数字地面模型是一个表示地面特征空间分布的数据库,一般用一系列地面点坐 标（x,y,z）及地表属性（目标类别、特征等）绗成数据阵列，以此组成数字地面模型。有时所指的地形特征点仅指地面点的高程，就将这种数字地形描述称为
数字高程模型（digital elevation model，DEM）。
产品简介
测绘学从地形测绘的角度来研究数字地面模型，一般仅把基本地形图中的地形要素、特别是高程信息，作为数字地面模型的内容。数字地面模型(DTM)，是要素的平面坐标(x，y)和其他物性质的数据集合。如果此属性高程z，则此数字地面模型又称为
数字高程模型(DEM)。这个数据集合从微分角度三维地描述了该区域地形地貌的空间分布。数字地面模型(DTM)作为新兴的一种数字产品，与传统的矢量数据相辅相成，各领风骚，在空间分析和决策方面发挥越来越大的作用。借助电脑和
地理信息系统软件，数字地面模型(DTM)数据可以用于建立各种各样的模型解决一些实际问题，主要的应用有：按用户设定的等高距生成等高线图、透视图、坡度图、断面图、渲染图、与
数字正射影像(DOM)复合生成景观图，或者计算特定物体对象的体积、表面覆盖面积等，还可用于空间复合、可达性分析、表面分析、扩散分析等方面。
发展过程
数字地面模型DTM( Digital Terrain Model)最初是美国麻省理工学院Miller教授为了高 速公路的自动设计于1956年提出来的。随着计算机的发展，工程设计的自动化，
土地信息系统（LIS）与地理信息系统（GIS）建立的需要,提出了用数字形式表示地面信息的方式，这 就是数字地面模型（DTM）。
数字地面模型( DTM)的研究经历了 4个阶段:20世纪50年代末是其概念形成的阶段； 60年代至70年代对DTM内插问题进行了大量的研究，如Schut提出的移动曲面拟合法等； 70年代中后期对采样方法进行了研究，其代表为Mikarovic提出的渐近采样及混合采样;80 年代以来，对DTM的研究已涉及DTM的各个环节，其中包括DTM表示地形的精度、地形分类、数据采集、DTM的粗差探测、质量控制，DTM数据压缩、DTM应用及不规则三角网的建立与应用等。
此后，它被广泛应用于社会经济建设的各个方面。如在测绘部门，用于绘制地形图、坡 度坡向图、正射影像图和景观图等;在国土部门，用于土地详查等;在水利、电力、铁路等建设 中，各种线路（水坝、输电线路、铁路、公路等）的设计及各种工程的面积、体积、坡度的计算， 任意两点间可视性判断及绘制任意断面图；在军事上可用于导航及导弹制导;在工业上可利 用数字表面模型DSM( Digital Surface Model)或数字物体模型DOM（ Digital Object Model）绘 制出表面结构复杂的物体形状。它是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状分析、 合理规划及洪水险情预报等。
模型组成
数字地面模型一般由以下三部分组成：
(1)用离散的形式将某一区域内一系列采样点的信息，按照一定的规则，存储在计算机中， 形成一个有限项的向量序列。通常用x，y表示平面坐标系，用z表示高程，各种平面地理信 息如建筑物、河流等用编码或分层方式表示。
(2) 给定某种数学方法来拟合地表形态。通过它可求得该区域任一平面位置点的高程，或者推算其他地面特征，如坡度、坡向等。
(3)实用程序块，主要完成坐标系的转换工作.
