空間數(shù)據(jù)查詢分析

1、第四章 空間數(shù)據(jù)的查詢與分析4.1 查詢與量算【學(xué)時安排】2 學(xué)時【目的要求】1、理解圖文互訪；2、掌握點、線、面相互關(guān)系的查詢；3、了解地址匹配查詢與量算?！局攸c難點】點、線、面相互關(guān)系的查詢。【教學(xué)方法與手段】示例式、啟發(fā)式教學(xué)方法，多媒體、軟件演示教學(xué)手段。一、空間關(guān)系的類型空間關(guān)系主要是指地理實體之間的位置關(guān)系，即點、線、面三類基本數(shù)據(jù)之間的關(guān)系， 它們兩兩相關(guān)，顯然有六種關(guān)系，即：1、點點關(guān)系點和點之間的關(guān)系主要有兩點 （通過某條線） 是否相連， 兩點之間的距離是多少？如城 市中某兩個點之間可否有通路， 距離是多少？這是在實際生活中常見的點和點之間的空間關(guān) 系問題。2、點線關(guān)系 點和

2、線的關(guān)系主要表現(xiàn)在點和線的關(guān)聯(lián)關(guān)系上。 如點是否位于線上， 點和線之間的距離3、點面關(guān)系 點和面的關(guān)系主要表現(xiàn)在空間包含關(guān)系上。 如某個村子是否位于某個縣內(nèi)？或某個縣共 有多少個村子？4、線線關(guān)系線和線是否鄰接、 相交是線和線關(guān)系的主要表現(xiàn)形式。 如河流和鐵路的相交， 兩條公路 是否通過某個點鄰接？5、線面關(guān)系線和面的關(guān)系表現(xiàn)為線是否通過面或和面關(guān)聯(lián)或包含在面之內(nèi)？6、面面關(guān)系 面和面之間的關(guān)系主要表現(xiàn)為鄰接和包含的關(guān)系。二、圖文互訪圖文互訪是最常用的查詢， 主要有兩類： 第一類是按屬性信息的要求來查詢空間位置， 俗稱“文查圖 ”，如查出土地級別為一級地塊的空間分布情； 第二類是按空間位置來查

3、詢屬性 信息， 俗稱“圖查文 ”。最常用的是在圖形顯示屏幕前， 把光標移到某些點、 線、面（多邊形） 上，查出這些點、線、面有關(guān)的文字屬性信息。三、點、線、面相互關(guān)系的查詢1、面-面查詢：與某個多邊形相鄰的多邊形是哪些；2、 面線查詢：某個多邊形的邊界是哪些線（鏈）；3、面-點查詢：某個多邊形內(nèi)有哪些點狀要素；4、線-面查詢：某條線經(jīng)過（或穿過）哪些多邊形，某條鏈的左、右多邊形是哪些；5、線-線查詢：與某條河流相連的支流是哪些，某些道路跨過哪些河流；6、線-點查詢：某條道路上有哪些橋梁，某條輸電線路上有哪些變電站；7、點一面查詢：某個點落在哪個多邊形內(nèi)；8、點線查詢：某個結(jié)點由哪些線（鏈）相交

4、而成。9、開窗”查詢：在圖形顯示屏幕上用光標臨時劃定一個不規(guī)則的多邊形，好像在背景地 圖上開了一個 窗”然后查出和該窗口有關(guān)的點、線、面及其屬性信息。拓撲結(jié)構(gòu)的矢量模型很容易實現(xiàn)上述功能。四、地址匹配查詢從街道的自然地址來查詢事物的空間位置是GIS的一種特有的查詢方法，這種查詢往往建立在類似 DIME和TLGER的地理編碼基礎(chǔ)上， 利用這種地理編碼， 輸入街道的門牌號 碼，就可知道大致的位置和所在的街坊。（如圖4- 1所示）。這對與空間分布有關(guān)的社會、經(jīng)濟調(diào)查與統(tǒng)計很有用， 因為只有在調(diào)查表上填了地址，計算機就會自動地從空間位置的角度來作統(tǒng)計、分析。另外，這種查詢也經(jīng)常用在公用事業(yè)管理、事故分

