SPOT卫星影像几何校正在DEM生成中的应用

"数字清江"系统构建的基础是基于SPOT卫星数据处理所得到的三维地形平台.针对"数字清江"基础数据所用到的SPOT卫星遥感影像,简要介绍了SPOT卫星影像的有关知识,并根据 "数字清江"系统中DEM(数字高程模型)具体生成过程及其实际应用,比较以前直接应用原始影像及原始参数模型生成DEM的传统做法,提出利用几何校正后的卫星模型参数生成DEM方法,实际应用证明,这种方法对于提高清江流域DEM的精度有作用,并能够提高整个三维平台的精度,从而提高了整个"数字清江"系统的精度.     

基于机载激光雷达的长龙山抽水蓄能电站库容计算

为了快速准确计算水库库容,实现水利工程设施的优化调度,采用机载激光雷达集合地理信息科学技术(GIS)方法,对长龙山抽水蓄能电站上水库库容进行研究,获取了测区的三维地形数据,并通过数字高程模型(DEM)计算得到库容曲线。结果表明,利用机载激光雷达技术计算库容具有较高的精度和效率。     

基于DEM的数字河网提取方法及应用研究

基于数字高程模型（DEM）提取水文和地形参数是水文模型与GIS应用集成的基础。运用生成河网所使用的洼地填平方法、高程增加法、D8算法,结合流域高程模型自动提取河网水系集水面积的方法,选取多个阈值进行分析比较,完成了岷江、沱江流域的数字河网提取应用研究。研究结果表明,该套方法提取的河网与实际河流接近,自动化提取程度较高,在分析流域的河网水系结构特征时具有一定的应用价值,提取结果也可以作为三维GIS应用中数字河网建模参考。     

胖头泡蓄滞洪区水文地貌关系正确的DEM建立

开展胖头泡蓄滞洪区空间地形数据采集,形成一套完整、准确的蓄滞洪区数字高程模型(DEM),将为蓄滞洪区建设、管理和调度决策提供可靠的信息依据与技术支撑。文中利用1:5万数字地形图,进行地形数据采集与编辑检查,建立了水文地貌关系正确的DEM,并对其质量进行了评价。研究结果表明,基于水文地貌关系正确建立的DEM质量较高,能更加准确、真实地反映地形形态和地貌与水文关系,精度满足标准规范的要求。     

基于无人机LiDAR数据的陡崖反坡滤波技术及应用

为了解决传统的不规则三角网(Triangular irregular network, TIN)算法在陡崖反坡地形滤波时，由于陡崖反坡会产生多个投影交点，坡度出现负值，陡崖反坡区域岩壁点往往被错误过滤的问题，提出一种刚性坐标变换与TIN结合的机载激光雷达(Light detection and ranging, LiDAR)点云滤波算法。采用刚性坐标变换的方法重新构建陡崖面的直观形态，将陡崖反坡等特异地形常规化。以湖北省恩施市姚家平水利枢纽工程坝址区域的陡崖反坡数据进行滤波分析，构建了侧向数字高程模型(DEM)表达陡崖地形，实现了侧向DEM在坝体填筑量计算上的应用。结果表明：该算法能够在陡崖反坡区域大幅降低Ⅰ类误差，并将Ⅱ类误差控制在一定范围内；应用该技术可为大坝设计提供直观准确的DEM,为三维设计提供了新思路。     

照片数量对SfM动床河工模型地形三维重构的影响研究

SfM是摄影测量领域近年来飞速发展的三维场景重构技术,目前已在地貌勘测、文物勘察、冰川演化、岩石勘探、土壤侵蚀等研究领域开展了大量尝试和应用,而在河工模型方面的应用研究尚处于起步阶段。本文开展了输入照片数量对SfM法动床河工模型地形三维数字高程地形(DEM)重构精度影响研究,采用4个不同视角对河工模型动床冲淤地形进行拍摄,选取不同数量照片作为输入开展SfM法三维地形DEM重构,然后将每组DEM重构结果与传统测针法测量进行对比。结果表明,当照片数量较少时,增加照片数量可改善SfM重构精度,但当照片数量较多时,虽可为SfM提供更多的床面变化图像信息,但同时带来由于特征点成像变化而引起的误匹配现象,反而可能导致SfM重构精度下降。鉴于不同动床模型的模型沙和光照等外部条件不同,实际应用时须针对不同模型的特点进行深入对比和分析,选取合理的照片张数开展SfM法动床冲淤地形测量。     

