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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6

1.2.3 数字高程模型的类型7

1.2.4 数字高程模型的特点9

1.3 数字高程模型的信息特征：从DEM到DTM10

1.4 数字高程模型的系统结构与功能11

1.4.1 DEM建立11

1.4.2 DEM操作12

1.4.3 DEM分析13

1.4.4 DEM可视化13

1.4.5 DEM应用13

1.5 数字高程模型与地理信息系统的关系14

1.6 数字高程模型的应用范畴与前景16

1.6.1 科学研究应用17

1.6.2 商业应用18

1.6.3 工业、工程应用18

1.6.4 管理应用20

1.6.5 军事应用21

1.6.6 数字地球应用21

1.6.7 DEM功能与应用需求关系22

思考及练习题23

2 DEM数据组织与管理24

2.1 DEM数据模型25

2.1.1 镶嵌数据模型25

2.1.2 规则镶嵌数据模型25

2.1.3 不规则镶嵌数据模型26

2.1.4 特征嵌入式数据模型27

2.2 DEM数据结构28

2.2.1 规则格网DEM数据结构28

2.2.2 不规则三角网DEM数据结构31

2.2.3 格网与不规则三角网结构混合结构31

2.2.4 格网DEM与TIN的对比32

2.3 DEM数据库管理32

2.3.1 DEM数据库内容32

2.3.2 DEM数据库结构33

2.3.3 DEM数据库数据组织34

2.3.4 DEM元数据35

2.3.5 DEM数据库系统功能36

思考及练习题38

3 DEM数据获取方法39

3.1 DEM数据源特征39

3.1.1 地形图数据及其特征39

3.1.2 摄影测量／遥感影像数据及其特征40

3.1.3 地面测量数据及其特征41

3.1.4 既有DEM数据42

3.2 DEM数据采样理论基础42

3.2.1 地形曲面几何特征42

3.2.2 地形的复杂程度43

3.2.3 地貌单元类型44

3.3 DEM数据采样策略与采样方法45

3.3.1 数字高程模型数据源的三大属性45

3.3.2 采样的布点原则46

3.3.3 DEM数据采集方法47

3.3.4 DEM数据采集方法的对比分析53

3.4 DEM数据采集质量控制54

3.4.1 原始数据粗差检测与剔除55

3.4.2 原始数据的滤波处理57

3.5 DEM数据共享和利用57

3.5.1 我国DEM数据交换格式标准58

3.5.2 我国不同比例尺DEM的特点59

3.5.3 美国USGS DEM的特点61

3.5.4 SRTM与ASTER-gdem数据的特点61

思考及练习题62

4 格网DEM建立63

4.1 从散点到连续表面63

4.1.1 DEM地形表面重建的地理内涵和数学机理63

4.1.2 DEM质量评价标准64

4.1.3 DEM建立的一般步骤与方法65

4.2 规则格网DEM建立的基本思路65

4.3 DEM内插数学模型67

4.3.1 整体内插67

4.3.2 局部分块内插68

4.3.3 逐点内插法69

4.4 DEM建立过程71

4.4.1 基于不规则分布采样点的DEM建立71

4.4.2 基于规则格网分布采样点的DEM建立76

4.4.3 基于等高线分布采样点的DEM建立78

4.5 不规则三角网（TIN）的基本概念79

4.5.1 TIN的概念79

4.5.2 TIN的基本元素80

4.5.3 数据和TIN的类型80

4.5.4 TIN的三角剖分准则80

4.6 TIN与DEM之间的相互转换82

4.6.1 Grid至等高线和TIN至等高线的转换82

4.6.2 TIN至Grid和等高线至Grid转换83

4.6.3 Grid至TIN和等高线至TIN的转换83

4.7 基于LiDAR构建DEM83

4.7.1 LiDAR的概念83

4.7.2 LiDAR基本原理85

4.7.3 LiDAR数据建模90

4.7.4 LiDAR应用领域94

思考及练习题95

5 DEM的可视化表达96

5.1 概述96

5.1.1 地形可视化概念96

5.1.2 地形可视化表达的基本类型97

5.2 地形一维可视化表达98

5.3 地形二维可视化表达98

5.3.1 等高线法99