5、析等方面，如郵政、 通訊、供水、供電、治安、消防、醫(yī)療等。文件】莊址址御苗點媾中時3213ZZ5213去玄DIME文件記錄示意五、空間數(shù)據(jù)的查詢檢索空間數(shù)據(jù)的查詢檢索是地理信息系統(tǒng)中最基本的分析功能，通過它，用戶可以進一步獲取很多派生空間數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)的查詢檢索實質(zhì)上是按一定條件對空間目標的位置和屬性信息進行查詢，以形成一個新的數(shù)據(jù)子集，可大致分下面幾種：1、定位查詢用于實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢。如將光標指向屏幕上圖形的某一部分時，可得到相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。相反，當(dāng)光標指向?qū)傩詳?shù)據(jù)中某一數(shù)據(jù)項時，在屏幕上顯示該數(shù)據(jù)項 相關(guān)聯(lián)的圖形。定位查詢是最基本的查詢功能。2、分層查詢 用于查詢分層存放

6、的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。如當(dāng)?shù)貓D的地理要素分成行政界線、交通、 水系及居民地等層時，為了提取行政界線可只查詢行政界線層。3、區(qū)域查詢 用于在屏幕上開一窗口或指定一任意多邊形區(qū)域， 并查詢該區(qū)域內(nèi)的所有圖形數(shù)據(jù)及相 關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。此外，也可檢索點、線、面的一定范圍內(nèi)的圖形數(shù)據(jù)及相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。4、備件查詢 根據(jù)數(shù)據(jù)項與運算符組成的條件表達式來查詢圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。 這里所說的運算符 包括：算術(shù)運算符“ +,X,+”；關(guān)系運算符“=,<,>,< ,>”及邏輯運算符“U,Q ”等等。5、空間關(guān)系查詢它又稱拓撲查詢。 空間目標之間拓撲關(guān)系分兩類： 一種是幾何元素之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，

7、 如 點、弧段和面之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系， 用來描述和表達幾何元素間的拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 另一種是空間 目標之間的位置關(guān)系，用來描述所表達幾何元素之間的分布特征，如鄰接關(guān)系、包含關(guān)系、 重疊關(guān)系、方向關(guān)系等。空間關(guān)系查詢的目的是檢索與指出相關(guān)的空間目標。(1) 面面關(guān)系。查詢并判斷兩個面狀地物之間是否相鄰、包含、相交以及方向距離關(guān) 系。例如查詢某一湖泊周圍的土地類型，就是查詢同湖面相鄰接區(qū)域的圖形屬性。(2) 線一線關(guān)系。查詢并判斷線與線之間是否有鄰接、相交、平行、重疊以及方向距離 關(guān)系。例如，查詢河流的支流就是查詢同主流相交的河流。(3) 點點關(guān)系。查詢并判斷點與點之間的距離、方向及重疊關(guān)系。例如，查詢

8、某居民點 周圍距離小于2畑的商店。(4) 線面關(guān)系。查詢并判斷線與面之間的距離、方向、相交及重疊等關(guān)系。例如，求 通過某縣的公路或某一高速公路所經(jīng)過的縣、市。(5) 點一線關(guān)系。查詢并判斷點與線之間的距離、方向及重疊的關(guān)系。例如，查找某一 條河流上的橋梁或通過某一居民點的公路。(6) 點一面關(guān)系。查詢并判斷點與面之間的距離、方向及包含關(guān)系。例如查找某林區(qū)內(nèi) 的消防站。六、量算常用的簡單量算有： 累計某個多邊形內(nèi)某種點狀要素的數(shù)量； 兩點之間或點到線的距離； 線的長度和線的非直線系數(shù)(曲線長度 /該線起終點的直線距離) ； 多邊形的周長和面積；多邊形的形心位置； 居住人口的重心位置； 某施工場地

