新數字高程模型：理論、方法、標準和套用

《新數字高程模型：理論、方法、標準和套用》是2007年2月1日測繪出版社出版的圖書，作者是胡鵬。

基本介紹

• 書名：新數字高程模型：理論、方法、標準和套用
• ISBN：7503016620, 9787503016622
• 頁數：292頁
• 出版社：測繪出版社
• 出版時間：2007年2月1日
• 裝幀：平裝
• 開本：16開
• 條形碼：9787503016622
• 正文語種：簡體中文
• 版次：1

內容簡介

《新數字高程模型:理論、方法、標準和套用》首先直面當前關於DEM誤差問題中存在的3個顯著事實：①“DEM誤差都用均方誤差表示，最大誤差總是中誤差的4～8倍！”。②均無例外地使用了內插方法，並未顧及逼近數學經典的誤差公式，“精度與內插方法無明顯關係”的觀點上了教科書。③“DEM對地形描述誤差E.與其水平解析度R及地面斜率變化率V存在極強烈的99%的統計相關。”較為詳細地追溯了DEM生成的全過程，較為全面地考察了各種文獻、各種實驗的不同闡述和表現、分析了其中的各種系統誤差和偶然誤差及其傳播機理，揭示了複雜誤差的性質判定是誤差討論的前提和關鍵。指出和分析了把內插誤差當做隨機誤差，是違背了常識，是一個嚴重的數學錯誤。在此基礎上，《新數字高程模型:理論、方法、標準和套用》客觀論述了DEM生成方法的誤差必須顧及其內插模型的截斷誤差，並論證了它是DEM誤差的主要部分；揭示並論證了E，和R，V本身存在的確定函式關係是它們之間普遍存在的高度統計相關的根源；揭示了DEM中偶然誤差是通過內插函式發揮影響，從而論證了DEM中偶然誤差和確定函式誤差的明確關係，創建了：DEM總的誤差公式；同時還論證了高精度、高保真DEM與誤差性質之間必然的本質聯繫。

在DEM的基本理論問題清晰以後，DEM的高保真間距、DEM必須綜合問題、DEM定義的科學化問題等3個極其重要理論問題就浮出了水面。

數字高程模型（DigitalEIevationModeI）是國家級地球信息基礎產品之一，具有廣闊的用途。也是當今所有地理信息系統（GIS）教科書和幾乎所有測量學教科書中的基礎內容之一，它涉及工程測量、攝影測量、地圖製圖等多個傳統學科。《新數字高程模型:理論、方法、標準和套用》針對半個世紀以來在數字高程模型理論和技術上的3個薄弱之處：誤差評價、高保真問題、生成方法和高精度，進行了詳細地論述和研究。焦點集中在DEM的基本理論問題——DEM精度評定的問題。

《新數字高程模型:理論、方法、標準和套用》在數學上揭示並論證了當前流行的對離散點在水平面上投影實施Delaunay三角化後。再進行。TIN上三角形上線性內插，建立DEM方法的理論缺陷。指出必須認真看待這種缺陷，切實有效地解除它的危害，那種無視缺陷的盲目套用是危險的。

《新數字高程模型:理論、方法、標準和套用》提出了新型地圖代數的DEM生成方法：①針對已知等高線和特徵高程點，它是定義在快速下降線水平投影上的線性插值，是通過對賦值點、線間的加權Voronoi的遞歸內插過程實現的。②針對僅知離散特徵高程點情況，確定它是通過對各賦值離散點加權Voronoi的遞歸內插過程實現的。闡述了它的生成方法，解析了它的理論優勢、效率和精度。在同樣條件下，它們具有遠高於Delauray構網下三角形上的線性插值方法的精度，遠高於矩形格網上雙一次擬線性插值方法的精度，並指出了它在逼近理論和方法保障下的理論可靠性和高保真特性，給出了網上實驗模組。分析和實例表明：它們是DEM優秀的線性內插方法。

