地形测绘与数字高程模型构建技术研究

温嘉俊

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摘要：地形测绘与数字高程模型构建技术是现代地理信息科学与遥感技术的重要组成部分。它们通过测量地表地形特征和建立数字化的地形模型，为各个领域的应用提供基础数据支持。本文旨在研究地形测绘与数字高程模型构建技术的发展背景、基本原理与方法，推动地理信息科学的发展，提升地理信息数据的质量与可用性。

关键词：地形测绘；数字高程模型；构建技术

引言

地形测绘与数字高程模型构建技术是现代地理信息科学与遥感技术的重要组成部分。它在自然资源管理、城市规划、环境保护等领域具有广泛的应用价值。本文将对地形测绘与数字高程模型构建技术进行研究，旨在提高地理信息数据的准确性与可靠性。

1地形测绘与数字高程模型的概述

地形测绘是指利用各种测量仪器和技术手段，对地球表面的地形特征进行测量和记录。通过对地形的测绘，可以获取地表高程、地形起伏、斜坡坡度等重要信息，为后续的地理信息分析和数据处理提供基础数据。地形测绘在自然资源管理中发挥着重要作用。可以用于矿产资源调查、水资源管理、土地规划和农田整理等方面。例如，在矿产资源调查中，地形测绘可以提供矿区的地形起伏、坡度等信息，为矿区规划和资源开发提供详细数据支持。

数字高程模型是地形测绘的结果，是对地表地形进行准确建模的数学表达。它是利用地形测绘数据通过数字化和数据处理等技术手段，建立起来的一套地形表达模型。数字高程模型可以提供地表高程信息的连续性和精确性，为其他地理信息分析和应用提供基础数据。

2地形测绘的基本原理与技术方法

2.1光学测量法

光学测量法是一种利用光学仪器进行地形测量的方法。常见的光学仪器有经纬仪、水准仪等。经纬仪是一种用于测量方位角和垂直角的仪器。它通过观测目标点和测站之间的方位角和垂直角，可以计算出两点之间的水平距离和高差。经纬仪的工作原理是通过望远镜观测目标点和测站的方位角，并通过水平仪测量目标点和测站的垂直角。根据这些观测数据，可以利用三角测量原理计算出目标点的坐标。水准仪是一种用于测量高差的仪器。它通过观测水平线和测站之间的高差，可以计算出地形的高程。水准仪的工作原理是利用水平仪测量测站和目标点之间的水平线，然后通过望远镜观测测站和目标点的高差。根据这些观测数据，可以利用水准线的原理计算出目标点的高程。

2.2遥感影像解译法

遥感影像解译法是利用遥感技术获取地面影像，并通过解译影像中的地物信息来进行地形测绘的方法。遥感影像可以通过卫星、航空器或无人机获取，具有广阔的覆盖范围和高精度的分辨率。遥感影像解译法可以分为目视解译和计算机解译两种方法。目视解译是指通过人眼观察和分析影像，根据地物的形状、色彩、纹理等特征来进行解译。计算机解译是指利用计算机算法和模型来对影像进行自动解译和分析。这些算法和模型可以根据影像中的像素值、频谱特征、纹理特征等来提取地物信息，并进行分类、定位和测量。遥感影像解译法具有快速、高效、准确的特点。它可以实现大范围的地形测绘，并且不受地面遮挡和天气条件的影响。它广泛应用于土地规划、城市规划、水利工程、交通工程等领域。

2.3GPS测量法

GPS测量法是利用全球定位系统（GPS）进行地形测量的方法。GPS系统通过卫星发射信号，接收器接收信号后可以计算出自身的位置坐标。通过在地面上放置多个接收器，可以同时测量多个点的位置坐标，从而得到地形的分布和特征。

GPS测量法的基本原理是利用卫星发射的信号进行定位和测量。GPS系统由一组卫星组成，它们以恒定的速度绕地球轨道运行。每颗卫星都会向地面发射信号，接收器接收到这些信号后，可以计算出自身与卫星之间的距离。通过同时接收多颗卫星的信号并测量距离，可以利用三角定位原理计算出接收器的位置坐标。GPS测量法的精度受到多种因素的影响，包括接收器的精度、卫星位置的精度、大气折射等。为了提高测量精度，还可以采用差分GPS测量方法。差分GPS测量方法通过在已知位置上设置一个参考接收器，将参考接收器测量的精确位置作为基准，对其他接收器的测量结果进行修正，从而提高测量精度。

3数字高程模型构建技术的基本原理和方法

3.1TIN模型构建方法

TIN（Triangulated Irregular Network）模型是一种常用的数字高程模型构建方法。它通过将地形测量点进行三角剖分，建立起一系列不规则三角形的网络模型，来描述地形的形态和高程变化。TIN模型的构建通常需要一组离散的地表测量点，这些点包含地表的坐标和对应的高程值。在构建过程中，需要首先对这组地形测量点进行质量控制和筛选，以确保测量点的准确性和可靠性。然后，根据特定的几何拓扑关系，通过将测量点进行三角剖分来构建TIN模型。三角剖分是将测量点连接起来形成不重叠的三角形的过程。常见的构建TIN模型的算法包括Delaunay三角网和插值法。在Delaunay三角网算法中，首先根据测量点的坐标值，在地形测量点集中建立Delaunay三角网。这个过程能够保证任意两个测量点的连接线都不会穿过Delaunay三角形外接圆的内部。然后，根据测量点的高程值，通过插值方法来确定TIN模型中每个三角形的高程值。

3.2栅格模型构建方法

栅格模型是另一种常用的数字高程模型构建方法。栅格模型将地表数据以一个规则的二维矩阵（栅格）形式呈现，每个栅格单元格包含一个高程值。栅格模型需要对地表进行网格化处理。根据地表测量点的坐标范围和分辨率，可以将地表划分为一组规则的栅格单元格。然后，对于每个栅格单元格，需要确定一个高程值来表示该单元格所代表的地表区域的平均高程。常用的方法包括统计平均值、反距离加权平均（IDW）等。统计平均值方法是指在每个栅格单元格内，对该单元格所覆盖的地表测量点的高程值进行统计，然后求得平均值作为该栅格单元格的高程值。IDW方法是一种基于距离权重的插值方法。它根据栅格单元格与各个地表测量点之间的距离，为每个栅格单元格进行插值计算。距离越近的测量点权重越大，距离越远的测量点权重越小。

3.3数据插值方法

数据插值方法是数字高程模型构建过程中常用的技术手段。插值是指通过已知的地形测量点数据，利用一套数学算法来推测未知位置的地形高程值。三角网插值方法是基于TIN模型的一种插值方法。它首先根据地形测量点的坐标值和高程值建立TIN模型，然后根据TIN模型的几何特性，在三角形内进行插值计算。三角网插值方法具有良好的几何连续性和平滑性，适用于地形复杂的区域。反距离加权插值方法是利用周围已知地形测量点的距离和高程值，对未知位置进行高程值推算的一种方法。它根据距离远近来给予不同权重，距离近的点权重较大，距离远的点权重较小。根据加权平均的原则，可以得到插值点的高程值。

结束语

地形测绘与数字高程模型构建技术的研究与应用在我们国家的国土规划、资源管理以及基础设施建设中起着重要的作用。通过采用先进的测量技术和数据处理方法，能够更准确地了解地形特征和地貌变化。随着科技的不断发展，这一领域的研究将会得到进一步推动和完善，为我国的可持续发展做出积极贡献。

参考文献

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