9、填、挖方的體積等等。4.2 空間分析的方法【學(xué)時安排】3.5 學(xué)時【目的要求】1、掌握緩沖區(qū)分析；2、掌握拓撲疊加分析；3、理解邏輯關(guān)系分析；4、掌握相關(guān)與連接?！局攸c難點】空間分析的方法?！窘虒W(xué)方法與手段】示例式、啟發(fā)式教學(xué)方法，多媒體、軟件演示教學(xué)手段。一、緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)是根據(jù)數(shù)據(jù)庫中事物的點、線、面實體，自動建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形，如圖4-2、圖4-3、圖4-4所示。例如，修造一條鐵路，要知道鐵路兩邊30m所涉及的房區(qū)及橋梁；修建一個飛機場需要定出周圍一定范圍內(nèi)居民的搬遷數(shù)等。在建立點的緩沖區(qū)時，只需要給頂半徑繪圓即可。 面的緩沖區(qū)只朝一個方向，而線的緩沖 區(qū)需在線的左

10、右配置。下面簡要介紹線 的緩沖區(qū)的建立思路。 在建立緩沖區(qū)時, 通常首先要對線進行化簡，以加速緩沖 區(qū)建立的速度。建立線的緩沖區(qū)就是生 成緩沖區(qū)多邊形，只需在線的兩邊按一定的距離繪平行線，并在線的兩端點處 繪半圓，就可連成緩沖區(qū)多邊形。對一 條線所建的緩沖區(qū)有可能重疊，如圖 4-4b。這時需去重疊的部分。基本思路 是：對緩沖區(qū)邊界求交點，并判斷每一 交點是出點還是入點，以決定交點之間 的線段是保留還是刪除，這祥就可以得 到島狀的緩沖區(qū)。在對多條線建立緩沖 區(qū)時，可能會出現(xiàn)緩沖區(qū)之間的重疊，這+ +a點緩沖匿b線緩沖匿:團緩沖區(qū)圖4-2不同類型實體緩沖區(qū)的建立（據(jù)ESRI，佃88）時需把緩沖區(qū)內(nèi)

11、部的線段刪除，以合并連通的緩沖區(qū)如圖4-3b、圖4-3c。艮原圖h緩沖區(qū)操作©緩沖區(qū)結(jié)果圖4 3 多個特征緩沖區(qū)圖形的處理 （據(jù)ESRI ,佃88）圖4 4同一特征緩沖區(qū)圖形的處理二、拓撲疊加分析拓撲疊加分析是把分散在不同層上的空間屬性信息按相同的空間位置加到一起，合為新的一層。該層的屬性由被疊加層各自的屬性組合而成。這種組合可以是簡單的邏輯合并的結(jié)果，也可以是復(fù)雜的函數(shù)運算的結(jié)果。拓撲疊加分析是地理信息系統(tǒng)最基本最常用的分析功 能。按疊加形式可分為點與點的疊加、面與面的疊加（如圖4 5）、線與面的疊加、點與面的疊加。從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的角度看，疊置分析有柵格疊置分析和矢量疊置分析。它們分別

12、針對柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，兩者都用來求解兩層或兩層以上數(shù)據(jù)的某種集合。只是柵格疊置得到的是新的柵格屬性， 而矢量疊置實質(zhì)上是實現(xiàn)拓撲疊置，疊置后得到包括新的空間特性和屬性關(guān)系。在拓撲疊置時，如多邊形疊置時可能產(chǎn)生許多較小多邊形，其中有些多邊形是由于同一線段多次輸人時引人誤差面產(chǎn)生的。這些多邊形并不代表空間實際的變化，稱為偽多邊形，通常由用戶指定一些容差值來消除。在柵格疊置時，尤其是當(dāng)疊加要素較多時，可能產(chǎn)生很多組合，這些組合其數(shù)量可能很大，使用戶無法接受。 這時往往希望在疊置前或疊置后先進行聚合或聚類處理，這祥就引人疊置條件的概念。圖 4 5 面與面的疊加(據(jù) Introduction

13、to Geoinomation Management )1、 點與點的疊加點與點的疊加通常是在柵格模型中進行。2、 面與面的疊加面與面的疊加是將兩個多邊形層疊加到一起，合成一個新的多邊形。面與面的疊加在城市規(guī)劃及土地管理中用途程廣。面與面的疊加如圖4 5所示。3、線與面的疊加線與面的疊加是將一個線狀元素或網(wǎng)絡(luò)狀元素與多邊形疊加。例如:線為道路網(wǎng)，面為市區(qū)某區(qū)塊，則可得到該區(qū)內(nèi)道路分布狀況及密度、內(nèi)部交通流量、進入和離開交通量等。線與面的疊加分析如圖4-6。點與面的疊加可以分析每個多邊形內(nèi)某類點狀元素 的多少或哪些點落在哪些多邊形內(nèi)，常用于各種事物 分布分析，如查看 GPS控制點的分布情況等。三

