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浅谈数字高程模型在工程中的应用

1、在线路勘测设计中的应用 

     传统的铁路,公路和输电线路等线路设计方法不仅需要大量费时费力的野外勘测工作,而且所设计出的线路还不可避免的具有以下几个方面的缺陷:

1)所形成的方案不一定是经济,技术上的最优方案

2)方案受人的主观影响大

3)工作强度大,设计工作繁琐。    

线路设计主要涉及平面,纵横断面,土方量,透视图等几个方面。在平面线性大体位置已定的情况下,由所建立的带状DEM内插出现纵横断面,自动绘制公路路线平面地形图。    对于线性工程一般采用带状DEM。为计算方便起见,可采用分段建立DEM的方式,但段与段之间所建立的DEM应有一定的重叠性,以保证待插高程点均不处于各DEM的边缘看,从而内插精度不会因为点所处位置不同而产生明显差异,建议采用顾及地形特征的带状TIN的快速建立法以提高效益,具体算法请参考文献。 

2、在水利建设工程中的应用 

一个水里枢纽要经过勘测,规划,设计等阶段,最后才能施工简称。传统的水利枢纽设计中的方案比选,因为涉及大量的重复计算,很难题提出较多的方案进行组合选择,而且设计周期较长,结果很可能遗漏了更好的设计方案,致使工程费用增加。采用计算机设计技术,可以实现水利枢纽设计半自动化,提高工作效率,在较多时间内对多种方案进行比较分析,从而选出最佳的布置方案。 

在水里枢纽规划设计阶段,地形图的主要作用是进行枢纽的布置。利用库区数字高程模型自动绘制库区等高线地形图是DEM在水利工程建设方面的应用。具体实现方法参照等高线的绘制。 

传统的库容量计算方法通常有图上量算和实地测量两种,这两种工作方法不仅工作量大,而且不易实现自动化。在众多方案的比较中,设计人员要进行很多重复性量测工作。采用计算机辅助设计技术,只需一次性将库区地形图进行数字化,建立库区DEM,针对不同的坝线,就可以快速,精确地计算出各种库容,并自动汇出水位,库容,水位—面积关系曲线。这不仅避免了繁杂的重复性工作,而且可加快设计速度,提高工作效率。 

坝址,坝线与坝形选择是水利枢纽设计的重要内容。其中,坝轴显出河谷断面图是坝形选择的决定性因素之一。绘制坝线出河谷断面图是在库区DEM上实现的。首先由设计人员提供坝线两端点的坐标,饶后建立坝线方程,进而计算该直线与网格的交点坐标,在内插这些点的高程,最后根据交点坐标与相应的高程来绘制断面图。

3、在遥感与制图中的应用 

1)单片修测用于正摄影像制作 

      由于航天遥感探测器自身结构性能未能达到理想水平或偏离设计指标,卫星运行时姿态的随机变化以及地球环境的影响,使遥感图像发生几何畸变。影响图像几何畸变的重要环境因素是地表曲率,地球旋转,大气折光和地面起伏。消除这些影响的过程交几何纠正,产生的影像叫正摄影像。 

遥感图像几何纠正所采用的数字模型可分为参数法和非参数法。参数法的数字模型通常采用多项式或共线方程。两种方法都需要量取足够数量的控制点,建立用于集合纠正的散点数字高程模型。单片修测的远离是先测地物,然后将测定的地物进行几何纠正或散点纠正,使测得的地物数据变成正摄投影的结果。 

2)在航天遥感数字图像定量解译中的应用 

   航天要干数字图像的定量解译,是指从航天遥感数字图像的灰度像元组合中,提取具有地理位置,长度,方向,面积和体积等准确量度的各种地面特性或地学信息。数字高程模型在航天遥感数字图像定量解译中的应用,主要是借助数字高程模型提高遥感图像的解译和分类精度。在经过多次的几何纠正的遥感图像上,叠加描述地面起伏的数字高程模型,可提高图像解译和分类的准确度,起到相互校核和修正的作用。 

3)在数字制图中的应用 

从高程矩阵中很容易得到等高线图,方法是把高程矩阵中哥像元的高程分成适当的高程类别,然后用不同的颜色或灰度输出每一类别。这类等高线图与传统的等高线图不同,它是高程区间或者可以看作某种精度的等高带,而不是单一的线。实际上两高程类别之间的分界线可视为等高线。 

从不规则三角网数据中产生的等高线是用水平面和TIN相交的办法实现的。TIN中的山脊,山谷线等数据主要用来引导等高线的起始点。形成等高线后还要进行第二次处理以便消除三角形边界上人为形成的线性。晕渲是地形表示的一种方法。传统的地貌晕渲图是凭借制图人员的美学修养由手工操作完成的。在数字制图环境下,可以方便的利用DEM数据实现地貌晕渲图的自动绘制。其基本原理是根据DEM数据矩阵计算研究区域各格网单元的坡度和坡向,然后将坡向数据与光源方向比较,面向光源的斜坡赋予浅色调灰度值,相反方向的斜坡则赋于深色调的灰度值,介于上述两者的斜坡则按大小赋予连续渐变的中间灰度值。

 
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