数字地面模型可用于道路设计的各个阶段.设计人员利用数字地面模型进行路线方案比 选，只需输入少量的设计参数，计算机按照编好的程序自动完成设计和分析比较工作，输出比 较结果.设计者可以轻而易举地对方案进行比较，选择较优方案，而不需重测。另外，数字地 面模型还广泛地用于道路初步设计和技术设计中，设计者做一些必要的外业调査和实测.就 可以直接利用计算机进行路线设计.除此之外，数字地面模型用于绘制地形图、路线平面图和 地形透视图,可以大大减轻设计人员的工作强度。
模型分类
数字地面模型可以按它的数据源，包含内容和结构形式等方而进行分类。
按数据源分类
1、以航空和航天遥感资料为数据源
以航摄立体像对为数据源：
主要是从航摄立体像对量取密集数字高程数据，建立数字高程模型。用于大比例尺的数字地形制图和土方估算等对高程精度要求较高的地形测绘和工程技术课题。
从航空摄影像片上也可以提取地物和资源、环境，人口等其它非地形地面特性信息，用于建立各种相应内容的数字地面模型。
以航天遥感图像为数据源：
a)以SPOT立体图像为数据源
一些研究表明，从法国
SPOT卫星立体图像获取数字高程，可用于输出1：50000制图比例尺和20米首曲线等高距的基本地形图。
b)以陆地卫星、SPOT和其它资源环境卫星遥感图像为数据源
可用来提取资源环境信息，建立资源环境的数字地面模型，也可以从这些航天遥感图像中提取人口、交通等信息，建立相应的数字地而模型。
2、以地形图为数据源
主要以比例尺不大于1： 10000的国家近期基本地形图为数据源，从中量取中等密度地面点集的数字高程，建立数字高程模型。通常还要从数字高程模型派生各阶地貌因子，构成数字地貌模型。用于地学分析，农、林和土地规划以及土地调查内业的航片图斑界线数字转绘等课题。
从各种比例尺的地形图中还可以提取水系、交通网、居民地，行政区界线等数字信息，建立相应的数字地而模型。
3、以地面实测记录为数据源
1)用电子速测仪(全站仪)或经纬仪配合袖珍计算机获取地面点观测数据，经适当变换处理后建成数字高程模型，一般用于小范围详细比例尺(比例尺大于1：5000)的数字地形测图和土方计算，对高程精度要求很高。
2)用气压测高法获取地面稀疏点集的高程数据，这样建立的数字高程模型用于大范围且高程精度要求较低的课题。
3)从水文站、气象站、地质勘探、重力测量等获取的记录数据，经内插计算，建立相应专题的数字地面模型。
4、以各种专题地图为数据源
从这类专题数据源建立的数字地面模型，它的三元组的第三维不是数字高程，而是数据源的专题要素取值。正如数字高程模型是地形图的一种等效数字形式，专题数字地而模别是专题图的一种等效数字形式。
5、以统计报表和行政区域地图为数据源
载荷社会经济信息的数据一般以行政区为统计单位，因此社会经济统计报表要与行政区域地图相配合，才能将报表数据变换为二维地理空间定位的数字地面模型数据。这类数字地面模型三元组的第三维数据是社会经济统计项目的取值。
按内容分类
1、综合性数字地面模型
与综合性地理信息系统相对应，一般是在全国范围按国家统一规范和标准存储的、包括地形，资源环境和社会经济等各项内容和二维地理空间定位的数字数据有序集合的总体。
2、区域性数字地面模型
它包括的信息内容和数据结构形式，与综合性数字地面模型类似，但覆盖范围已局限于某个行政区或自然区， 比例尺相应放大，框架线条趋细，与区域性地理信息系统相对应。
3、专题性数字地面模型
与专题性地理信息系统相对应，是以某研究专题为主要内容的数字地面模型，除了存储该专题的专业数据外，一般还存储数字地貌模型的部分地貌因子，特别是数字高程这一基本的单纯地貌因子。
4、单项数字地面模型
即地面信息类型数目为1(m=1)的数字地面模型，例如数字高程模型，地价数字地面模型，重力数字地面模型等等。
按结构形式分类
按结构形式分类，有规则格点(格网)数字地面模型，散点数字地面模型、等值线数字地而模型、曲面数字地面模型、线路数字地面模型、平面多边形数字地面模型和空间多边形数字地面模型等七类，其中空间多边形数字地面模型又可细分为坡元数字地面模型和不规则三角部分数字地面模型两个子类。
一个综合性数字地面模型中可以同时包含不同结构形式的单项数字地面模型。
1、规则格点(网)数字地面模型
把数字地面模型覆盖区划分成为规则格网，每个网格的大小和形状都相同，用相应矩阵元素的行列号来实现网格(点)的二维地理空间定位，第三维为专题类型、属性或等级信息的取值。将矩阵相邻行首尾相接，能将二维规则格网简化成为一维序列的数据结构，可顺序存储于磁带。这是数字地面模型最常见的结构形式。规则格点数字地面模型可直接从各类数据源扫描获取，或由其它结构形式的数字地而模型内插变换而成。
2、等值线数字地面模型
它以平面曲线轨迹的坐标串实现二维地理空间定位，第三维是专题信息类型或属性的取值，如某一高程数值，某一地温数值。一组平面坐标串只需配置一个第三维坐标的数据。
