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1、数字地面模型,张菊清 长安大学地测学院,长 安 大 学,数字地面模型,第二章 DEM数据组织与管理,2.1 概述,DEM即是地形曲面的数字化表达。建立DEM的实质就是地形数据的建模过程。,DEM建模过程,数字地面模型,长 安 大 学,2.1 概述,从地理现象到计算机存储器，经过：,数字高程模型数据组织的目的就是要将所有相关的DEM数据通过数据库有效地管理起来，并根据其地理分布建立统一的空间索引，进而可以快速调度数据库中任意范围的数据，实现对整个研究区域DEM数据的无缝漫游。,2.1 概述,2.2 DEM数据模型,镶嵌数据模型： 空间对象可用相互连接在一起的网络来覆盖和逼近，或者说用在二维区域上
2、的网络划分来覆盖整个研究区域。,规则镶嵌数据模型,不规则镶嵌数据模型,数字地面模型,长 安 大 学,（1） 规则镶嵌数据模型,用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形曲面。,正方形,正三角形,正六边形,优点： 存储量小，结构简单，操作方便，因而非常适合于大规模的使用与管理。 缺点： 对于复杂的地形地貌特征，难于确定合适的格网大小。,特点：,数字地面模型,长 安 大 学,（2）不规则镶嵌数据模型,不规则镶嵌数据模型是指用来进行镶嵌的小面块具有不规则的形状和边界。,三角形,四边形,六边形,特点：,优点： 能较好的顾及地貌特征点、线，逼真地表示复杂地形起伏特征，并能克服地形起伏变化不大的地区产生冗余
3、数据的问题。 缺点： 数据量大，数据结构复杂且难以建立，TIN一般只适宜于小范围大比例尺高精度的地形建模。,数字地面模型,长 安 大 学,2.3 DEM数据结构,数据结构研究的是数据的逻辑关系和数据表示。它是空间数据模型的表述，是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。,数字地面模型,长 安 大 学,（1）规则格网数据结构（Grid）,数字地面模型,长 安 大 学,规则格网数据结构（Grid）,数据结构：,简单矩阵结构 规则格网DEM数据文件一般包括对DEM数据进行说明的数据头和DEM数据体部分。,数据头：包括定义西南角起点坐标、坐标类 型、格网间距、行列数、最低高程以 及高程放大系数
4、等。 数据体：按行或列分布记录的高程数字阵列。,数字地面模型,长 安 大 学,Y,ArcView DEM文件格式,数字地面模型,长 安 大 学,规则格网数据结构（Grid）,行程编码结构,块状编码结构 链码结构 四叉树结构,数字地面模型,长 安 大 学,（2） 不规则三角网（TIN）,不规则三角网：将按地形特征采集的点根据一定规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角形，构成一个不规则三角网，通常称为三角网DEM或TIN。,数字地面模型,长 安 大 学,不规则三角网（TIN）,数据结构,链表结构,结构简单，但三角形结构元素的拓扑关系却是隐含的，不利于TIN模型的检索和应用。,数字地面模型,长
5、安 大 学,不规则三角网（TIN）,TIN的面结构,在基本链表结构的基础上增加了用来描述三角形之间拓扑关系的数据，也即TIN面结构由坐标表、三角形顶点表以及邻接三角形表三张表组成。,数字地面模型,长 安 大 学,不规则三角网（TIN）,TIN的面结构,数字地面模型,长 安 大 学,不规则三角网（TIN）,TIN的面结构,特点：由于存储了三角形之间的邻接关系，TIN内插、检索、等高线提取、显示以及局部结构分析都比较方便。不足之处是存储量较大，而且在TIN的编辑中要随时维护这种关系。,数字地面模型,长 安 大 学,不规则三角网（TIN）,TIN点结构,点结构由坐标文件和三角形顶点的邻接指针链组成。
6、三角形顶点的邻接点是指公用该顶点的所有三角形其余两顶点的不重复顶点的集合。,数字地面模型,长 安 大 学,不规则三角网（TIN）,TIN点结构,特点：存储量小，编辑方便，但三角形及其邻接关系需实时再生成，计算量比较大，不利于TIN的快速检索和显示,数字地面模型,长 安 大 学,TIN边结构 从组成整个TIN模型的所有三角形中，抽取其不重复边集所组成，其数据结构由边的两个顶点以及与之关联的两条边表达。关联边要满足三个条件：（1）分布在当前边的两侧；（2）关联边与当前边的夹角最小；（3）关联边顶点不重复。 特点：存储量比较小，非常适合等高线的提取，但编辑、内插以及检索不太方便。,不规则三角网（TI
7、N）,数字地面模型,长 安 大 学,不规则三角网（TIN）,TIN的边面结构 由边表和邻接三角形表组成。 特点：是所有结构中存储量最大的，虽然在检索、等高线提取等方便比较方便，但不利于动态更新和维护。,数字地面模型,长 安 大 学,2.3 DEM数据结构,（3）、混合数据模型,由于规则格网与不规则三角网各有优缺点，在实际应用中，在大范围内一般采用规则格网附加地形特征数据，构成全局高效、局部完美的DEM。,数字地面模型,长 安 大 学,2.3 DEM数据结构,数字地面模型,长 安 大 学,（4）结构的选择 具体采用何种结构，一般考虑如下因素： 数据的可获取性； 地形曲面特点以及是否考虑特征点、线
