吉大《测量学》第七章 大比例尺地形图及其测绘 复习资料
吉大《测量学》第七章 大比例尺地形图及其测绘 复习资料——1：500、1：1000、1：2000大比例尺
数字高程模型的应用
（1）科学研究应用
地貌是地理环境中一个非常活跃的地理因素，对地表热量重新分配、温度分布、降水量格局、生物种类的分布、自然地域分异以及土地类型分化等地表过程有深刻而广泛的影响。地形表面特征的描述、分析和信息提取是地球科学研究的基础资料和基本信息源。
数字高程模型在与地学相关的科学研究中，主要作用是为各种地学模型提供地形参数并辅助地学模型建立。生态学研究生物种类与周围环境如土壤、水、气候、地貌等之间的依赖关系，水文学则在地形地貌基础上建立各种地表物质如水、冰川等的运动模型，地貌学注重研究各种地貌的成因与形成过程，而气候学者更加注重地形因素对温度通量（fluxes of temperature）、湿度、气体分子等的影响，例如，在天气预报和气候建模中，通过全球尺度DEM可建立地面、大气之间的转换过程模型，地形地貌、地表形状和各种地学变量如蒸腾、径流、土壤湿度等之间的关系影响着局部乃至全球尺度上的气候状况。
DEM的另一主要科学研究价值在于辅助土地覆盖分类和全球土地利用变化检测。当前遥感影像数据被认为是进行区域、全球尺度的土地利用-土地覆盖分类与制图的有力手段，然而遥感图像由于传感器姿态、地表曲率、地球旋转、大气折光、地面起伏等因素的影响而产生几何畸变，大量的研究结果表明在DEM辅助下的遥感影像几何纠正，可明显的提高纠正精度、遥感图像的解译和分类精度。
由上述分析得知，在科学研究中，DEM主要用在以下几个主要领域：
1）区域、全球气候变化研究。
2）水资源、野生动植物分布。
3）地质、水文模型建立。
4）地理信息系统。
5）地形地貌分析。
6）土地分类、土地利用、土地覆盖变化检测等。
（2）商业应用
数字高程模型的应用是面向用户的，因此DEM的商业价值在于DEM产品与DEM派生产品的生产和分发。就这一观点而言，数字高程模型的商业市场可分为两类：一是直接提供DEM数据而不进行增值服务，这类用户主要是利用已经生产好的各种规格的DEM数据；另一类用户则需要增值服务，即为特定专业应用而定制的DEM数据，并伴随着各种应用程序和派生DEM产品。数字高程模型的商业潜在用户分布在以下几个主要行业：
1）电信。
2）空中交通管理与导航。
3）资源规划管理与建设。
4）地质勘探。
5）水文和气象服务。
6）遥感、测绘。
7）多媒体应用和电子游戏。
基础DEM数据产品是指按规定格式生产的各种分辨率、精度的DEM，一般由专业生产单位进行数据采集、数据加工、数据维护和数据分发。DEM数据的深层次加工和信息提取由用户自行开发。目前，世界各国都有专门从事数字高程模型数据生产的部门，全球最大的DEM数据供应商是法国ISTAR公司，其数据源主要是SPOT卫星的遥感影像数据，并通过ERS和RADARSAT加工而成，另外也采用机载SAR数据生产DEM；其次是美国的大西洋科学研究所。我国DEM数据主要由国家基础地理信息中心负责生产和维护，目前能提供覆盖全国的1:100万、1:25万、1:5万和部分地区1:1万的DEM数据。
在工程建设的各个阶段，对DEM的精度和分辨率有着不同的需求。例如公路勘测设计的可行性研究阶段，一般在较小的比例尺上进行（较低分辨率DEM），以便把握路线的宏观走向，而在勘测设计阶段，则要求较大比例尺（较高分辨率DEM）的图件，以进行路线的详细设计、工程量估算等，因此按统一规格生产的DEM数据有时难以满足具体工程的特殊需要，这时就要针对某一工程的特殊需要进行DEM数据的生产。除按用户要求和格式和精度生产DEM数据外，DEM的增值服务还体现在对DEM数据的进一步的加工方面，如在水文模型构建方面，各种水文参数如水流路径、坡度、坡向等内容也随DEM产品一起提供给用户。
（3）工业、工程应用
