第一章 緒論

1.1 研究背景

地球是人類生活和活動的承載體。多年以來，我們為了更充分的認識自然客體和改造

自然，總在不懈的努力嘗試用不同的方式方法來描述、表達人所處的環境，其中地形圖就

是一個有代表性的測繪表述變遷的縮影。從最開始的象形符號抽象的雛形到后來的在二維

介質上對三維表面進行地形寫景圖，地貌寫景圖等描述是一個進步，但寫景方式不具備可

量測性，所以還是很局限的。隨著測繪技術發展，地形的表達也由寫景式的定性表達過渡

到了以等高線為主的矢量化表達。航空攝影測量，遙感技術提供的影響都在對三維現實世

界的模擬。但是有一個矛盾體，那就是對于地形表面形態而言，一方面我們盡可能的從幾

何角度去理解和描述以解決實際應用中的可量測性；另外一個方面它本身是一種三維景觀

現象，對于其表述要考慮生理視覺感受，我們總是希望能夠盡可能的直觀形象逼真。從 20

世紀四十年代開始的計算機圖形學、計算機輔助制圖等相關學科和理論的發展，使得在測

繪領域，在圖形表達表述方面發生了從模擬表達時代走向了數字表達時代，有了質的飛躍。

其中地理信息系統(GIS )及數字高程模型(DEM )學科或技術顯得尤為重要。

地理信息系統，簡稱 GIS (Geographical Information System ), 它源于 20 世紀 60 年代

初期加拿大測量學家 Tomlinson 的 “把地圖變成數字形式的地圖，以便計算機進行處理與

分析”的觀點，但是在技術工具處理中，則是利用計算機存貯、處理地理信息，并且在計

算機軟、硬件支持下，把各種資源信息和環境參數按空間分布或地理坐標，以一定的格式

或者分類輸入、處理、存貯、輸出，用以滿足其應用需要的人機交互系統。因此 GIS 的本

質是在二維地理空間基礎上實現對地下、地表和空中諸地理信息的數字化表達和管理。當

然地理信息系統技術發展到當前，功能不再是當初的局限于查詢、檢索和制圖，而是豐富

到空間分析、建模、決策等諸多方面，在數據管理上則從簡單的柵格數據、矢量數據管理

轉向多元數據融合，在現實生活中應用的很活躍，也很充分。

美國 MIT 攝影測量實驗室主任 Chaires.L.Miller20 世紀 50 年代在解決道路工程的計算

機輔助設計問題這一課題時，首次提出數字地面模型概念。后來的發展對于其概念有如下

的定義，數字地面模型(DTM ，Digiatl Terrain Mode)是以數字形式存儲的地球表面上所有信

息的總和，是描述地面諸特征空間分布數值的集合，是地形表面形態等多種信息的一種數

字表示。若只考慮 DTM 的地形分量，通常稱其為數字高程模型 DEM(Digiatl Elevation

Model) 。DEM 是表示區域 D 上的三維向量有限序列，用函數的形式描述為：

v ?(x, y, z)i?1, 2,3, ?n x , y z (x, y )

i i i i 其中， i i 是平面坐標， 是i i i 對應的高程值。當該序列中

各平面向量的平面位置呈規則格網排列時，其平面坐標可省略，此時，DEM 就簡化為一維

【3】【4】

向量序列 。

從數字化表達這一意義上來講，數字高程模型 (DEM )是地理信息系統 (GIS )在概

【47】 DEM GIS

念和方法上的萌芽 。 作為地表信息的集合，自然是 空間數據庫的核心和各種

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地學分析的基礎數據，也成為 GIS 的分析對象。雖作為 GIS 的原型系統和雛形，但DEM

在 GIS 的發展中對 GIS 的數據采集、數據組織、數據分析和可視化方面的貢獻卻是非常大，

DEM 中的許多算法和方法可以不加修改地應用到GIS 數據處理中，DEM 不僅僅是 “4D ”

產品之一和簡單的數據集合，更是一種地理信息數據處理的技術和方法。

數字高程模型做為一種數字表達形式，它的優越性是傳統的表現方式比如等高線地形

圖等所無法比擬的。首先是其數據可以直接輸入計算機來應用。第二，普通的地形圖表現

信息相當的唯一，比如紙質的旅游圖、交通圖、專題圖、工程施工用的地圖等都是有一個

方面的側重但是不能涵蓋其它數據，但是數字高程模型可以多層數據結構來存貯豐富的信

息

總結

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