基于DEM的庙台沟流域数字地形提取与分析

数字高程模型(DEM)作为地形数字化的重要表达方式,以其显示方式多样、精度稳定、更新方式自动化等诸多优点,逐步取代了传统的存储介质,是GIS空间数据库的重要组成部分。以庙台沟流域作为研究对象,应用ArcGIS10. 2软件进行不同DEM分辨率流域数字地形提取与比较分析,探讨DEM分辨率对小流域地形和水文特征提取结果的影响,为庙台沟流域的地形数字化表达和相关研究提供参考。     

基于OpenGL技术的水下地形三维建模与可视化

针对传统水下施工设计存在的缺点，提出一种基于OpenCL技术的水下地形三维建模与可视化方法，该方法可以自动实现水下地形DEM模型的构建、三维可视化以及任意剖面分析，对于指导现代水下施工设计具有重要意义。     

基于Sentinel-1 双极化的鄱阳湖地形提取方法

数字高程模型可以提供丰富的地形信息,是研究生态环境、地质地貌、地表形变监测等问题的重要基础资料。本文以SRTM DEM作为参考DEM,利用四景Sentinel-1双极化雷达影像对鄱阳湖的数字高程模型进行了反演,更新重建了该区域的地形结果,从可视化和精度两个方面,根据山体阴影图、等高线图、相干系数图和数学拟合模型等对比分析了VV极化和VH极化这两种极化方式反演DEM结果。结果表明：利用雷达影像提取鄱阳湖地形是行之有效的,数字高程模型的分辨率为13.90m,与参考DEM相比,提高了53.67%;根据线性数学模型和二次数学模型对VV极化方式和VH极化方式反演结果进行拟合分析,决定系数分别为0.93和0.94,说明这两种极化方式反演出的DEM结果相似性很高,均可以准确反演出研究区域的地形结果,反演出的湖底地形可为水利部门展开河湖管理提供数据支撑。     

基于水文应用的多源数字高程模型精度分析

天空地监测技术的迅速发展使得可免费获取的地形数据越来越多,而不同地形数据的精度和现势性制约着水文科学的创新和发展。收集目前可免费获取的数字高程模型,基于分辨率、现势性、覆盖范围等属性筛选出SRTM、ASTER2 GDEM和ALOS World 3D三类数据源为研究对象,针对不同地形地貌区,计算分析与水文密切相关的DEM衍生特征的精度,进而提出不同数字高程模型在水文应用中的适用范围。经分析:各DEM在地势起伏大的区域,地形宏观描述基本一致;地势起伏小的区域,Aster2 DEM与其他三种DEM存在差异;在中小河流洪水预报的经验模型中,根据资料情况利用任何一种数字高程模型提取流域参数均可,不作为影响模型精度的重要指标。在地势起伏大的地区,除SRTM外各DEM对水系形态的描述精度较高;地势起伏小的地区,除ALOS world 3D能准确描述河口区域水系结构关系外,其余DEM均不能准确描述河口区域水系形态;分布式水文模型的产汇流分析、水文通视性分析等建议使用ALOS world 3D。     

虚拟现实技术在水情水调中的应用

通过对水情水调系统中工况监视模块的任务分析，提出在该部分采用虚拟现实技术，构建相应的三维仿真系统。根据数字高程模型（DEM）、计算机辅助设计（CAD）图、实景照片等数据建立三维模型，基于开源项目开发场景编辑软件和实时运行系统，实时运行系统使用OpenSceneGraph来管理场景和实时渲染，重点解决大地形建模和水流流态的模拟技术，达到了较好的应用效果。     

流域分布式侵蚀学坡长的估算方法研究

坡长是USLE/RUSLE应用到流域尺度上较难提取的因子。本文从理论上对坡长进行分析,提出以流域分布式侵蚀坡长来反映地形因子的坡长值,并采用迭代累积的算法提取坡长,同时考虑了侵蚀、沉积、沟道,较完整地实现了坡长的计算条件。对实例进行计算、分析,并同已有估算方法进行了对比。该方法有效地表达了坡长与地形的相关关系,计算结果准确,空间分布合理,适合于在流域和区域尺度上基于DEM对地形因子进行提取与分析。     

土石方计算中不规则三角网的生成及应用

不规则三角网(TIN)作为一种表现三维表面的离散数字形式在很多领域都有广泛的应用,最常见的如数字高程模型(DEM)。目前,对由大量离散点组成的地形表面构建TIN最为成熟的方法为基于狄洛尼原则的构网方法。但是该方法并不能很好地顾及"地形特征线"。而在实际应用中,设计地形(如交通工程中的设计道路、疏浚工程中的设计航道、吹填工程中的设计堤坝)正是由大量的地形特征线构成,所以该方法并不能解决这类地形的建模问题。在总结狄洛尼三角网构网方法的基础上,结合疏浚工程和吹填工程探讨了基于多边形剖分的设计地形建模方法并给出了应用实例。     

