第一章 绪论

1.1 研究背景

地球是人类生活和活动的承载体。多年以来，我们为了更充分的认识自然客体和改造

自然，总在不懈的努力尝试用不同的方式方法来描述、表达人所处的环境，其中地形图就

是一个有代表性的测绘表述变迁的缩影。从最开始的象形符号抽象的雏形到后来的在二维

介质上对三维表面进行地形写景图，地貌写景图等描述是一个进步，但写景方式不具备可

量测性，所以还是很局限的。随着测绘技术发展，地形的表达也由写景式的定性表达过渡

到了以等高线为主的矢量化表达。航空摄影测量，遥感技术提供的影响都在对三维现实世

界的模拟。但是有一个矛盾体，那就是对于地形表面形态而言，一方面我们尽可能的从几

何角度去理解和描述以解决实际应用中的可量测性；另外一个方面它本身是一种三维景观

现象，对于其表述要考虑生理视觉感受，我们总是希望能够尽可能的直观形象逼真。从 20

世纪四十年代开始的计算机图形学、计算机辅助制图等相关学科和理论的发展，使得在测

绘领域，在图形表达表述方面发生了从模拟表达时代走向了数字表达时代，有了质的飞跃。

其中地理信息系统(GIS )及数字高程模型(DEM )学科或技术显得尤为重要。

地理信息系统，简称 GIS (Geographical Information System ), 它源于 20 世纪 60 年代

初期加拿大测量学家 Tomlinson 的 “把地图变成数字形式的地图，以便计算机进行处理与

分析”的观点，但是在技术工具处理中，则是利用计算机存贮、处理地理信息，并且在计

算机软、硬件支持下，把各种资源信息和环境参数按空间分布或地理坐标，以一定的格式

或者分类输入、处理、存贮、输出，用以满足其应用需要的人机交互系统。因此 GIS 的本

质是在二维地理空间基础上实现对地下、地表和空中诸地理信息的数字化表达和管理。当

然地理信息系统技术发展到当前，功能不再是当初的局限于查询、检索和制图，而是丰富

到空间分析、建模、决策等诸多方面，在数据管理上则从简单的栅格数据、矢量数据管理

转向多元数据融合，在现实生活中应用的很活跃，也很充分。

美国 MIT 摄影测量实验室主任 Chaires.L.Miller20 世纪 50 年代在解决道路工程的计算

机辅助设计问题这一课题时，首次提出数字地面模型概念。后来的发展对于其概念有如下

的定义，数字地面模型(DTM ，Digiatl Terrain Mode)是以数字形式存储的地球表面上所有信

息的总和，是描述地面诸特征空间分布数值的集合，是地形表面形态等多种信息的一种数

字表示。若只考虑 DTM 的地形分量，通常称其为数字高程模型 DEM(Digiatl Elevation

Model) 。DEM 是表示区域 D 上的三维向量有限序列，用函数的形式描述为：

v (x, y, z)i1, 2,3, n x , y z (x, y )

i i i i 其中， i i 是平面坐标， 是i i i 对应的高程值。当该序列中

各平面向量的平面位置呈规则格网排列时，其平面坐标可省略，此时，DEM 就简化为一维

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向量序列 。

从数字化表达这一意义上来讲，数字高程模型 (DEM )是地理信息系统 (GIS )在概

【47】 DEM GIS

念和方法上的萌芽 。 作为地表信息的集合，自然是 空间数据库的核心和各种

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地学分析的基础数据，也成为 GIS 的分析对象。虽作为 GIS 的原型系统和雏形，但DEM

在 GIS 的发展中对 GIS 的数据采集、数据组织、数据分析和可视化方面的贡献却是非常大，

DEM 中的许多算法和方法可以不加修改地应用到GIS 数据处理中，DEM 不仅仅是 “4D ”

产品之一和简单的数据集合，更是一种地理信息数据处理的技术和方法。

数字高程模型做为一种数字表达形式，它的优越性是传统的表现方式比如等高线地形

图等所无法比拟的。首先是其数据可以直接输入计算机来应用。第二，普通的地形图表现

信息相当的唯一，比如纸质的旅游图、交通图、专题图、工程施工用的地图等都是有一个

方面的侧重但是不能涵盖其它数据，但是数字高程模型可以多层数据结构来存贮丰富的信

息