14、、邏輯關(guān)系分析用邏輯表達式來分析處理重合點的非幾何特性之間 的邏輯關(guān)系，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)復(fù)合、提取、刪除等操作。 常用邏輯運算包括：1、邏輯交運算 若子集為A , B，對其進行邏輯交 運算，得交集c= An B，如圖4 7a所示。如子集A為45479036針葉林區(qū)，子集B為坡度小于15°,邏輯交運算后得子 集C,它表示既是針葉林又是坡度小于15°的區(qū)域。2、邏輯并運算若子集為A , B，對其進行邏輯圖46線與面的疊加(據(jù) Understanding GIS )并運算得C = AUB，如圖4 4b所示。上述A , B兩子集，經(jīng)邏輯并運算后得子集C,它表示該區(qū)域是針葉林或坡度小于

15、15°的區(qū)域。3、邏輯非運算若子集為A , B,對其進行邏輯非運算可表示為C = A B,如圖4 一7c所示。上述A, B兩子集，經(jīng)邏輯非運算后得子集C,它表示坡度不小于 15° （即大于等于15° ）的針葉林區(qū)。h邏榊井-a*交圖4 7 邏輯運算四、相關(guān)和連接地理信息系統(tǒng)包括兩種類型的數(shù)據(jù)：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，它們都定義每一個特征。為了使每一個特征的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間建立起聯(lián)系，使它們二者相關(guān)”就需要對這兩種記錄類型存儲一個公用的特征序號。例如：對于每一個特征值可利用唯一的ID序號，使其坐標與屬性之間建立起相關(guān)關(guān)系。同樣，任何兩個表，只要它們共享一個公共的屬

16、性，就可以連接"在一起。相關(guān)是利用一個公共項，在兩個表的相對應(yīng)記錄中建立起聯(lián)系。關(guān)系連接是利用一個公共項，將兩個表在物理上組合在一起的相關(guān)操作。4.3 執(zhí)行空間分析的步驟【學(xué)時安排】3.5學(xué)時【目的要求】1、掌握執(zhí)行空間分析的步驟；2、針對具體問題會進行空間分析。【重點難點】空間操作方法的選擇。【教學(xué)方法與手段】啟發(fā)式、案例教學(xué)方法，多媒體、軟件演示教學(xué)手段。-、執(zhí)行空間分析的步驟（一）建立分析目的和標準以公園選址為例，可能用到的標準有：1、 公園的位置必須是從主要公路上容易到達的，但又不能太靠近公路， 以減少燥聲或其它 干擾；2、公園應(yīng)設(shè)計成環(huán)繞著一條天然的小河流；3、使公園的可利

17、用面積最大，公園中應(yīng)很少或沒有沿河流分布的沼澤地。每個標準可以利用像建立緩沖區(qū)、 線段與多邊形以及多邊形與多邊形的疊加之類的空間 操作來進行分析。在完成這些操作之后，就可以對適合于建造新公園的不同土地區(qū)域作出評 價。（二）準備空間操作的數(shù)據(jù)這一步驟用于確定和準備分析中所要用到的數(shù)據(jù)。例如：可能需要對存儲特殊屬性的單位進行轉(zhuǎn)換（如將以平方英尺為單位存儲的面積測量數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換為以英畝為單位存儲）。（三）進行空間操作空間操作包括建立特征緩沖區(qū)，進行拓撲疊加、特征提取、特征合并等。對于公園選址的例子來說，對每項標準的說明都可以用來確定需要進行的一系列空間操作，如：公園的位置必須是從主要公路上容易到達的，