《新數字高程模型:理論、方法、標準和套用》還結合全球空間信息格線結構，給出了基於設定標準的大區域DEM動態可視化技術方案和實例，也給出了基於精密、高保真DEM的自結構化技術方案和實例。理論分析和實驗表明，僅靠“中誤差”保證高程精度的DEM，完全不可能提供其蘊含的地形結構線系列的系統性和正確性，而這又是DEM最重要的指標之一。為此，也只有精密、高保真DEM才能可靠、有效地完成這一重要使命。

圖書目錄

第一章 地球表面的認識論

1.1 DEM是對地形表面的數字認識

1.1.1 數字地面模型定義

1.1.2 數字高程模型定義

1.1.3 DEM的類別和再定義

1.2 測繪科學中的地形表面

1.2.1 兩種不同的地面（高程）觀的對話

1.2.2 地面認識的實踐觀

1.3 地球表面的測量

1.3.1 地球形狀和大小是測繪科學的基本問題

1.3.2 正確測量是所有DEM的基礎和前提

1.4 小結

第二章 建立DEM的空間數據基礎

2.1 測量得到的數據及其質量

2.1.1 地形測量途徑

2.1.2 攝影遙感測量途徑

2.2 地圖上得到的數據及其質量

2.2.1 製圖綜合引起的誤差

2.2.2 地貌綜合引起的誤差

2.3 DEM的生成技術途徑

2.3.1 攝影測量

2.3.2 地形圖

2.4 小結

第三章 DEM的誤差理論

3.1 DEM的誤差研究歷程

3.1.1 傳遞函式的精度估計

3.1.2 柯正誼等對DEM精度估計意見

3.1.3 李志林等對DEM的精度評價

3.1.4 實際運用DEM的精度檢驗、評價方法中的理論問題

3.2 兩種對立的DEM誤差觀念

3.2.1 兩種誤差的概念

3.2.2 兩種對立的DEM誤差概念

3.2.3 純隨機誤差論的誤差量值及其計算

3.3 原始數據誤差對內插函式結果的影響

3.3.1 影響分析的理論依據

3.3.2 線性內插時的誤差傳播

3.3.3 三角形上線性插值中的誤差傳播

3.3.4 雙一次擬線性內插中的誤差傳播

3.4 幾種常用DEM內插函式的逼近誤差

3.4.1 若干具體設定

3.4.2 採用高程點間、等高線間線性插值的逼近誤差

3.4.3 三角形上線性插值的逼近誤差

3.4.4 雙一次擬線性插值的逼近誤差

3.4.5 本節公式分析

3.5 兩種誤差的性質和DEM的誤差檢核

3.6 DEM中偶然誤差和內插誤差的綜合作用

3.6.1 純隨機誤差論的組合模型

3.6.2 數值逼近論的組合模型

3.7 小結

第四章 DEM誤差逼近論模型與實驗分析

4.1 DEM精度評定的逼近論模型

4.1.1 採用高程點、等高線問線性插值生成DEM

4.1.2 採用三角形上線性插值生成DEM

4.1.3 採用雙一次擬線性插值生成DEM

4.2 “DEM地形描述精度量化模擬研究”重要的啟迪

4.3 重要實驗的若干解釋和分析

4.4 DEM高保真問題

4.4.1 中誤差概念不能保證高保真

4.4.2 逼近誤差概念與高保真

4.4.3 高保真與地形結構線

4.5 DEM的必須綜合問題

4.5.1 特徵點、線高程和格網點上的高程

4.5.2 DEM的高程綜合原理

4.6 小結

第五章 生成DEM新技術方法——MADEM1

5.1 MADEM1的原理

5.1.1 DEM生成中的3個重要問題

5.1.2 MADEM1原理

5.2 MADEM1的方法步驟

5.3 MADEM1的誤差分析

5.4 幾點討論

5.5 DEM生成方法實驗及效果比較

5.5.1 試驗數據獲取

5.5.2 DEM的構建

