.1 现代科学体系中的地形表达研究1

1.1.2 地形、地貌及地形表达的意义2

1.1.3 地形表达手段的发展2

1.2 数字高程模型与数字地面模型14

1.2.1 模型与数字模型14

1.2.2 DEM、DTM的引入17

1.2.3 测绘学中的DTM17

1.2.4 地理信息系统中的DTM18

1.3 数字地面模型的基本概念18

1.3.1 数字地面模型的定义18

1.3.2 数字地面模型的数学描述20

1.3.3 数字地面模型与数字高程模型的关系20

1.3.4 数字地面模型的数据结构与一般特征21

1.3.5 数字地形建模的一般流程22

1.4 现代地理信息产业与4D产品25

1.4.1 现代信息化测绘体系中的4D产品25

1.4.2 国家地理空间基础信息框架28

1.4.3 中国国家基础地理信息数据库与DEM数据库建设31

1.4.4 关于数字高程模型产品的国家标准32

1.5 数字地面模型的分类及应用33

1.5.1 数字地面模型的分类33

1.5.2 由DEM派生的主要数字产品34

1.5.3 DTM的主要应用35

思考与练习题41

参考文献42

2数字地面模型的数据获取43

2.1 数字高程模型的数据来源43

2.1.1 航天遥感影像43

2.1.2 航空摄影测量及其他新型采集技术54

2.1.3 地形图扫描数字化67

2.1.4 地面数据采集69

2.2 地形数据采样的理论与方法70

2.2.1 数据采样理论70

2.2.2 数字地形采样的不同观点71

2.2.3 采样数据集的基本属性72

2.3 数字高程模型的原始数据采集及质量控制72

2.3.1 DEM数据采集概述73

2.3.2 摄影测量数据采集方法74

2.3.3 DEM数据采集的质量控制76

2.3.4 DEM数据预处理77

2.3.5 DEM原始数据采集方法总结78

思考与练习题79

参考文献79

3数字高程模型内插81

3.1 空间内插概述81

3.1.1 空间内插的定义与要素81

3.1.2 空间内插的步骤82

3.1.3 空间内插的分类83

3.2 整体内插85

3.3 分块内插86

3.3.1 多项式内插86

3.3.2 多面叠加内插91

3.4 逐点内插95

3.4.1 移动拟合法97

3.4.2 加权平均法98

3.5 综合性内插102

3.5.1 克里金插值102

3.5.2 ANUDEM算法106

3.6 DEM插值结果评价109

3.6.1 数值指标与交叉验证109

3.6.2 误差可视化模型111

3.6.3 三维地形可视化分析112

3.7 课程实验与延伸阅读112

3.7.1 Surfer及空间内插112

3.7.2 Surfer实验设计——插值方法比较115

思考与练习题119

参考文献120

4不规则三角网（TIN）与规则格网（Grid）的生成122

4.1 不规则三角网122

4.1.1 TIN的基本性质122

4.1.2 Voronoi图和Delaunay三角网123

4.1.3 不规则三角网的生成算法125

4.1.4 规则数据TIN127

4.2 规则格网127

4.2.1 规则格网基本概念127

4.2.2 规则格网的数据组成128

4.2.3 规则格网的生成129

4.3 等值线的生成129

4.3.1 三角网生成等值线130

4.3.2 规则格网生成等值线132

4.4 数据模型之间的相互转换137

4.4.1 规则格网生成TIN137

4.4.2 TIN转换为规则格网138

4.4.3 等高线生成TIN139

4.4.4 规则格网生成等高线139

4.5 课程实验与延伸阅读140

4.5.1 ArcGIS 3D Analyst及TIN、RASTER的建立与转换140

4.5.2 编程实现算法142

4.5.3 TIN和DEM的转化142

思考与练习题142

参考文献142

5数字地面模型的数据组织144

5.1 数字地面模型的格网数据结构145

5.1.1 格网数据的组织方法146

5.1.2 局部等值地面特性的格网结构148

5.1.3 整体渐变地面特性的格网结构154

5.2 数字地面模型的不规则三角网结构156

5.3 数字地面模型的三维数据结构156

5.3.1 八叉树三维数据结构157

5.3.2 三维边界表示法158

5.4 矢栅一体化数据结构160

5.4.1 矢栅一体化数据结构的技术思想160

5.4.2 三个约定和细分格网法161

5.4.3 矢栅一体化数据结构的设计161

思考与练习题164

参考文献164

6数字地形分析166

6.1 地形分析166

6.2 简单地形因子提取167

6.2.1 坡度167

6.2.2 坡向168

6.2.3 体积169

6.2.4 剖面积169

6.2.5 坡形170

6.2.6 格网DEM表面积和投影面积171

6.2.7 凹凸系数172

6.2.8 坡位172

6.2.9 地形复杂度因子173

6.2.10 等高线173

6.3 地形特征提取174

6.3.1 地形特征点174

6.3.2 地形特征线175

6.4 水文分析175

6.4.1 水流洼地和洼地填充177

6.4.2 水流方向177

6.4.3 汇流累积量178

6.4.4 河网的系列操作179

6.4.5 集水区域180

6.5 可视性分析181

6.5.1 可视性分析原理181

6.5.2 常见的通视分析算法183

6.5.3 ArcGIS中可视性分析的计算流程185

6.6 误差与不确定性分析186

6.6.1 DEM的误差来源187

6.6.2 数字地形分析算法和参数对于分析精度的影响187

6.6.3 DEM的精度评定技术与方法188

6.7 课程实验189

思考与练习题192

参考文献192

7数字地形的可视化194

7.1 地形可视化的概念194

7.2 二维可视化的表达195

7.2.1 等高线法195

7.2.2 分层设色法196

7.2.3 地形晕渲法197

7.3 三维可视化的表达197

7.3.1 立体等高线模型198

7.3.2 三维线框透视模型198

7.3.3 地表景观模型202

7.4 三维地形的动态显示203

7.4.1 虚拟现实203

7.4.2 三维地形动态显示的建模技术206

思考与练习题208

参考文献208

8地形统计特征分析210

8.1 基本概念210

8.2 基本统计量210

8.2.1 反映集中趋势的测度210

8.2.2 反映离散程度的测度211

8.2.3 反映正态分布的测度211

8.3 空间自相关分析212

8.3.1 空间权重矩阵212

8.3.2 全局自相关统计量213

8.3.3 局部自相关指数216

8.4 回归分析218

8.4.1 一元线性回归分析218

8.4.2 多元线性回归分析220

8.5 趋势面分析223

8.5.1 趋势面模型的建立223

8.5.2 趋势面的检验223

8.6 案例分析224

思考与练习题228

参考文献229

9数字地形分析的应用230

9.1 基本地形因子的提取231

9.1.1 坡度与坡向231

9.1.2 平面曲率与剖面曲率233

9.1.3 坡长233

9.2 复合地形因子的提取235

9.2.1 地形起伏度235

9.2.2 地表粗糙度236

9.2.3 地表切割深度237

9.2.4 山脊线与山谷线238

9.3 庐山地区水文分析241

9.3.1 洼地填充242

9.3.2 流向确定243

9.3.3 水流长度244

9.3.4 汇流分析244

9.3.5 河网生成245

9.3.6 河流链接246

9.3.7 河网分级246

9.3.8 集水区域247

9.3.9 淹没分析248

9.4 DEM与3D地形打印252

9.4.1 获取DEM253

9.4.2 DEMto3D255

9.4.3 3D打印256

思考与练习题257

参考文献257