18、但又不能太靠近公路，以減少燥聲或其它干擾”這這段說明可以轉(zhuǎn)換為下面一系 列空間操作：1、在研究區(qū)中確定出主要公路；2、沿主要公路產(chǎn)生 0.5Km寬的緩沖區(qū)；3、沿主要公路產(chǎn)生 2Km寬的緩沖區(qū)；4、 去掉寬窄兩個緩沖區(qū)重疊的部分（如圖4 8）。公園應(yīng)設(shè)計成環(huán)繞著一條天然的小河流”可以轉(zhuǎn)換為：將河流的線段疊加到上面產(chǎn)生的緩 沖區(qū)的結(jié)果上，使二者相交，從而可以確定位于 距公路適當(dāng)范圍內(nèi)的那些河段（如圖4 9）。圖4 8 對道路建立緩沖區(qū)確定公園位置圖4 9緩沖區(qū)與河流數(shù)據(jù)的疊加使公園的可利用面積最大，公園中應(yīng)很少或沒有沿河流分布的沼澤地 ”這段說明可以 轉(zhuǎn)換為：在一個沼澤地的多邊形上，對上面選出的

19、河段進行線與多邊形的疊加， 疊加的結(jié)果 可以確定一些河段，使整個河岸長度都可用于野餐、散步等（如圖 4- 10）。圖4 10緩沖區(qū)與沼澤地數(shù)據(jù)的疊加（四）準備表格分析的數(shù)據(jù)（五）進行表格分析利用邏輯表達式和算術(shù)表達式可以對在第三步中進行的空間操作所獲得的新的屬性關(guān) 系進行分析。例如，在第一步中用于公園選址的標準，可以改變成下面的表達式：公園的位置必須是從主要公路上容易到達的，但又不能太靠近公路，以減少燥聲或 其它干擾。”這段話可以根據(jù)沿主要公路建立兩個緩沖區(qū)，所得到的結(jié)果可以改變?yōu)椋褐挥?那些位于緩沖區(qū)所確定的范圍內(nèi)的地區(qū)，可以考慮做進一步分析。（六）結(jié)果的評價和解釋（七）如有需要，改進分析（

20、八）產(chǎn)生結(jié)果的最終地圖和表格報告二、空間分析實例（一）道路拓寬拆遷指標計算:1、目的和標準:目的：了解拆遷房屋的面積和價值標準：拓寬20 60米，盡量保持直線，部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的1 0層以上建筑不拆2、準備數(shù)據(jù)：道路現(xiàn)狀圖建筑物分布圖3、空間操作：建立道路緩沖區(qū)與建筑物分布圖進行疊加4、統(tǒng)計分析：統(tǒng)計分析部分和全部位于拆遷區(qū)內(nèi)的建筑,將不拆遷的10層以上建筑從中刪除,然后統(tǒng)計位于拆遷區(qū)內(nèi)的建筑面積和價值5、打印輸出表格（二）輔助建設(shè)項目選址1、目的和標準：目的：將建設(shè)項目選在最佳位置標準：面積1萬m2,地價 5000元/m2，地塊周圍不能有小學(xué)、幼兒園等2、準備數(shù)據(jù)：地塊數(shù)據(jù)（含地價屬性） 小

21、學(xué)、幼兒園等公共設(shè)施分布圖3、空間操作：選擇地塊：查詢面積 1萬m2地塊 地價 5000元/m2,將滿足上述兩條件的地塊提 取出來鄰域分析：將學(xué)校等公共設(shè)施的信息疊加到選中地塊的層次上進行分析4、統(tǒng)計分析：將滿足條件的地塊選出來5、打印輸出圖形或表格4.4 數(shù)字地形模型學(xué)時安排】2 學(xué)時目的要求】1、掌握數(shù)字高程模型的概念、作用與表示方法。2、理解數(shù)字地面模型的有關(guān)概念。重點難點】DEM 的概念、表示方法及應(yīng)用。教學(xué)方法與手段】示例式、啟發(fā)式教學(xué)方法，多媒體、軟件演示教學(xué)手段。、DTM和 DEM數(shù)字地形模型 （Digital Terrain Model ,簡稱 DTM） ,是在空間數(shù)據(jù)庫中存儲

