DEM數(shù)據(jù)組織與管理

DEM數(shù)據(jù)組織與管理第1頁/共45頁抽象、總結(jié)、提煉地形曲面數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)組織、管理地形重建DEM建模過程矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)（鑲嵌）混合結(jié)構(gòu)第2頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)§2.1概述

用戶理解的地理現(xiàn)象結(jié)構(gòu)

概念結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)從地理現(xiàn)象到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器，經(jīng)過：矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)第3頁/共45頁數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)組織的目的就是要將所有相關(guān)的DEM數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫有效地管理起來，并根據(jù)其地理分布建立統(tǒng)一的空間索引，進(jìn)而可以快速調(diào)度數(shù)據(jù)庫中任意范圍的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)研究區(qū)域DEM數(shù)據(jù)的無縫漫游。§2.1概述第4頁/共45頁§2.2DEM數(shù)據(jù)模型鑲嵌數(shù)據(jù)模型：空間對(duì)象可用相互連接在一起的網(wǎng)絡(luò)來覆蓋和逼近，或者說用在二維區(qū)域上的網(wǎng)絡(luò)劃分來覆蓋整個(gè)研究區(qū)域。規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型第5頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)（1）規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)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第6頁/共45頁第7頁/共45頁

優(yōu)點(diǎn)：存儲(chǔ)量小，結(jié)構(gòu)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(diǎn)：對(duì)于復(fù)雜的地形地貌特征，難于確定合適的格網(wǎng)大小。特點(diǎn)：第8頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)（2）不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型是指用來進(jìn)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第9頁/共45頁特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能較好的顧及地貌特征點(diǎn)、線，逼真地表示復(fù)雜地形起伏特征，并能克服地形起伏變化不大的地區(qū)產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)的問題。缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)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。第10頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)§2.3DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究的是數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系和數(shù)據(jù)表示。它是空間數(shù)據(jù)模型的表述，是相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。規(guī)則格網(wǎng)結(jié)構(gòu)（Grid）不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)（TIN）混合結(jié)構(gòu)第11頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)14015067155152149147141139591581601621541501446615116115516016016215872162153154151159158157701671671491531451567516616514714615615568151152（1）規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Grid）第12頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Grid）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：簡單矩陣結(jié)構(gòu)規(guī)則格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)文件一般包括對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行說明的數(shù)據(jù)頭和DEM數(shù)據(jù)體部分。數(shù)據(jù)頭：包括定義西南角起點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)類型、格網(wǎng)間距、行列數(shù)、最低高程以及高程放大系數(shù)等。數(shù)據(jù)體：按行或列分布記錄的高程數(shù)字陣列。第13頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)Y12X301250西南角坐標(biāo)（X0，y0）圖示文件格式例列數(shù)行數(shù)起點(diǎn)縱坐標(biāo)起點(diǎn)橫坐標(biāo)格網(wǎng)間距無效數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)頭數(shù)據(jù)體503012345.054321.550-9999按行排列的DEM數(shù)據(jù)體140，134，156……13867ArcViewDEM文件格式第14頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Grid）行程編碼結(jié)構(gòu)

