基于多层DEM的变形提取方法研究.pdf

第1期
矿山测量
2011年2月
MINE SURVEYING
Feb.2011
doi:10.3969/j.jssn,I00-358X.20(1.01.005
基于多层DEM的变形提取方法研究
杨铭',赵海峰,壳
1.辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院,辽宁阜新123000
2.皖北煤电集团有服责任公司,安徽宿州234000)
摘要:文中简单介绍了多层数字高程模型的含义、特点、表示方法及其发展与研究现状。其次,主要
介绍了多层数字高程模型的数据获取和其数据结构。数据获取包括数据采集,多层DEM数据结构
有离散点结构、规则格网结构、不规则三角网结构、等高缆结构和混合结拘五种。最后介绍了多层数
字高程模型(DEM)的构建、内插及其应用。构建多层DEM的方法有规则格网法(GRID)、不规则三
角网法(TIN)和混合法(CRID-TIN)等;DEM内播主要有整体内插、分块内插和逐点内插三类。多
层DEM主要应用于滑坡体的变形提取,为预测和防治滑坡灾害提供了必要参数
关键词:数字高程模型;内插;滑坡体;沉陷区
中图分类号:P208
文献标识码:B
文章编号:1001-358X(2011)01-0016-02
在滑坡或沉陷的研究中,对其变形的提取一般1,1多层数字高程模型的含义
只是建立在单层DEM的基础上进行分析,各个层的
数字高程模型(DEM)是DTM的一个子集,是
DEM之间相互独立,增加了变形提取的难度,多层DTM中最基本的部分,它是对地球表面地形地貌的
DEM是针对变形提取的一种新型数字建模过程,这一种离散的数字表达,DEM是表示区域D上三维向
种建模的结果就是多层数字高程模型(多层DEM),量有限序列,用函数的形式描述为:V,=(X,Y1,Z2)
它的数据结构有着明显的不同,具有时间维属性,这(i=1,2,3…,a),式中x,,是平面坐标,2是(X,
种属性是区别不同层DEM的依据,多层DEM体现Y)对应的高程,当该序列中各平面向量的平面位置
了数据一体化的发展趋势,便于数据存储与调用,将呈规则格网排列时,其平面坐标可省略,此时DEM
广泛用于地质沉陷和滑坡体变形提取的研究中。
就简化为一维向量序列{Za,i=1,2,3…m。
在地形表达方法上,多层数字地面模型是最直
多层DEM是以单层数字高程模型为基础,是对
观、最精确可靠的表达方式,它是对某一种或多种地单层DEM的拓履与研究,在原有三维坐标属性中添
面特性空间分布的数字描述的模拟,从最一般的形加时间维属性,时间维格式为年,月,日,时结构,将
这种格式添加到数据的链表结构中进行存储,以区
式上看,多层数字地面模型包括平面和地形起伏两
种数据,并且从其本身导出的数据如坡度、坡向、可
分不同层面的数据,为建立多层DEM提供依据。
1.2多层DEM的特点
视性等也包含在其中,多层数字地面模型作为地形
与传统的单层DEM比较,多层DEM作为地形
表面的一种新的数字表达形式具有容易以多种形式表面的一种新的数字表达形式有如下特点
显示地形信息以及精度不会损失、容易实现自动化、
(1)容易以多种形式多层面地显示地形信息。
实时化等特点,但单层的数字高程模型对高程的提地形数据经过计算机处理后,产生多种比例尺的地
取研究很麻烦,对于单层DEM高程提取(例如滑坡形图、纵横断面图和多层立体图。
体变形前后)首先建立前期的DEM,然后选择一点
(2)变形提取容易,只要内插一个点就可以提取
进行内插计算出此点的高程,再根据后期所建立的任一时间维(任一时间间隔)的变形量,而单层DEM
DEM进行内插同理算出变形后的高程,进而得出变则要分别在不同的DEM上进行内插操作,提取变形
形前后的高程变化。但由于数据量过大并且不利于困难,并且数据繁多,不易于统一管理。
统一管理,对变形提取的研究带来很大不便,为此需
(3)容易实现自动化、实时化。
要建立一个多层的数字高程模型。
多层DEM的数据结构
多层数字高程模型概述
数据结构研究的是数据的逻辑关系和数据表
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示。它的抽象定义为:数据结构B是一个二元组B
表2三角形连接表
=(E,R),其中E是实体或称节点的有限集合,R是
编号
顶点3顶点2顶点3
时间
集合E上关系的有限集合。两者的有机结合就是数
据结构。
2.1多层DEM数据組织
单层DEM是建立多层DEM的基础,多层DEM
主要研究的是数据的组织和存储结构,对多层不规
表1、表2完整地表达了TN最基本的几何信
则三角网:若将按地形特征采集的点根据一定规则息。当然,根据数据編辑于快速检索的需要,在该链
连接成覆盖整个区域且互不重叠的不同层面的许多
表结构基础上还可以增加描述三角形之间邻接关系
三角形,构成一个多层不规则三角网,称为多层三角
以及参考点不同特性的信息。
网DEM或TIN,参见图1。多层TIN与Gid不同之
本文对滑坡的研究仅限于采样点在垂直方向上
处在于TN能较好的顾及地貌特征点、线,通真地表形,不考虑水平位移变形,多层DEM的建立要
示复杂地形起伏特征,并能克服地形起伏变化不大求在数据存储上进行属性编辑,对TIN链表结构中
的地区产生多余数据的问题。但由于数据量大、数需加上时间属性,这样来区分不同时期的数据点变
据结构复杂和难以建立,多层TIN一般只适宜于小
化,对三角形链表也应进行相同操作,由此建立的多
范围大比例尺高精度的地形建模。近年来,借助于层DEM就可以很方便的被提取出来。
计算机软硬件技术的飞速发展,在TIN.的快速构成、3多层DEM的生成流程及变形提取
压缩存储以及应用等发面已经取得了突破性的进
展
3.1多层DEM的生成流程,参见图2
多层TN模型是一种典型的矢量拓扑结构,通
三角划分准则数据组织结构
时间维
过边与结点的关系以及三角形面与边的关系和时间
维属性的关系显示表示地形参考点之间的拓扑关
地形数据
算法与程序
TN模型
多层DM
系。多层TN与Crid的存储方式有很大不同,它不
仅要存储每个网点的高程值,而且还要存储相应点
图2多层DEM体系结物
的位置坐标(如X,)以及描述网点之间拓扑关系的3.2变形提取
信息。一般采用最简捷的链表结构:数据由结点列
对沉陷区或滑坡体会随着时代变迁和各种因素
表和三角形列表两组记录组成,参见表1,表2。
的影响发生变形、水平位移、垂直升降和不规则的扭
亵1结点三维坐标列表
曲等,为此我们要不定时的进行变形的检测,作好变
号
时间
形的提取工作。
429
200
57.5
将不同阶段的采样点数据进行预处理,用时间
266
属性区别每一期的变形,如点号,X坐标,Y坐标,
507
234
Z坐标,时间(年,月,日,时),就用时间维来区分,建
立不同层面的不规则三角形TIN(DEM),多层DEM
555
50.2
建立后,用内插方法算出各个层面的高程,从而求出
变形量。
用 matlab