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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DTM 17

1.2.4 地理信息系统中的DTM 18

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TIN 127

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TIN 137

4.4.2 TIN转换为规则格网 138

4.4.3 等高线生成TIN 139

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DEM 253

9.4.2 DEMto3D 255

9.4.3 3D打印 256

思考与练习题 257

参考文献 257

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