22、并管理的空間 地形數(shù)據(jù)集合的統(tǒng)稱。 是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。 它是建立不同層次 的資源與環(huán)境信息系統(tǒng)不可缺少的組成部分。 在信息系統(tǒng)分析和評價空間信息并以此為依據(jù) 進行規(guī)劃和決策時, 十分注重地表屬性的三維特征,諸如高度、坡度、坡向等重要的地貌要素，并使這些要素成為地學(xué)分析和生產(chǎn)應(yīng)用中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)， 它們可以廣泛地應(yīng)用在多種領(lǐng)域， 如農(nóng)、林、牧、水利、交通、軍事領(lǐng)域等，具體地說象公路、鐵路、輸電線的選線、水利工 程的選址、 軍事制高點的地形選擇、 土壤侵蝕、 土地類型的分析等； 也可應(yīng)用于測繪、 制圖、 遙感等領(lǐng)域。由于 DTM 如此重要， DTM 的生成巳成為 GIS 的研

23、究課題之一。DTM 中屬性為高程的要素叫數(shù)字高程模型 （Digital Elevation Model ，簡稱 DEM） 。高程 是地理空間的第三維坐標，在目前 GIS 中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只具有二維的意義，數(shù)字高程模型的 建立是一個必要的補充， DEM 是地表單元上的高程集合，通常用矩陣表示。其最主要的一 些用途是在國家數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)字地形圖的高程數(shù)據(jù)， 以及上面提到的規(guī)劃線路、 壩址選擇、 不同地面的比較統(tǒng)計分析、 計算坡度、 坡向圖及為軍事目的的地表景觀設(shè)計與規(guī)劃等顯示地 形的三維圖形，還可以表示：通過時間和費用、人口、直觀風(fēng)景標志、污染狀況、地下水水 位等。廣義的 DEM 可包括等高線、三角網(wǎng)

24、等，這里特指由地表網(wǎng)格單元構(gòu)成的高程矩陣。 網(wǎng)格點對應(yīng)的地面距離為地面分辨率， 常用采樣點密度表示， 它取決于實際地貌破碎程度和 對數(shù)據(jù)的精確要求。 DEM 是建立 DTM 的“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”或稱為單要素圖，在 GIS 中可以表 示為一個層面或基本圖件，其它要素均可以從 DEM 數(shù)據(jù)直接或間接導(dǎo)出，因此稱為“派生 數(shù)據(jù)”，一些派生數(shù)據(jù)如：平均高程、坡度、坡向等仍是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲的一個層面或基 本圖件。 這些層面都是位置配準的， 將它們與其它屬性的層面疊置， 可以完成多種資源與環(huán) 境分析。如果將 DEM 的多層面儲存于空間與屬性數(shù)據(jù)庫中，所占存儲空間相當(dāng)可觀，以黃土高 原重點產(chǎn)沙區(qū)為例，為表述該地

25、區(qū)地貌細部，若用網(wǎng)格點采樣讀取高程，每平方公里至少 400點，也就是說網(wǎng)格點地面距離不應(yīng)該大于50m。以這祥一個標準，計算山西省柳林縣（約1283畑2面積）DEM存儲量，選取網(wǎng)格大小為50X 50m，得到網(wǎng)格文件大小為 1080X 836,即 902880網(wǎng)格點， 如果一個點需兩個字節(jié)， 共約需 1.8兆字節(jié)的存儲量， 這只是 DEM 的一 個層面。將高程數(shù)據(jù)派生出其它地形要素,假設(shè)生成另外四個層面,同原DEM 一起,就需要約 9兆字節(jié)。若存儲十個縣的數(shù)據(jù)將需 90 兆字節(jié),可見占用的磁盤空間太多。因此進入 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)需要篩選, 原則上只存儲基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 不存儲派生數(shù)據(jù)。在需要的時候,可通過

26、計算得到派生數(shù)據(jù)。對于 DTM ,只輸入和存儲數(shù)字高程模型 DEM ,保證其精度符合要求, 其它派生要素的精度就可以得到保證。二、DEM勺表示方法用數(shù)學(xué)定義勺表面或點、 線影像都可用來表連續(xù)勺三維函數(shù)能以高平滑度表示復(fù)雜表或面積大致相同勺不規(guī)則形狀小塊, 根據(jù)有某地區(qū)地表高程的變化可用多種方法模擬。示 DEM 。（一）數(shù)學(xué)分塊法 數(shù)學(xué)方法擬合表面時需依靠連續(xù)勺三維函數(shù), 面。局部擬合法是將復(fù)雜表面分成正方形像元, 限個離散點勺高程, 可得到擬合勺 DEM 。盡管在小塊勺邊緣, 坡度不一定都是連續(xù)變化勺, 還是應(yīng)使用加權(quán)函數(shù)來保證小塊連接處勺匹配, 最近分段模擬已用于地下水、 土壤特征或其 它環(huán)