5.3.2 明暗等高线法99

5.3.3 分层设色法101

5.3.4 地形晕渲法103

5.4 地形三维可视化表达104

5.4.1 立体等高线模型105

5.4.2 三维线框透视模型105

5.4.3 地形三维表面模型106

5.5 地形三维景观模型107

5.5.1 纹理映射概述107

5.5.2 基于分形的地形三维景观108

5.5.3 基于纹理映射算法的地形三维景观110

5.5.4 基于遥感、航空影像的地形三维景观111

5.5.5 基于地物叠加的DEM可视化112

5.5.6 基于虚拟现实的地形三维可视化114

5.6 地形场景漫游与动画115

思考及练习题118

6 DEM精度分析119

6.1 DEM的误差源与误差分类119

6.1.1 误差、精度与不确定性119

6.1.2 DEM误差源分析120

6.1.3 DEM误差分类体系121

6.2 DEM精度描述指标和精度体系122

6.2.1 DEM精度的数学模型122

6.2.2 常用DEM精度描述指标123

6.3 DEM精度评定方法和精度模型126

6.3.1 检查点法和DEM中误差模型127

6.3.2 逼近分析和地形描述误差127

6.3.3 等高线套合分析和DEM定性评价模型128

6.3.4 实验方法和DEM经验模型128

6.3.5 理论分析与理论模型129

6.4 DEM精度模型分析129

6.4.1 基于等高线数据的DEM精度分析129

6.4.2 基于格网数据的DEM精度分析130

6.5 DEM地形描述误差分析131

思考及练习题133

7 坡面地形因子提取134

7.1 概述134

7.1.1 坡面因子的分类及提取方法134

7.1.2 坡面因子提取的算法基础136

7.1.3 坡面因子提取常用的分析窗口139

7.2 坡度、坡向140

7.2.1 坡度的提取140

7.2.2 坡向的提取142

7.3 坡形143

7.3.1 宏观坡形因子143

7.3.2 地面曲率因子145

7.3.3 地面变率因子147

7.4 坡长149

7.5 坡位150

7.6 坡面复杂度因子151

7.6.1 地形起伏度152

7.6.2 地表粗糙度153

7.6.3 地表切割深度153

7.6.4 高程变异系数154

7.6.5 实际应用例证155

思考及练习题156

8 特征地形要素的提取157

8.1 地形特征点的提取157

8.2 山脊线、山谷线的提取158

8.2.1 谷脊特征线提取方法概述158

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160

8.3 沟沿线的提取162

8.4 水系的提取164

8.4.1 水系提取概述164

8.4.2 基于地表径流漫流模型的水系提取算法165

8.5 流域的提取172

8.6 可视性分析175

8.6.1 判断两点之间的可视性的算法175

8.6.2 计算可视域的算法176

8.6.3 可视性分析最基本的用途177

思考及练习题177

9 DEM的地形统计分析178

9.1 概述178

9.2 基本统计量180

9.2.1 代表数据集中趋势的统计量180

9.2.2 代表数据离散程度的统计量181

9.2.3 代表数据分布形态的统计量183

9.2.4 其他统计量183

9.3 分级统计分析184

9.3.1 分级的概念与目的184

9.3.2 分级的原则184

9.3.3 分级统计的方法184

9.4 相关分析191

9.4.1 空间自相关192

9.4.2 地形因子相关分析194

9.5 回归分析197

9.5.1 直接利用DEM数据的回归198

9.5.2 地形因子参与的回归198

9.5.3 地形因子与非地形因子的回归200

9.6 趋势面分析201

9.7 系统聚类分析204

思考及练习题206

10 DEM的地学模型分析207

10.1 概述207

10.1.1 地学模型的类型和特点207

10.1.2 地学模型中引入DEM的必要性208

10.1.3 基于DEM的地学模型分析方法209

10.2 DEM模型分析210

10.2.1 DEM直接建模210

10.2.2 DEM多信息复合建模212

10.3 DEM辅助模型分析213

10.3.1 DEM直接应用213

10.3.2 DEM扩展应用218

思考及练习题231

主要参考文献232