对工业、工程领域而言，数字高程模型主要用于进行各种辅助决策和设计，以提高服务、设计质量，提高设计自动化水平，获取更大的经济效益，这类部门主要包括电信、导航、航空、采矿业、旅游业以及各种工程建设如公路、铁路、水利等部门。
信号传播环境如地形（高山、丘陵、平原、水域）、建筑物（高度、分布、数量、材料等）、植被特征、天气状况等是影响通讯信号质量的关键因素，在其他信息如植被、建筑物等的配合下，DEM常常用来进行各种通讯设备如电台、电（视）台发射机等的辅助选址、通讯网络的规划设计、移动通讯传播模型校正等。例如，在无线通讯网络规划中，宏蜂窝常常采用100m分辨率的DEM、微蜂窝采用5~10米的DEM数据并在地物数据的配合下进行无线发射台和网络的规划设计。目前，随着网络通讯技术的发展，电信制造业、无线网络运营商等越来越重视网络信号传播模型与环境的匹配问题。据不完全统计，欧洲60%的DEM数据是销往电信部门的。
在航空工业中，DEM数据、地物数据是建立飞机防撞系统、地面接近警告系统、飞行管理调度系统、地形辅助导航系统的基本数据源。通过DEM数据可更真实的模拟飞行环境，并在实时机载全球定位系统（Global Position System，GPS）的配合下，使空中交通更加安全。
在地质、矿山、石油等勘探行业中，利用遥感影像与DEM复合可提供综合、全面、实时、动态的矿山地面变化信息，在数字图像处理技术、GIS技术等的支持下可用于解决矿山勘探的实际问题。遥感图像和DEM的复合包括三个方面，即由遥感影像生成数字高程模型、用数字高程模型来纠正遥感影像以及遥感影像和数字地面模型配准应用，其可用于矿山测绘、地表沉陷监测、矿区土地复垦与生态重建、露天矿边坡监测、矿山三维仿真等方面。另外，DEM还可作为各种地质信息的表达工具，例如，利用DEM和地质属性的套合，可以用二维或三维透视图方式显示各种地质信息，使非常复杂的地质结构变得简单和容易理解。又如，在制作地质示意图时，将从DEM生成的三维等高线透视图与地质图结合起来，可形成一幅倾斜的精确“鸟眼”视野图，同时提供丰富的地质与地理信息。
对于旅游产业而言，在旅游信息数据基础上，利用数字高程模型、遥感影像数据等数据，既可实现传统旅游地图的功能，使游客通过简单操作即可了解旅游区的人文、景观、交通、生活设施等情况，也可通过DEM和遥感图像强大的三维景观模拟功能，让游客在不到现场的情况下，身临其境，预体验游览感受。随着三维空间技术、虚拟现实技术、网络技术的完善和发展，出现了一种全新的旅游方式，即虚拟旅游，且有发展成新产业的潜力。
道路工程是DEM应用最早的领域。在公路、铁路等的勘测设计中，通过高精度的数字高程模型，设计人员可以进行平面、纵断面的交互定线、横断面的自动生成、土方计算与调配、道路的多方案比选，并通过设计表面模型和DEM的叠加，实现道路的景观模型以及动画演示，从而对设计质量进行评价，并对拟建道路与周围环境的协调状况进行分析。基于DEM的公路CAD技术，是公路、铁路勘测设计自动化的必由之路。目前世界上几个著名的道路CAD软件如美国的InRoads、英国的MOSS、德国的CARD/1都具有数字高程模型生成、编辑、管理和进行基于DEM的路线设计能力。DEM在道路工程中的应用也可扩展到其他的线状工程如渠道、管道、输配电线等。
DEM的另一主要应用领域是水利工程。通过库区DEM，可计算在不同条件下的水库库容，并自动绘制水位－库容、水位－面积曲线，水坝轴线断面图等内容，从而实现库区规划优化设计和坝址的定位。
（4）管理应用
地理信息贯穿于政府职能部门的管理、规划的各个层面，不但有助于电信、矿山、旅游、工程等的辅助设计和决策，也可提高规划、投资等管理工作的水平。就DEM应用领域而言，主要有自然资源管理、区域规划、环境保护、减灾防灾、农业、森林、水土保持以及与安全相关的各种应用如保险、公共卫生等领域。