27、境數(shù)據(jù)勺表面內(nèi)插。（二）圖形法1 、線模式：表示地形勺最普通線模式是一系列描述高程曲線勺等高線。由于現(xiàn)有勺地 圖大多數(shù)都繪有等高線, 這些地圖便是數(shù)字地面模型勺現(xiàn)成數(shù)據(jù)源, 用掃描儀在這些圖上自 動獲取 DEM 數(shù)據(jù)方面已做了許多工作。另外是根據(jù)各局部等值線上勺高程點,通過插值公 式計算各點勺高程,得到 DEM 。2、點模式：（1）人工網(wǎng)格法：將地形圖蒙上格網(wǎng),逐格讀取中心或角點勺高程值,構(gòu)成數(shù)字高程模型。由于計算機中矩陣的處理比較方便， 特別是以網(wǎng)格為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)中高程矩陣已 成為 DEM 最通用的形式。 英國和美國都用較粗略的矩陣 （美國用 63.5m 像元格網(wǎng) ）從全國 1： 25

28、0000 地形圖上產(chǎn)生了全國的高程矩陣。以1：5 萬或 1： 25000 比例尺地圖和航片為基礎(chǔ)的分辨率更高的高程矩陣正在英、 美和其它國家擴大其使用范圍。 雖然高程矩陣有利于計算 等高線、坡度、坡向、山地陰影、描繪流域輪廓等，但規(guī)則的網(wǎng)格系統(tǒng)也有如下缺點，即： 地形簡單的地區(qū)存在大量冗余數(shù)據(jù)； 如果不改變網(wǎng)格大小， 無法適用地形復(fù)雜程度不同 的地區(qū)。（2）立體像對分析：先進采樣法 （Progressive Sampling） 的實際應(yīng)用很大程度上解決了采樣 過程中產(chǎn)生的冗余數(shù)據(jù)問題。 先進采樣法就是通過遙感立體像對， 根據(jù)視差模型， 自動選配 左右影像的同名點，建立數(shù)字高程模型。在產(chǎn)生 DE

29、M 數(shù)據(jù)時，地形變化復(fù)雜的地區(qū)，增加 網(wǎng)格數(shù)量 （提高分辨率 ），而在地形起伏不大的地區(qū)，則減少網(wǎng)格數(shù)量（降低分辨率 ）。高程矩陣也和其它屬性矩陣一祥，可能因柵格過于粗糙而不能精確表示地形的關(guān)鍵特 征，例如，山峰、洼坑、隘口、山脊、山谷線等。這些特征表示得不正確時會給地貌分析帶 來一些問題。不規(guī)則的離散采樣點可以按兩種方法產(chǎn)生高程矩陣： 將規(guī)則格網(wǎng)覆蓋在這些數(shù)據(jù)點的 分布圖上， 然后用內(nèi)插技術(shù)產(chǎn)生高程矩陣。 當(dāng)然內(nèi)插技術(shù)也可用來從一個粗糙的高程矩陣產(chǎn) 生更精確的高程矩陣。把離散采樣點做為點模式中不規(guī)則三角網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。DEM 生成的上述方法中，人工網(wǎng)格方法的精底低、工作量大，不宜采用；立體像對

30、分 析要求有立體像對影像和特殊的軟件， 且運算時間較長， 技術(shù)條件特殊； 三角網(wǎng)法在有足夠 離散點的情況下效果較好； 曲面擬合可反映總的地勢， 但局部誤差較大； 等值線插值是用的 比較普遍的方法輸入等值線后，可在矢量格式的等值數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行，插值效果較好。三、DEM的應(yīng)用不論 DEM 是高程矩陣、數(shù)組、規(guī)則的點數(shù)據(jù)，還是三角網(wǎng)數(shù)據(jù)等形式，都可以從中獲 得多種派生產(chǎn)品。（一）三維方塊圖、剖面圖及地層圖 三維方塊圖是最為人們熟悉的數(shù)字地面模型的形式之一。 它是以數(shù)值的形式表示地表數(shù) 量變化 （不只是高程 ）的富有吸引力的直觀方法。現(xiàn)在已有許多可供三維方塊圖計算用的標準程序，這些程序用線條描繪或陰影