等值线数字地面模型可以直接从航摄立体模型。地形图或其它专题图(如等温线图)沿等值线数字化采集建立，也可以根据原始样点数据或别的结构形式，通过内插计算变换而成。
3、曲面数字地面模型
根据数字地面模型原始采集数据，按分块或剖分等内插单元展铺的连续曲面：I=f(x，y)。这类数字地面模型存储内插单元范围的原始样点坐标数据和曲面方程的系数，由它们可计算出内插单元内任一平面点位的第三维坐标数值，如高程，坡度、地磁强度、地阶等。
4、线路数字地面模型
地面特性信息的二维地理空间定位由沿线状地物中线的点列平面坐标串体现，第三维为界线或线状地物的类型、属性或等级取值。
5、平面多边形数字地面模型
对专题地图的多边形图斑界线以弧为单位进行数字化。弧是相邻图斑的整条边界，它的两个端点称作结点。按照图斑、弧、结点之间的拓朴关系，搜索各有关弧，使首尾相连成环，组成平面多边形数据文件，它的二维地理空间定位体现为弧点系列的乎面坐标串，第三维为图斑的地面特性类型、属性或等级的取值，一个图斑内部任一平面点位有相同的第三维坐标取值。
6、空间多边形数字地面模型
1)坡元数字地面模型：
与平面多边形数字地面模型有以下不同的地方：
a)它的弧为沿空间曲线分布的点列坐标串；
b)坡元的水平投影为凸多边形。坡元有基本一致的“坡度”和“坡向”，根据坡元的全部顶点可拟合一张平面：z=a0+a1x+a2y；
c)每个坡元的内部必有一个形心。
这类数字地面模型存储空间曲线弧的点列坐标串。弧名字符串．形心坐标以及平面方程的系数，所有这些数据确定它的二维地理空间定位。弧点和形心的高程数值不是数字地面模型意义上的第三维坐标，它们是拟合空间多边形平面方程或设计个别地貌因子时的辅助性数据．第三维数据是空间多边形的专题信息类型、属性或等级的取值。
2)三角剖分数字地面模型：
是坡元数字地面模型的一种特殊形式。当覆盖区内所有空间多边形的边数为3时，即为三角剖分数字地面模型。这类数字地面模型的边界弧仅含两个弧点，也就是它的结点。每个三角形必然包含于一个平面，它的点、弧、面的拓朴关系简单而明确，存储结构紧凑，检索方便，是常用的数字地面模型结构。
7、散点数字地面模型
它的二维地理空间定位由不规则分布的离散样点平面坐标实现，第三维为某类专题地面特性信息的取值。如一个地区全部土壤剖面数据的集合。
模型信息
数字地面模型中所包含的地面特性信息类型一般可分为下列四组：
1．地貌信息：高程、坡度、坡向、坡面形态及描述地表起伏情况的更为复杂的地貌因子；
2．基本地物信息：水系、交通网、居民点和工矿企业及境界线；
3．主要的自然资源和环境信息：土壤、植被、地质、气候；
4．主要的社会经济信息：人口、工农业产值、经济活动等。
其中第(1)、(2)两组是测绘部门关心的地形信息，第(3)，(4)两组是除测绘部门以外各有关部门所需要的非地形地面特性信息。例如，某土地利用地块图斑的土地类型为水田，其编码为“11”；假定该图斑由带有不同二维地理坐标的n个微小等边方格拼合而成， 则每个方格的土地利用取值也是“11”。又如，从统计报表中得知某村的人口总数为A，假定山该村行政境界围成的区域含有1个带不同二维地理坐标定位的微小等边方格，则任一方格的人口可取值为A/L。
应用范围
数字地面模型既然是地理空间定位的数字数据集合，凡牵涉到地理空间定位，在研究过程中又依靠计算机系统支持的课题，都必须建立数字地面模型；建立综合性地理信息系统是这类课题的代表。从这个角度看，建立数字地而模型是对地而特性进行空间描述的一种数字方法途径，数字地而模型的应用可遍及整个地学领域。如按专题或单项数字地面模型的应用进行分类，主要可分为：
1．工程建设应用；
2．遥感测绘应用；
4．农林应用；
5．土地管理应用；
6．灾情监控应用；
7．区域治埋开发应用；
8．其它应用。
以下对专题和单项数字地面模型的应用情况各举两个例子。
1．数字地貌模型应用
地理空间本质上是三维的，所以凡是需要作三维地理空间分析的课题，如坡面形成理论，泾流分布，缓坡开发。山区作物立地条件分析， 山地气候分析等等，都有必要建立数字地貌模型。地貌因子可多可少，应根据课题的具体需要来定义和设计必要而有效的各种地貌因子。
2．土壤数字地面模型应用
农，林业和水利、土木工程都离不开土壤，农、林业应用课题建立的土壤数字地面模型，需包含土壤的农学属性，如有机质含量、土壤质地、土壤水等等。水利，土木工程要求建立的土壤数字地而模型中，应包含土壤的力学特性，如承载力，塌落度等等。
3．数字高程模型应用
数字高程是数字地貌模型的必选地貌因子。所有综合性和区域性的数字地面模型以及绝大部分的专题性数字地面模型，都将数字高程模型作为它的必要组成部分。
4．城镇土地等级数字地面模型应用
在城镇范围内，以格网或等值线表述任意部位地块等级的数字地面模型，是城镇
土地管理信息系统的主要组成部分。