矿山、水资源的探测一般要对各种地学空间信息进行复合处理，这些信息包括通过地球物理、地质勘探可获取各种岩层、岩性信息，以及遥感影像和DEM所提供的丰富的地质结构信息，特别是对于没有地形图的偏远山区。例如，在饮水缺乏地区的地下水探测中，将研究地区的水文分布模式、轮廓、形态结构、地质构造、沉积物分布等信息与遥感、地质、地形等信息进行融合，从而利用遥感技术探测地下水的分布位置并进行钻孔定位，在此过程中，DEM主要用来进行地下水域结构如古河道、流域范围等信息的分析和提取。
当前，飞行指挥系统的重点在于提高飞行安全和飞行质量，因此，要求飞行员能处理各种复杂状况。模拟地形为在不利条件下的安全飞行提供了基本保障。对于飞行训练、特别是战时无支援着陆以及在各种突发灾害条件下的紧急援助，高精度、高分辨率的数字高程模型是非常重要的。
森林资源的变化规律、空间分布状况、时空演替规律是实现森林资源的可持续发展和分类经营的基本依据。通过数字高程模型，可以分析森林资源的水平分布和垂直分布，研究地形因素与林种的分布关系，分析地形因子对森林影响等。例如，过度砍伐地区的坡度以及坡度与土壤侵蚀的关系，坡向和太阳辐射对森林生长的影响，地形表面曲率和土壤湿度条件等。
海浪对近海设施的破坏是巨大的，修筑防波堤是保护近海设施的手段之一。由于海底地貌和海岸地形对浅水区海浪的方向和强度有着显著的影响，防波堤位置是最大限度发挥其保护作用的重要因素。利用海底和海岸区域的数字高程模型，可以实现最佳防坡堤位置的计算机模拟。
洪涝灾害的遥感研究主要是灾区的洪水态势、灾区受害程度以及灾区在给定条件下的承受灾害极限，实行灾情监测和预报，以便采取有效的防治措施和进行科学的抗洪决策。这种研究需要的信息源极为丰富，如洪水期遥感图像解译，地面调查资料以及其他的辅助信息源。在这些信息源中，DEM有着其独特的作用。例如将洪水期遥感图像上解译的信息与DEM数据进行复合，可以估算淹没面积和淹没深度；根据DEM数据中的高程-容积关系，可求出洪水期的总水量；根据区域排涝能力及估算出的淹水总量可计算该地区的淹水历时；根据作物种植区的高程、淹没深度及淹没历时可估算作物的受灾面积、受灾程度；同时也可根据灾区的社会、自然要素分布以及各种计算结果，解算该地区的承灾极限。
滑坡、落石、坍塌、雪崩等是常见的自然灾害现象。通过数字高程模型与地质、植被、土壤等信息的结合，我们可对进行有效的预测。例如，对于滑坡，通过钻探、物探等手段，可获取滑坡的内部结构数据，如不同时期的滑动面位置、含水层、软弱结构面等信息，而滑坡的表面形态则可用滑坡的数字高程模型表达，在此基础上，可根据各种条件假设滑坡的启动条件，从而实现滑坡的动态模拟，进行滑坡运动过程分析和灾害预报。
（5）军事应用
地形图向来有“工程师和指挥员的眼睛”之美誉，地形图对于军事的重要性可见一斑。在数字化的今天，DEM作为地形图替代品，在作战指挥、战场规划、定位、导航、目标采集和瞄准、搜寻、救援乃至维和行动、指导外交谈判等方面，都发挥了重要的作用，成为数字化战场不可或缺的组成部分。总的来说，DEM在军事上的应用主要在以下几个方面：
（1）虚拟战场。例如，由TEC开发的军事三维地形可视化软件（draw land ），就可利用虚拟战场环境，辅助战术决策，它在波黑维和行动中发挥了重要的作用。
（2）战场地形环境模拟。如英国国家遥感中心应用法国的SPOT图像与DEM、军事地理信息系统结合，模拟敌方的三维地形，对军方的飞行员进行模拟训练，取得了良好效果。
（3）为作战部队提供作战地图。海湾战争期间，美国国防制图局利用自动影像匹配和自动目标识别技术处理卫星和高低空侦察机实时获得的数字影像，全天24h处于生产状态，共生产了12000套新的地图产品，其中包括600套数字产品以及100幅战地地图，覆盖了海湾地区的大多数国家和地区，及时地为军事决策提供24h的实时服务。
（4）军事工程。如对飞行器飞行的各种模拟，让飞行员对飞行计划进行模拟演习。
（5）基于地形匹配的导引技术。如导弹的飞行模拟、陆基雷达的选址、以及炮兵的互视性规划等方面。
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