31、柵格顯示法表示規(guī)則或不規(guī)則X、Y、Z 數(shù)據(jù)組的立體圖形。三維方塊圖在顯示多種土地景觀信息中非常有用， 它是土地景觀設(shè)計和森林覆蓋模擬的 基礎(chǔ)。（二 ）視線圖確定土地景觀中點與點之間相互通視的能力對軍事活動、 微波通訊網(wǎng)的規(guī)劃及娛樂場所 和旅游點的研究和規(guī)劃都是十分重要的。 按照傳統(tǒng)的等高線圖來確定通視情況較為困難， 因 為在分析過程中必須提取大量的剖面數(shù)據(jù)并加以比較。）的建立為這類分析提供了極為方便的 在 DEM 中辨認出觀察點所在的位置， （高程矩陣中即為像元 ）的高程，將不被數(shù)字高程模型 （無論是高程矩陣或不規(guī)則三角網(wǎng) 基礎(chǔ)，能方便地算出一個觀察點所能看到的各個部分。 從這個位置引出所有的

32、射線，比較射線通過的每個點 物體隱藏的各點進行特殊編碼，從而得到一幅簡單的地圖。高程數(shù)據(jù)中可能沒有包括地面物體由于 DEM 通常是從航空立體像片對上直接獲取的， 的高度 （如森林、建筑物等 ）特征。因此得到的結(jié)果需進行仔細的檢查，判讀才能最后確定通 視情況。有些分析要求把物體的高度加入 DEM 數(shù)據(jù)，以便計算它們對通視情況的影響。三）等高線圖從高程矩陣中很容易得到等高線圖。 方法是把高程矩陣中各像元的高程分成適當(dāng)?shù)母叱?類別。這類等高線圖與傳統(tǒng)地形圖的等高線不同， 它是高程區(qū)間或者可以看作某種精度的高 度帶， 而不是單一的線。 實際上，兩高程類別之間的分界線可視為等高線。 這樣的等高線對 簡單

33、的環(huán)境制圖來說已滿足要求， 但從制圖觀點來看還過于粗糙， 必須用特殊算法將同高度 的點連成線。連接等高線時如果原高程數(shù)據(jù)點不規(guī)則或間隔過大， 必須同時使用內(nèi)插技術(shù)， 直至達到 所需精度。等高線連接的結(jié)果用繪圖儀輸出。從不規(guī)則三角網(wǎng) （TIN）DEM 數(shù)據(jù)中產(chǎn)生等高線是用水平面與 TIN 相交的方法實現(xiàn)的。 TIN 中的山脊、 山谷線等數(shù)據(jù)主要用來引導(dǎo)等高線起始點。 形成等高線后還要進行處理， 以 便消除三角形邊界上人為形成的線劃。（四）地貌暈澳圖及其與專題地圖疊置 為了增加丘陵和山地地區(qū)描述高差起伏的視覺效果，制圖工作者成功地運用了一種 “陰影立體法” 即地貌暈渲法。 用這種技術(shù)繪制的圖件看起來很動人， 但費用太高，暈渲的 質(zhì)量和精度很大程度上取決于制圖工作者的主觀意識和技巧。數(shù)字地形圖投入生產(chǎn)并加以應(yīng)用后， 地貌暈渲便能自動、 精確地實現(xiàn)。 自動暈渲的原理 是基于 “地面在人們眼里是什么祥子， 用何種理想的材料來制作， 以什么方向為光源照明方 向”等的考慮。 制圖輸出時如果用灰度級和連續(xù)色調(diào)技術(shù)表示明暗程度， 得到的成果看起來 與航片十分相似。 實際上， 從高程矩陣中自動生成的地貌暈渲圖與航片有許多不同之處， 主 要表觀在： 暈渲圖不包括任何地面覆蓋信