高程数据概述

地形测绘学、地形学、高程、TINS、LiDAR、地形阴影和等高线。 与海拔相关的数据有许多不同的术语。 本文回顾了 GIS 可用的基于高程数据集的一些术语和类型。 数字高程数据是分布在陆地表面上位置的高程测量值集。

什么是高程数据？

高程数据提供有关地球表面上的点相对于特定垂直基准（通常是海平面）高度的信息。 在大多数情况下， 高程数据的正值表示海平面以上的区域， 负值表示海平面或垂直基准面以下的区域。

高程数据是跨职能， 可能以不同的形式服务于地理、地质、城市规划和工程、环境监测和管理等学科。

高程数据的用途

高程数据有许多实际用途， 从环境到城市。坡度和坡向可以直接从高程得出。 高程数据可以从现有的等高线图、立体航空摄影的摄影测量分析、卫星图像（如STRM文章中所述）或用于收集LiDAR 数据的激光飞行生成。

在地形建模过程中， 从高程数据导出坡度、坡向和曲率， 为地质研究、地形分类和适宜性建模提供地形特征的洞察。

沿着密苏里河上游， 激光雷达点云描绘了河岸植被和河岸。 海拔以海拔米为单位显示， 范围从蓝色（河岸）到黄色和红色（树顶）。

高程数据集还用于场景分析， 范围从工程师对道路建设相关项目的剪切和填充要求的计算到视域分析。 视域分析（或视线）使用地形数据来确定给定点的区域的可见性。

在视域分析和研究中， 高程数据确定从特定视点可见的区域。 这些信息对于通信塔、风力涡轮机等结构的选址和观察自然特征至关重要。 例如，要建造风景路线的项目可以利用海拔来确定景观从各个点的可见性， 从而确定建造的最佳路径。

可以从高程数据中得出溪流、水文网络和流域， 以对水流和排水模式进行建模， 模拟和预测不同条件下的洪水行为， 并提供应急响应规划和洪泛区管理。

海拔数据通过提供海拔信息来增强导航系统， 特别是在航空和远足和登山等户外活动中。 高程数据的动态性和跨功能性使我们能够做出明智的决策、精确的建模以及对地球表面和生态结构的深入了解。

高程值

高程值最常显示相对于海平面的值。 因此，正值在大多数情况下用于指示海平面以上的区域， 负值表示地球上海平面以下的区域。

上图显示2004年和2005年，开展的一项深入的多波束测深研究， 绘制了旧金山湾中西部恶魔岛和天使岛周围、金门大桥下方以及太平洋入口处的海底测深图。 测深测量水下特征的深度。

创建高程数据

地理信息分析师和环境管理官员在采用高程数据方法时会考虑准确性、覆盖范围、详细程度、分辨率和适用性。 这些因素确保他们订阅的高程数据符合其项目目标和要求。

高程数据类型

有三种常见的 GIS 方法来描绘高程数据以创建统计表面：

• 规则网格
• 不规则三角网 (TIN)
• 轮廓

规则网格 - 高程数据

规则网格可能有不同的形式， 以提供结构化和系统的方式来表示高程数据， 从而实现地形特征的有效分析和可视化。 规则网格有数字地形数据（DTD）、数字高程模型（DEM）、数字地形模型（DTM）、数字地形高程数据（DTED）等几种类型， 其中应用最广泛的是 DEM。

DEM 提供了地球表面的数字表示， 该表示是使用卫星图像、光探测和测距 (LIDAR) 以及通过高程值网格进行立体空中三角测量等数据源创建的， 每个单元格代表地面上的特定位置。

GIS 软件程序中显示的激光雷达高程。

DEM 数据的一个显着缺点是它们需要大量的存储空间和计算资源， 并且质量可能会根据数据收集方法的分辨率和准确性而变化。 此外，解释 DEM 数据需要特定的技术专业知识， 并且可能需要进行处理和调整以纠正数据中的错误和伪影。

表示高程数据集的不同类型的规则网格有许多术语：

• DTD – 数字地形数据
• DEM – 数字高程模型
• DTM – 数字地形模型
• DTED – 数字地形高程数据

DEM 以规则的间隔存储高程值。 每个值代表该像元的高程值。 DEM 用于各种空间分析。 从 DEM 导出的最常见数据集是坡度、坡向、水文和流域。

不规则三角网 (TIN)

解决数据文件大小问题的一种方法是通过不规则三角网络 (TIN)。 TIN 是一种基于矢量的拓扑数据模型， 用于表示地形。正如名称所示， TIN 包含不规则间隔的三角形网络。 高浮雕区域将包含较高密度的小三角形， 而低浮雕区域将由较大的三角形表示。 TIN 可以在较小的数据集中存储更多的地形细节。

不规则三角网显示沿海岸线区域的海拔。

TIN 解决了​​有关大存储和计算资源的问题， 因为它是一种基于向量的拓扑模型， 使用不规则分布的三角形。因此， TIN 在准确表示复杂地形方面具有优势。 与其他表面表示方法（例如栅格网格）相比， TIN 的主要优点是它能够在需要更多细节的区域中精确地符合表面的复杂性， 并在需要较少细节的区域中进行概括。

然而，潜在的问题与三角形内未测量点的内插值相关。

地形轮廓

在保持艺术质量的同时传达地形信息的美观地图的情况可能需要轮廓。 等高线由连接相同海拔点的线组成， 可以直观地看到地形特征的形状和陡度。

等高线广泛用于地图上， 以简单的方式提供对地形的清晰了解， 并提供有关地形起伏的宝贵信息， 显示土地上升、下降或保持相对水平的位置。

等高线是指代表地球表面等高点的线。 一个同义词，但不常用的词是 hypsography。 这个词源自希腊语“Hypso”，意思是高度。

等高线间隔参考线之间的垂直距离。 例如，10 米等高线表示两条相邻线之间存在 10 米的海拔上升或下降。 线条之间的距离表示坡度：线条密集的区域表示地形陡峭。

高程数据中的地形是什么？

地形的变化被称为起伏。 起伏是指景观中的垂直高差。 低起伏是指海拔变化很小的景观， 如平原。 高起伏描述了一种海拔高度发生极端变化的景观， 就像在落基山脉或喜马拉雅山上可能发现的那样。

查找高程数据

互联网上有许多资源可用于查找要使用的高程数据集。 最著名的免费和低成本 DEM 来源是 USGS。 通过结合 Google Earth Pro 和 GPS Visualizer 网站上的工具， 可以免费访问特定地理位置的海拔数据。 为了查找特定地理位置的海拔高度， GPS Visualizer 网站使用 Google 数据， 通过接受该位置的坐标来实现这一点。

来自 GPS Visualizer 网站的 Google 地图 API。