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1、 第 11 章 地形分析 数字高程模型（ DEM）是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM 除了包括地面高程信息外，还可以派生地貌特性，包括坡度、坡向等，还可以计算地形特征参数，包括山峰、山脊、平原、位面、河流和沟谷等。建立 DEM 的方法有多种，按数据源及采集方式主要有：根据航空或航天图像，通过摄影测量途径获得；野外测量或者从现有地形图上采集高程点或者等高线，后通过内插生成 DEM 等。 DEM 广泛用于生产地图产品，如等高线地图、正射地图等；还用于高速路和铁路的规划；在遥感中， DEM 用于制图、正射校正 和土地利用分类。 11.1 立体像对 DEM自动提取 DEM

2、自动提取向导 第一步 输入立体像对 （ 1） 在主菜单中，选择 File-OpenExternal File-EOS-Aster,选择 AST_L1A.hdf文件打开。 （ 2） 在主菜单中，选择 Topographic-DEM Extraction Wizard-New,打开 DEM Extraction Wizard 对话框 （如图 11.1） ，分为 9 个小步骤。 （ 3） 单击 Select Stereo Images 按钮，选择 ASTER VNIR Band3N 作为左视图像（ Left image） ,ASTER VNIR Band3B 作为右视图像。 （ 4） 系统自动根据自

3、带的星历参数文件获得图像区域的最大高程和最小高程，也可以根据已知信息手动输入。 （ 5） 单击 Next 按钮，进入 Step2 操作。 图 11.1 DEM Extraction Wizard 对话框 第二步 定义地面控制点 ENVI提供三种定义控制点方法 （如图 11.2） 。 （ 1） No GCPS(relative DEM value only)无控制点，选择这个选项得到的 DEM 是相对高程。 （ 2） Define GCPs Interactively,交互式选择控制点。 （ 3） Read GCPs From File，从外部文件读取控制点（ .pts）。 本例中选择 No G

4、CPS(relative DEM value only),单击 Next，进入 Step4 操作。 图 11.2 选择定义地面控制点方式 第三步 定义连接点 ENVI提供三种定义连接点方法： （ 1） Generate Tie Points Automatically，基于区域灰度自动寻找重叠区的连接点。 （ 2） Define Tie Points Interactively，人工交互式 定义连接点。 （ 3） Read Tie Points From File，读取外部连接点文件。 本例中选择的是 Generate Tie Automatically，按照上述内容设置好参数 ，如图 11.

5、3。 （ 1） 连接点数目（ Number of Tie Points）： 40 （ 2） 搜索窗口消息（ Search Windows Size） :101 （ 3） 移动窗口大小（ Moving Window Size） :15 （ 4） 平均高程（ Region Elevation） :自动从图像中读取。 （ 5） 是否检查连接点（ Examine and Edit Tie Points） :Yes。 （ 6） 单击 Next 按钮，进入查看 /添加 /编辑连接点步骤 。 （ 7） 利用这个对话框上的功能按钮手动添加新的连接点，编辑已选择的连接点。 （ 8） 当连接点数量打印 9 个，且

6、最大 Y 方向视差的值小于 10（以像素为单位）时，单击 Next 按钮，进入 Step6。 图 11.3 自动寻找重叠区的匹配点 图 11.4 查看 /添加 /编辑连接点 在 Step6 中，利用连接点计算生成核线图像，核线图像描述了立体像对之间的像素关系，可以利用立体眼镜浏览 3D 效果。 图 11.5 生成核线图像 图 11.6 设定 DEM 投影参数 第四步 设定输出参数 Step7 是设定输出 DEM 的投影参数、像元大小和范围 （图 11.6） ，单击 Next 按钮，进入 Step8。 Step8 是设定生成 DEM 参数 （图 11.7） 。 图 11.7 设定生成 DEM 参

7、数 第五步 输出 DEM 及检查结果 到 Step9 已经产生了 DEM 结果，单击 Load DEM Result to Display 按钮，将产生的 DEM显示在 Display 中。 图 11.8 第六步 编辑 DEM 到 Step9已经产生了 DEM结果，单击 Load DEM Result to Display with Editing Tool按钮，打开 DEM 编辑窗口，对生成的 DEM 进行编辑 。 单击 Save 按钮，将整个操作流程保存为工程文件；单击 Finish 按钮，完成整个 DEM提取流程。 11.2 等值线插值生成 DEM 11.3 地形模型计算 ENVI 可以

8、从 DEM 上计算一些地形模型，包括坡度（ Slope）、坡向（ Aspect）、阴影地貌图像 (Shaded Relief)、剖面曲率 (Profile Convexity)、水平曲率 (Plan Convexity)、纵向曲率(Longitudnal Convexity)、横向曲率 (Cross Sectional Convexity)、最小曲率 (Minimum Curature)、最大曲率 (Maximum Curature)以及均方根误差 (RMS Error)。 (1) 在 ENVI主菜单中，选择 Topographic-Topographic Modeling，在 Topo Mo

9、del Input DEM 对话框中，选择一个 DEM 文件，然后单击 OK 按钮，打开 Topo ModelParameters 对话框。 图 11.9 Topo Model Parameters 对话框 （ 2）在 Topo Model Parameters 对话框中，选择地形核大小（ Topographic Kernel Size）为 5。可以使用不同的变换核提取多尺度地形信息，变换核越大，处理速度越慢。 （ 3） Select Topographic Measures to Compute 列表中，选择要计算的地形模型。 （ 4）如果选择了“ Shaded Relief” ,需要输入或

10、计算太阳高度角和方位角。 （ 5）选择输出路径及文件名，单击 OK 按钮，执行地形模型计算。 （ 6）得到的结果是一个多波段 图像文件，每一个地形模型组成一个波段。 11.4 地形特征提取 ENVI能够从 DEM 中提取地形特征，包括山顶（ Peak）、山脊（ Ridge）、平原（ Pass）、水平面（ Plane）、山沟（ Channel）和凹谷 (Pit)。 （ 1） 在 ENVI 主菜单中，选择 Topograghic-Topographic Features;然后在 Topographic Feature Input DEM 对话框中，选择 DEM 文件数据，点击 OK 按钮，打开 Topographic Features Parameters 对话框中，需要设置一 些参数。 图 11.10 Topo features Parameters 对话框 （ 2） 地形核大小（ Topographic Kernel Size） :7 （ 3） 在 Select Feature to Classify 列表中，选择所有的地形特征。 （ 4） 选择输出路径及文件名，单击 OK 按钮，执行地形特征提取。 （ 5） 得到的结果是 ENVI的分类图像。