DEM數據組織與管理.ppt

數字地面模型,張菊清長安大學地測學院,長安大學,數字地面模型,第二章DEM數據組織與管理,2.1概述,DEM即是地形曲面的數字化表達。建立DEM的實質就是地形數據的建模過程。,DEM建模過程,數字地面模型,長安大學,2.1概述,從地理現象到計算機存儲器，經過：,數字高程模型數據組織的目的就是要將所有相關的DEM數據通過數據庫有效地管理起來，并根據其地理分布建立統(tǒng)一的空間索引，進而可以快速調度數據庫中任意范圍的數據，實現對整個研究區(qū)域DEM數據的無縫漫游。,2.1概述,2.2DEM數據模型,鑲嵌數據模型：空間對象可用相互連接在一起的網絡來覆蓋和逼近，或者說用在二維區(qū)域上的網絡劃分來覆蓋整個研究區(qū)域。,規(guī)則鑲嵌數據模型,不規(guī)則鑲嵌數據模型,數字地面模型,長安大學,（1）規(guī)則鑲嵌數據模型,用規(guī)則的小面塊集合來逼近不規(guī)則分布的地形曲面。,正方形,正三角形,正六邊形,優(yōu)點：存儲量小，結構簡單，操作方便，因而非常適合于大規(guī)模的使用與管理。缺點：對于復雜的地形地貌特征，難于確定合適的格網大小。,特點：,數字地面模型,長安大學,（2）不規(guī)則鑲嵌數據模型,不規(guī)則鑲嵌數據模型是指用來進行鑲嵌的小面塊具有不規(guī)則的形狀和邊界。,三角形,四邊形,六邊形,特點：,優(yōu)點：能較好的顧及地貌特征點、線，逼真地表示復雜地形起伏特征，并能克服地形起伏變化不大的地區(qū)產生冗余數據的問題。缺點：數據量大，數據結構復雜且難以建立，TIN一般只適宜于小范圍大比例尺高精度的地形建模。,數字地面模型,長安大學,2.3DEM數據結構,數據結構研究的是數據的邏輯關系和數據表示。它是空間數據模型的表述，是相互之間存在一種或多種特定關系的數據元素的集合。,數字地面模型,長安大學,（1）規(guī)則格網數據結構（Grid）,數字地面模型,長安大學,規(guī)則格網數據結構（Grid）,數據結構：,簡單矩陣結構規(guī)則格網DEM數據文件一般包括對DEM數據進行說明的數據頭和DEM數據體部分。,數據頭：包括定義西南角起點坐標、坐標類型、格網間距、行列數、最低高程以及高程放大系數等。數據體：按行或列分布記錄的高程數字陣列。,數字地面模型,長安大學,Y,ArcViewDEM文件格式,數字地面模型,長安大學,規(guī)則格網數據結構（Grid）,行程編碼結構,塊狀編碼結構鏈碼結構四叉樹結構,數字地面模型,長安大學,（2）不規(guī)則三角網（TIN）,不規(guī)則三角網：將按地形特征采集的點根據一定規(guī)則連接成覆蓋整個區(qū)域且互不重疊的許多三角形，構成一個不規(guī)則三角網，通常稱為三角網DEM或TIN。,數字地面模型,長安大學,不規(guī)則三角網（TIN）,數據結構,鏈表結構,結構簡單，但三角形結構元素的拓撲關系卻是隱含的，不利于TIN模型的檢索和應用。,數字地面模型,長安大學,不規(guī)則三角網（TIN）,TIN的面結構,在基本鏈表結構的基礎上增加了用來描述三角形之間拓撲關系的數據，也即TIN面結構由坐標表、三角形頂點表以及鄰接三角形表三張表組成。,數字地面模型,長安大學,不規(guī)則三角網（TIN）,TIN的面結構,數字地面模型,長安大學,不規(guī)則三角網（TIN）,TIN的面結構,特點：由于存儲了三角形之間的鄰接關系，TIN內插、檢索、等高線提取、顯示以及局部結構分析都比較方便。不足之處是存儲量較大，而且在TIN的編輯中要隨時維護這種關系。,數字地面模型,長安大學,不規(guī)則三角網（TIN）,TIN點結構,點結構由坐標文件和三角形頂點的鄰接指針鏈組成。三角形頂點的鄰接點是指公用該頂點的所有三角形其余兩頂點的不重復頂點的集合。,數字地面模型,長安大學,不規(guī)則三角網（TIN）,TIN點結構,特點：存儲量小，編輯方便，但三角形及其鄰接關系需實時再生成，計算量比較大，不利于TIN的快速檢索和顯示,數字地面模型,長安大學,TIN邊結構從組成整個TIN模型的所有三角形中，抽取其不重復邊集所組成，其數據結構由邊的兩個頂點以及與之關聯(lián)的兩條邊表達。關聯(lián)邊要滿足三個條件：（1）分布在當前邊的兩側；（2）關聯(lián)邊與當前邊的夾角最??；（3）關聯(lián)邊頂點不重復。特點：存儲量比較小，非常適合等高線的提取，但編輯、內插以及檢索不太方便。,不規(guī)則三角網（TIN）,數字地面模型,長安大學,不規(guī)則三角網（TIN）,TIN的邊面結構由邊表和鄰接三角形表組成。特點：是所有結構中存儲量最大的，雖然在檢索、等高線提取等方便比較方便，但不利于動態(tài)更新和維護。