基于DEM的数字地形分析有哪些应用

用途：

（1）在国家数据库中存储数字地形图的高程数据；

（2）计算道理设计、其它民用和军事工程中挖填土石方量；

（3）为军事目的（武器导向系统、驾驶训练）的地表景观设计与规划（土地景观构筑）等显示地形的三维图形；

（4）越野通视情况分析（也是为了军事和土地景观规划等目的）；

（5）规划道路线路、坝址选择等；

（6）不同地面的比较和统计分析；

从数字地形分析的复杂性角度来看

DEM地形分析可分为基本地形信息计算和复杂地形信息计算两类。基本地形信息主要包括坡度、坡向、地表租糙度、地形起伏度、剖面曲率、平面曲率等地形描述因子；复杂地形分析包括可视区域分析、地形特征提取、水系特征分析等。地形分析的内容与地形模型紧密相关，不同结构的DEM，其地形信息的提取也不完全相同。

以上内容参考：百度百科-DEM

构建相山地区地学空间数据库是在对各类原始数据或图件资料进行整理、编辑、处理的基础上，将各类数据或图形进行按空间位置整合的过程。其工作流程见图 2.1。

图2.1 相山地区多源地学空间数据库构建流程

2.2.1 资料收集

相山地区有 40 多年的铀矿勘查和研究历史，积累了大量地质生产或科学研究资料。笔者收集的面上的资料包括原始的离散数据如航空放射性伽玛能谱数据、航磁数据、山地重力测量数据、ETM 数据，而地面高精度磁测资料仅收集到文字报告和图件。上述各类数据均可达到制作 1∶50000 图件的要求。地质图采用 1995 年核工业 270 研究所等单位共同实施完成的 “相山火山岩型富大铀矿找矿模式及攻深方法技术研究”项目的 1∶50000附图采用的 1∶50000 地形图的情况见表 2.1。

2.2.2 图层划分

GIS 数据库既要存储和管理属性数据和空间数据，又要存储和管理空间拓扑关系数据。数据层原理: 大多数 GIS 都是将数据按照逻辑类型分成不同的数据层进行组织，即按空间数据逻辑或专业属性分为各种逻辑数据类型或专业数据层。相山地区数字化地质图包括地理要素和地质要素两大部分，共设置 9 个图层，每一图层 (包括点、线或多边形) 自动创建与之相对应的属性表。

表2.1 采用的地形图情况一览表

注: 坐标系均为 1954 年北京坐标系，1956 年黄海高程系，等高距为 10 m。

(1) 水系图层 (L6XS01) : 包括双线河流、单线河流、水库或水塘。

(2) 交通及居民地图层 (L6XS02) : 包括公路和主要自然村及名称。

(3) 地形等高线图层 (L6XS03) : 包括地形等高线及高程和山峰高程点。

(4) 盖层图层 (D6XS04) : 包括第四系 (Q) 和上白垩统南雄组 (K2n) 及其厚度和主要岩性。

(5) 火山岩系图层 (L6XS05) : 包括下白垩统打鼓顶组 (K1d) 、鹅湖岭组 (K1e) 及各种浅成- 超浅成侵入体 (次火山岩体) 的分布和主要岩性特征。

(6) 基底图层 (L6XS06) : 含下三叠统安源组 (T3a) 、震旦系 (Z) 、燕山早期花岗岩 (γ5) 、加里东期花岗岩 (γ3) 。

(7) 构造图层 (L6XS07) : 相山地区褶皱构造不发育，构造图层主要包括实测的和遥感影像解译的线性断裂或环形构造。

(8) 矿产图层 (L6XS08) : 包括大、中、小型铀矿床和矿点。

(9) 图框及图幅基本信息图层 (L6XS09) : 数字化地质图的总体描述，内容包括图框、角点坐标、涉及的 1∶500000 标准图幅编号、调查单位及出版年代等。

图层名编码结构如下:

相山铀矿田多源地学信息示范应用

2.2.3 图形输入

图形输入或称图形数字化，是将图形信息数据化，转变成按一定数据结构及类型组成的数字化图形。MapGIS 提供智能扫描矢量化和数字化两种输入方式。本次采用扫描矢量化输入，按点、线参数表事先设定缺省参数，分别将地形底图和地质底图扫描成栅格图像的 TIF 文件，按照图层划分原则，在计算机内分层进行矢量化。线型、花纹、色标、符号等均按 《数字化地质图图层及属性文件格式》行业标准执行。