5.5.3 DEM精度的回放等高線法的評價與比較

5.5.4 分析和結論

5.6 DEM規模生成和實驗

5.7 MADEM1對球面的逼近實驗

5.7.1 當z的間距為100時

5.7.2 當z的間距為50時

5.7.3 當z的間距為25時

5.7.4 分析和結論

5.8 小結

第六章 已知高程點集時的MADEM2方法

6.1 DEM生成中TIN方法之嚴重理論缺陷

6.1.1 平面上Delaunay三角形結構與三維地表面三角形逼近面結構之差

6.1.2 平三角形、特徵（F-s：SpecificFeature）點集和似平三角形

6.1.3 點集的高程級差和限制Delaunay三角化

6.1.4 內插單元之判定和複雜性分析

6.2 離散點集的加權Voronoi圖內插方法一MADEM2

6.2.1 加權Voronoi圖內插原理

6.2.2 MADEM2方法

6.2.3 MADEM2算法複雜性分析

6.2.4 誤差分析

6.3 實驗和分析

6.3.1 基於JX4採集數據上的實驗

6.3.2 基於地圖上離散點數據上的實驗

6.4 小結

第七章 DEM產品的質量管理

7.1 DEM的質量標準

7.1.1 DEM生產過程中各階段誤差的概述

7.1.2 暫行DEM精度標準和檢測

7.2 DEM生產過程中各階段的質量管理

7.2.1 DEM原始資料及數據的檢測

7.2.2 DEM內插精度標準建議

7.2.3 DEM內插階段精度檢測建議

7.2.4 DEM總的精度標準和檢測

7.2.5 DEM驗後精度檢測

7.3 有效改進各階段誤差的手段

7.4 小結

第八章 大區域DEM集成、生成、可視化

8.1 大區域DEM集成

8.1.1 大區域DEM的度量空間——地球信息度量空間

8.1.2 大區域DEM的空間數據組織和空間數據處理

8.1.3 大區域DEM可視化方案和數據組織

8.1.4 大區域DEM空間分析

8.2 大區域DEM生成的關鍵技術

8.2.1 大區域DEM內插模型的尺度空間研究

8.2.2 採用等高線和高程點數據生成大區域無縫DEM

8.2.3 採用離散點或海深測線數據生成元縫DEM的實驗

8.3 大地形三維可視化

8.3.1 大地形三維可視化概述

8.3.2 基於二叉樹的大區域地形實時可視化

8.3.3 場景渲染與三維分析

8.4 小結

第九章 地形結構線提取及其宏結構化

9.1 地形結構線提取方法分析

9.1.1 基於幾何形態分析原理

9.1.2 基於地形表面流水分析原理

9.1.3 幾何形態分析與地表流水模擬相結合的方法

9.1.4 方法途徑的邏輯分析

9.2 基於距離變換的幾何特性與流線追蹤相結合的提取法

9.2.1 基本思路

9.2.2 數字地表流線模型的建立

9.2.3 谷底線的提取

9.2.4 方法比較

9.3 谷底線的評價與結構線宏結構化的提出

9.3.1 谷底線評價的一般方法

9.3.2 谷底線評價指標分析

9.3.3 本文採用的評價指標及宏結構化思路

9.4 匯流區分割與匯水量計算

9.4.1 匯流區分割算法

9.4.2 匯水量的計算

9.5 宏結構化的具體實現——“分層摘葉”法

9.5.1 單線寬谷底線集合的若干概念

9.5.2 “分層摘葉”法的具體實現

9.6 谷底線毛刺的刪除與重要谷底線的選取

9.7 小結

結語

參考文獻

附錄1 3種主要內插函式模型的誤差估計

附錄2 雷射雷達技術概述

附錄3 DEM的規範化套用模組

附錄4 DEM精度研究述評

附錄5 大地形大維可視化（光碟）