,數字地面模型,長安大學,2.3DEM數據結構,（3）、混合數據模型,由于規(guī)則格網與不規(guī)則三角網各有優(yōu)缺點，在實際應用中，在大范圍內一般采用規(guī)則格網附加地形特征數據，構成全局高效、局部完美的DEM。,數字地面模型,長安大學,2.3DEM數據結構,數字地面模型,長安大學,（4）結構的選擇具體采用何種結構，一般考慮如下因素：數據的可獲取性；地形曲面特點以及是否考慮特征點、線；目的和應用原始數據的比例尺和分辨率,2.3DEM數據結構,數字地面模型,長安大學,2.4DEM數據庫結構,1、DEM的數據庫結構,數據庫結構實質上是一種索引結構，即通過建立空間索引，實現數據庫的快速查找、數據存取分析和分析操作等。,Grid的數據庫結構柵格DEM在數據庫中主要采用基于格網單元、分塊、分區(qū)的層次結構。通過“工程工作區(qū)行列”結構索引即可唯一確定DEM數據范圍內任意空間位置的DEM值。,數字地面模型,長安大學,2.3DEM數據庫結構,1、DEM的數據庫結構,TIN的數據庫結構,TIN把結點看作數據庫中的基本實體，拓撲關系的描述則在數據庫中建立指針系統(tǒng)來表示每個三角形與結點的鄰里關系、結點到鄰近點的關系、三角形到鄰里三角形的關系。這樣的指針系統(tǒng)保持了很高的查找效率。,2.3DEM數據庫結構,混合的數據庫結構對于混合結構的DEM數據，除了柵格結構的Grid數據外，主要是各種重要的地形特征數據，特別是各種線性特征數據,長安大學,數字地面模型,長安大學,標準分區(qū),標準分塊,格網單元,Grid的層次結構,行,列,數字地面模型,長安大學,TIN的數據庫結構,點實體的數據庫結構,三角形實體的數據庫結構,線的數據庫結構,數字地面模型,長安大學,大范圍的DEM數據具有海量數據特征，為了高效的進行數據檢索、無縫瀏覽，需要合理組織DEM數據。常用的方法是：在水平方向上將同一尺度的DEM數據劃分成一系列的塊，在垂直方向上將不同尺度DEM分層組織。,工程工作區(qū)圖幅的層次結構索引模式是當前GIS空間數據庫數據組織的一種常用方法。,1、DEM的數據組織,2.5DEM數據庫管理,數字地面模型,長安大學,1、DEM的數據組織,2.4DEM數據庫管理,對TIN來講，在按“工程工作區(qū)圖幅”這種方式組織數據時，應注意兩點：（1）由于TIN的每個圖幅區(qū)域的邊界不規(guī)則，為避免相鄰圖幅之間的接邊問題，一般在進行數據分幅時，各圖幅之間要有一定的重疊度；（2）TIN的不規(guī)則性。為快速對點所在三角形進行定位，有必要在圖幅內建立TIN的空間索引。,2.4DEM數據庫管理,2、幾項有效的技術措施（1）細節(jié)層次LOD。將描述同一對象的一系列不同分辨率和質量的矢量數據模型預先創(chuàng)建并保存在數據庫中，對于柵格數據，即是多分辨率的影像影像金字塔。（2）漸進描述技術用于控制場景質量，一般采取的策略是要么縮減可見的范圍，要么根據細節(jié)層次結構簡化數據質量；（3）動態(tài)裝載技術,長安大學,數字地面模型,長安大學,細節(jié)層次模型（LOD）,不同分辨率DEM的表示,關鍵問題：不同分辨率的自適應度和數據融合,2.4DEM數據庫管理,3、數據庫管理系統(tǒng)的職能（1）基本職能管理數據庫維護數據庫數據通訊，負責數據的流動,（2）附加功能數據顯示與查詢功能分析與應用示范功能數據提取功能建立空間索引和DEM數據遞交入庫功能DEM數據庫與其它數據庫的連接和數據復合顯示等功能權限控制功能,2.4DEM數據庫管理,數字地面模型,長安大學,DEM數據庫,元數據數據庫,矢量數據庫,數據庫服務器,Web服務器,數據庫,服務器,數據獲取,數據入庫,信息查詢,數據管理,數據加工,數據提供,權限管理,數據更新,系統(tǒng)維護,客戶,DEM數據庫管理,數字地面模型,長安大學,2.5DEM元數據,（1）定義元數據是關于數據的數據。它描述數據的內容、質量、狀況和其它特征，幫助人們定位和理解數據。,數字地面模型,長安大學,2.5DEM元數據,（2）元數據的作用可用性：用以確定是否存在關于某個地理位置的一組數據。適用性：用以評估這組數據是否適用。存?。河靡源_定獲得驗證過的數據的手段。變換：用以成功地處理和使用這組數據。,數字地面模型,長安大學,2.3DEM數據庫管理,（3）基本內容,項目,基本內容,基本標識信息,關于數據最基本的信息，如標題、地理覆蓋范圍、現勢性等,質量信息,數據體的質量評價，如位置和屬性精度、完整性、一致性等,數據組織信息,數據集中用來表示空間信息的機制，如空間位置采用矢量、柵格還是街道地址編碼或郵政編碼來表示,空間參考信息,坐標系統(tǒng)包括投影方式、投影采用的參數、平面基準、單位等,實體與屬性信息,關于數據集內容的信息，如內容、屬性、取值范圍等,發(fā)行信息,關于得到數據集的信息，如發(fā)行人、發(fā)行人地址等,元數據參考信息,關于元數據