对于已建立的图层，按点、线、多边形分别编辑修改，结合地质图、地形图及相关地质报告，采集添加有关属性数据，用以表示各图层点、线、多边形的特征。拓扑处理前先将多边形的地质界线校正到标准图框内进行修改，去掉与当前图层区域边界无关的线或点。对于图幅边部不封闭的区域，采用图框线作为多边形的边界线，使图幅内的多边形均成为封闭的多边形。拓扑处理后进行图形数据与属性数据挂接。

在 MapGIS 实用服务子系统误差校正模块中，将数字化地图校正到统一的大地坐标系统中。图形数据库采用高斯-克吕格 (6 度带) 投影系统，椭球参数: 北京54/克拉索夫斯基。

MapGIS 数据文件交换功能使系统内部的矢量图层很容易实现 Shape 和 Coverage 等文件格式的转换。在图形处理模块将上述各图层转成 Shape 文件格式。

2.2.4 离散数据网格化

在收集的原始资料中，除 1∶50000 地形图和地质图之外，航空放射性伽玛能谱数据(包括原始的和去条带处理后的数据) 、航磁数据、山地重力测量数据都是离散的二维表格数据。用 GeoExpl 网格化。GeoExpl 数据处理与分析系统提供了多种网格化计算的数学方法，本次选用克立格插值方法，网格间距 15 m。重力和航磁数据网格化后，进行不同方向或不同深度的延拓处理。所有网格化数据均采用了与上述图形数据相同的地图投影和坐标系统。

2.2.5 网格化数据影像化

MapGIS 网格化文件格式为 grd，可直接被 Erdas Imagine 读取，GeoExpl 网格化文件包括重磁处理反演后的网格化文件可转换成 Surfer.grd 后，被 Erdas Imagine 读取。然后将上述网格化数据一一转成 img 影像数据格式。

2.2.6 DEM 生成

地形等高线 (L6XS03) 文件在 MapGIS 空间分析子系统 DEM 分析模块中，生成 DEM栅格化文件: L6XS03.grd，再转成 img 格式，文件名改为: XSDEM。

经过上述程序形成的各类矢量或栅格数据，在 ArcView 平台建立 “相山数据库”工程文件，将上述各 Shape 图形和 img 影像文件一一添加到该工程文件中。该工程文件即为相山地区矢量、栅格一体化地学空间数据库。该数据库，一可以对这类地学空间信息实现由 GIS 支持的图层管理，二可以视需要不断进行数字—图形—图像的转换，三可以将多源地学信息进行叠合和融合，以实现多源地学信息的深化应用和分析，为实现相山地区铀资源数字勘查奠定基础。

数据库管理系统的主要功能有：数据定义功能、数据 *** 纵功能、数据库的运行管理、数据库信息的接口和数据库的建立和维护功能。

1、数据定义功能：DBMS提供数据定义语言（Data Definition Language，DDL），用户通过它可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。

2、数据 *** 纵功能：DBMS还提供数据 *** 纵语言（Data Manipulation Language，DML），用户可以使用DML *** 作数据，实现对数据库的基本 *** 作，如查询、插入、删除和修改等。

3、数据库的运行管理：数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。

4、提供方便、有效地存取数据库信息的接口和工具：编程人员可通过编程语言与数据库之间的接口进行数据库应用程序的开发。数据库管理员（Database Administrator，DBA）可通过提供的工具对数据库进行管理。

5、数据库的建立和维护功能：数据库功能包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能监控、分析功能等。这些功能通常是由一些程序来完成。

数据库管理系统的结构

1、外部层（External Level）或称观点层（View Level）：包括数个外部纲要(External Schema)或用户观点(User Views)，每个外部纲要描述了特定族群有兴趣的部分数据库并对该族群隐藏剩下的部分，如同概念层，每个外部纲要一般使用表达性资料模型(Representational Data Model)实现。

2、概念层（Conceptual Level）：包含了概念纲要(Conceptual Schema)，概念纲要描述了整个用户社群的数据库结构，其隐藏了实际存储资料的结构并专注于描述实体(Entity)、资料类型(Data Type)、关系(Relationships)、用户 *** 作(User Operations)以及限制(Constraints)。通常数据库系统被实现时，表达性资料模型也被用于描述概念纲要。

3、内部层（Internal Level）：内有内部纲要(Internal Schema)，内部纲要描述的是实际存储资料的结构，其使用实体资料模型(Physical Data Model)并详细描述数据库的资料存储(Data Storage)及访问路径(Access Path)。

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