基于快速傅立叶变换（FFT）的地形剖面线的数学表达研究

在数字地形分析中,地形剖面的分析方法不仅可以以线代面研究区域的地形起伏变化,还可很好地反映地形沿某一方向的地势起伏和坡度陡缓,其地形剖面线的数学表达更能为今后的数字地形分析提供坚实的数学基础。鉴于此,将信号分析中常用的傅立叶变换引入到地形剖面分析中,从信号分析的角度,把地形剖面线看成一维连续空间域信号,并对其傅里叶变换后的频谱进行研究分析。通过对地形剖面的频谱分析,可得到该地形剖面所包含的地形频率信息,进而实现地形剖面的数学表达。     

基于流域系统的三维地形建模

三维地形建模是虚拟现实技术的基础.对于流域内具有海量数据特征的地形,如何构建既能提供良好视觉效果,又有较高渲染效率的三维地形是建模的关键.现以“数字珠江三维系统”的构建为例,通过多比例尺地形嵌套建模的方法,有效解决了海量地形数据实时显示问题,同时阐述了无缝嵌套方法生成具有高度真实感的三维地形的步骤,为流域三维地形生成提供了解决方案.     

DEM分辨率对山洪淹没模拟影响

DEM是表征地形状况的重要指标,在山洪淹没模拟中起着重要作用。以2016年7月19日发生在河北省石家庄市井陉县西部山区的特大暴雨山洪事件为研究对象,利用HEC-HMS水文模型和FLO-2D水动力模型,设置5种DEM分辨率方案(30、20、15、10、5 m),从淹没范围和淹没水深两方面分析了DEM分辨率对山洪淹没模拟的影响,并从模型运行时间角度对其运行效率进行了评估。研究表明:DEM分辨率越高,则淹没范围越小,平均淹没水深越大,即模型模拟精度越高,山洪事件的淹没范围及水深越接近于实际调查情况(DEM分辨率为30和5 m时,淹没范围及淹没深度的模拟精度分别为0.56和0.41、0.76和0.79);随着DEM分辨率的提高,尤其从10 m提高至5 m时,模拟结果差异减少,模拟精度的增幅也减小,淹没范围和水深的精度增幅分别为2.70%和3.94%;DEM分辨率越高,则模型运行时间越长,模型运行效率越低,5 m DEM方案下的运行时间为30 m DEM方案的700倍。综合考虑模拟精度及模拟时间,10 m分辨率的DEM对山洪淹没模拟、风险评估及预警预报等更为适用。     

矢量地形图三维可视化研究

针对目前测绘行业中大量应用的CAD图形进行研究,在VC OPENGL平台下实现了从DLG到DEM数据的快速转换方法,在DEM的基础上进行三维可视化,并解决了CAD矢量数据难以处理的体积计算、坡度计算等技术难题.     

基于不同分辨率DEM提取坡度值的转换关系研究

基于DEM提取计算单元坡度是分布式水文模型构建的重要手段之一,通过研究不同分辨率DEM对WEP-L模型计算单元坡度的影响及其转换关系,为模型计算中坡度与其他运算量之间非线性关系带来的计算精度与计算效率之间的矛盾提供解决方案。以NASA发布的30 m分辨率DEM数据为基础,以不同尺度流域(南小河沟流域,面积36.3 km~2;泾河流域,面积4.5万km~2)为研究对象,利用分形结合半方差函数的方法分析低分辨率DEM提取的计算单元坡度向高分辨率DEM提取的坡度信息转换的规律。研究发现以30 m分辨率DEM为基础提取的子流域套等高带结构能够很好地反映南小河沟流域地形"坡度等高分布"的特点;利用分形结合半方差函数的形式能够有效地实现基于低分辨率DEM提取的流域基本计算单元坡度向"真实"地形坡度值转换。根据模型计算需求,给出了不同分辨率DEM数据提取坡度值的转换关系。本研究可为分布式水文模型搭建面临的计算精度与计算效率矛盾问题提供借鉴和参考。     

数字河网提取时集水面积阈值的确定

为得到一种切实可行的阈值选取方法,使提取的数字河网有利于后期的水文分析,以古蔺河流域为例,应用ArcGIS水文分析模块,基于30 m分辨率的DEM基本地形数据,采用"阈值—河网密度"的方法做出其关系图,利用"阈值—河源密度"的方法进行检验。结果表明,这种方法是可行的,避免了在阈值选取方面的盲目性,同时也可以应用到其他流域的数字河网提取。