8、； 目的和应用 原始数据的比例尺和分辨率,2.3 DEM数据结构,数字地面模型,长 安 大 学,2.4 DEM数据库结构,1、DEM的数据库结构,数据库结构实质上是一种索引结构，即通过建立空间索引，实现数据库的快速查找、数据存取分析和分析操作等 。,Grid的数据库结构 栅格DEM在数据库中主要采用基于格网单元、分块、分区的层次结构。 通过“工程工作区行列”结构索引即可唯一确定DEM数据范围内任意空间位置的DEM值。,数字地面模型,长 安 大 学,2.3 DEM数据库结构,1、DEM的数据库结构,TIN的数据库结构,TIN把结点看作数据库中的基本实体，拓扑关系的描述则在数据库中建立指针系统来表
9、示每个三角形与结点的邻里关系、结点到邻近点的关系、三角形到邻里三角形的关系。这样的指针系统保持了很高的查找效率。,2.3 DEM数据库结构,混合的数据库结构 对于混合结构的DEM数据，除了栅格结构的Grid数据外，主要是各种重要的地形特征数据，特别是各种线性特征数据,长 安 大 学,数字地面模型,长 安 大 学,标准分区,标准分块,格网单元,Grid的层次结构,行,列,数字地面模型,长 安 大 学,TIN的数据库结构,点实体的数据库结构,三角形实体的数据库结构,线的数据库结构,数字地面模型,长 安 大 学,大范围的DEM数据具有海量数据特征，为了高效的进行数据检索、无缝浏览，需要合理组织DEM
10、数据。常用的方法是： 在水平方向上将同一尺度的DEM数据划分成一系列的块，在垂直方向上将不同尺度DEM分层组织。,工程工作区图幅的层次结构索引模式是当前GIS空间数据库数据组织的一种常用方法。,1、DEM的数据组织,2.5 DEM数据库管理,数字地面模型,长 安 大 学,1、DEM的数据组织,2.4 DEM数据库管理,对TIN来讲，在按“工程工作区图幅”这种方式组织数据时，应注意两点： （1）由于TIN的每个图幅区域的边界不规则，为避免相邻图幅之间的接边问题，一般在进行数据分幅时，各图幅之间要有一定的重叠度； （2）TIN的不规则性。为快速对点所在三角形进行定位，有必要在图幅内建立TIN的空间
11、索引。,2.4 DEM数据库管理,2、几项有效的技术措施 （1）细节层次LOD。将描述同一对象的一系列不同分辨率和质量的矢量数据模型预先创建并保存在数据库中，对于栅格数据，即是多分辨率的影像影像金字塔。 （2）渐进描述技术用于控制场景质量，一般采取的策略是要么缩减可见的范围，要么根据细节层次结构简化数据质量； （3）动态装载技术,长 安 大 学,数字地面模型,长 安 大 学,细节层次模型（LOD）,不同分辨率DEM的表示,关键问题： 不同分辨率的自适应度和数据融合,2.4 DEM数据库管理,3、数据库管理系统的职能 （1）基本职能 管理数据库 维护数据库 数据通讯，负责数据的流动,（2）附加功
12、能 数据显示与查询功能 分析与应用示范功能 数据提取功能 建立空间索引和DEM数据递交入库功能 DEM数据库与其它数据库的连接和数据 复合显示等功能 权限控制功能,2.4 DEM数据库管理,数字地面模型,长 安 大 学,DEM数据库,元数据数据库,矢量 数据库,数据库服务器,Web 服务器,数据库,服务器,数据获取,数据入库,信息查询,数据管理,数据加工,数据提供,权限管理,数据更新,系统维护,客户,DEM数据库管理,数字地面模型,长 安 大 学,2.5 DEM元数据,（1）定义 元数据是关于数据的数据。它描述数据的内容、质量、状况和其它特征，帮助人们定位和理解数据。,数字地面模型,长 安 大
13、 学,2.5 DEM元数据,（2）元数据的作用 可用性：用以确定是否存在关于某个地理位置的一组数据。 适用性：用以评估这组数据是否适用。 存取：用以确定获得验证过的数据的手段。 变换：用以成功地处理和使用这组数据。,数字地面模型,长 安 大 学,2.3 DEM数据库管理,（3）基本内容,项 目,基 本 内 容,基本标识信息,关于数据最基本的信息，如标题、地理覆盖范围、现势性等,质量信息,数据体的质量评价，如位置和属性精度、完整性、一致性等,数据组织信息,数据集中用来表示空间信息的机制，如空间位置采用矢量、栅格还是街道地址编码或邮政编码来表示,空间参考信息,坐标系统包括投影方式、投影采用的参数、平面基准、单位等,实体与属性信息,关于数据集内容的信息，如内容、属性、取值范围等,发行信息,关于得到数据集的信息，如发行人、发行人地址等,元数据参考信息,关于元数据本身的现势性、负责人、发行版本等描述信息,数字地面模型,长 安 大 学,2.3 DEM数据库管理,(4) 、元数据的表达方式,元数据的表达方式有多种，包括数字和非数字。最基本的元数据表达是文本文件，也可通过HTML（超文本链接表示语言）、SGML（通用表示语言）来表达。,数字地面模型,长 安 大 学,2.3 DEM数据库管理,（5）元数据库管理系统的主要功能： 元数据库编辑。 元数据查询和显示。 元数据的报表输出和打印,