三角网数字地面模型及程序实现

三角网数字地面模型及程序实现 袁功青 （华南理工大学 土木与交通学院 ，广东 广州 510640） 第一章 三角网数字地面模型基本原理及特点 1 .1 数字地面模型的含义 数字地形模型（Digital Terrain Model，简称DTM 或“数模”）是一个表示地形特征的、空间分布的、有规则的数字阵列，也就是地表单元平面位置及其地形属性的数字化信息的有序集合。它是地表 2 维地理空间位置和其相关的地表属性信息的数字化表现，可表示为： Ａi=Ｆ(ｘi,ｙi) ｉ=1,„,Ｎ （式 1-1） 式中Ａi 是任一平面位置(ｘi,ｙi)的地表特有信息值，一般有：1) 基本地貌信息如高程、坡度、坡向等地貌因子；2) 自然地理环境信息如土壤、植被、气候、地质分布等；3) 自然构筑物如河流、水系等和人工构筑物如公路、铁路、居民地等； 4) 社会人文经济信息如人口分布、工农业产值等。根据不同的Ａi 值，其名称也稍有不同，如Ａi 为高程时，称为数字高程模型(Digital Height(Elevation) Model, DHM(DEM))；当Ａi 为土壤分布时，称为数字土壤模型。然而，不管怎样，都是对叠加在 2 维地理位置上的地表属性信息的数字描述，统称为数字地面模型，考虑到它的多样性，一般用 DTMs 表示。Ｆ表达了平面位置(ｘi,ｙi)和Ａi的空间相关关系，从这一意义上讲，DTMs是 2.5 维的而非 3 维。 本质上讲，DTMs是对地形表面在地形采样数据基础上的表面重构。因此，对于一个通用的 DTMs系统，一般要经过数据采集、DTM 建立和应用模型建立 3 个步骤，图 1.1 详细表达了 DTMs系统的任务与建立步骤。 图 1.1 DTMs系统的建立步骤与任务 地表的采样数据是一个无序的数据集合，为便于计算机的管理及应用，需对该数据建立结构化的表达式，即隐式或显式的表达数据之间的拓扑关系，可用散点的形式和网格结构的形式来表达，目前主要是以网格结构的形式来表达。根据网格结构的不同，有规则网格 (矩形、正三角形、正六边形网格等)和非规则网格(三角形、四边形网格等)。 在规则网格中，矩形网格平面位置隐含于行列号中，称为网格ＤＴＭ或Ｇrid，因网格结构简单而被普遍采用。三角形是平面图形中最简单的几何图形，因而在不规则的网格中经常使用，一般称为不规则三角网DTM 或TIN。在应用中，数字地形模型一般又分为散点数模、规则格网数模（Regular Grid 简称 RG）、不规则三角网数模（Triangulation Irregular Netw ork，简称TIN），它们具有各自的特点、...