塊狀編碼結(jié)構(gòu)鏈碼結(jié)構(gòu)四叉樹結(jié)構(gòu)121212121212141414121212121212141414121212121212141414121212121212131313121212121212131313121212121212131313111111121212131313111111121212131313111111121212131313第15頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)（2）不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）不規(guī)則三角網(wǎng)：將按地形特征采集的點(diǎn)根據(jù)一定規(guī)則連接成覆蓋整個(gè)區(qū)域且互不重疊的許多三角形，構(gòu)成一個(gè)不規(guī)則三角網(wǎng)，通常稱為三角網(wǎng)DEM或TIN。第16頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，但三角形結(jié)構(gòu)元素的拓?fù)潢P(guān)系卻是隱含的，不利于TIN模型的檢索和應(yīng)用。第17頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）TIN的面結(jié)構(gòu)在基本鏈表結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了用來描述三角形之間拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)，也即TIN面結(jié)構(gòu)由坐標(biāo)表、三角形頂點(diǎn)表以及鄰接三角形表三張表組成。第18頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）TIN的面結(jié)構(gòu)編號(hào)鄰接三角形ab、d、-ba、c、-cb、d、-da、c、-第19頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）TIN的面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由于存儲(chǔ)了三角形之間的鄰接關(guān)系，TIN內(nèi)插、檢索、等高線提取、顯示以及局部結(jié)構(gòu)分析都比較方便。不足之處是存儲(chǔ)量較大，而且在TIN的編輯中要隨時(shí)維護(hù)這種關(guān)系。第20頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）TIN點(diǎn)結(jié)構(gòu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)由坐標(biāo)文件和三角形頂點(diǎn)的鄰接指針鏈組成。三角形頂點(diǎn)的鄰接點(diǎn)是指公用該頂點(diǎn)的所有三角形其余兩頂點(diǎn)的不重復(fù)頂點(diǎn)的集合。第21頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）TIN點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：存儲(chǔ)量小，編輯方便，但三角形及其鄰接關(guān)系需實(shí)時(shí)再生成，計(jì)算量比較大，不利于TIN的快速檢索和顯示第22頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)TIN邊結(jié)構(gòu)從組成整個(gè)TIN模型的所有三角形中，抽取其不重復(fù)邊集所組成，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由邊的兩個(gè)頂點(diǎn)以及與之關(guān)聯(lián)的兩條邊表達(dá)。關(guān)聯(lián)邊要滿足三個(gè)條件：（1）分布在當(dāng)前邊的兩側(cè)；（2）關(guān)聯(lián)邊與當(dāng)前邊的夾角最??；（3）關(guān)聯(lián)邊頂點(diǎn)不重復(fù)。特點(diǎn)：存儲(chǔ)量比較小，非常適合等高線的提取，但編輯、內(nèi)插以及檢索不太方便。不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）第23頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）TIN的邊面結(jié)構(gòu)由邊表和鄰接三角形表組成。特點(diǎn)：是所有結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)更新和維護(hù)。第24頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)§2.3DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）、混合數(shù)據(jù)模型

由于規(guī)則格網(wǎng)與不規(guī)則三角網(wǎng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，在大范圍內(nèi)一般采用規(guī)則格網(wǎng)附加地形特征數(shù)據(jù)，構(gòu)成全局高效、局部完美的DEM。第25頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)§2.3DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)規(guī)則格網(wǎng)DEM不規(guī)則三角網(wǎng)TIN優(yōu)點(diǎn)簡單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；與遙感影像數(shù)據(jù)的復(fù)合性；良好的表面分析功能較少的點(diǎn)可獲取較高的精度；可變分辨率；良好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)缺點(diǎn)計(jì)算效率較低；數(shù)據(jù)冗余；格網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)則表面分析能力較差；構(gòu)建比較費(fèi)時(shí)；算法設(shè)計(jì)比較復(fù)雜第26頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)（4）結(jié)構(gòu)的選擇具體采用何種結(jié)構(gòu)，一般考慮如下因素：數(shù)據(jù)的可獲取性；地形曲面特點(diǎn)以及是否考慮特征點(diǎn)、線；目的和應(yīng)用原始數(shù)據(jù)的比例尺和分辨率§2.3DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第27頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)§2.4DEM數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)1、DEM的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是一種索引結(jié)構(gòu)，即通過建立空間索引，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的快速查找、數(shù)據(jù)存取分析和分析操作等。

Grid的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)柵格DEM在數(shù)據(jù)庫中主要采用基于格網(wǎng)單元、分塊、分區(qū)的層次結(jié)構(gòu)。通過“工程——工作區(qū)——行列”結(jié)構(gòu)索引即可唯一確定DEM數(shù)據(jù)范圍內(nèi)任意空間位置的DEM值。第28頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)§2.3DEM數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)1、DEM的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

TIN的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)TIN把結(jié)點(diǎn)看作數(shù)據(jù)庫中的基本實(shí)體，拓?fù)潢P(guān)系的描述則在數(shù)據(jù)庫中建立指針系統(tǒng)來表示每個(gè)三角形與結(jié)點(diǎn)的鄰里關(guān)系、結(jié)點(diǎn)到鄰近點(diǎn)的關(guān)系、三角形到鄰里三角形的關(guān)系。這樣的指針系統(tǒng)保持了很高的查找效率。第29頁/共45頁§2.3DEM數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

混合的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)對(duì)于混合結(jié)構(gòu)的DEM數(shù)據(jù)，除了柵格結(jié)構(gòu)的Grid數(shù)據(jù)外，主要是各種重要的地形特征數(shù)據(jù)，特別是各種線性特征數(shù)據(jù)長安大學(xué)第30頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)ABCDEFGHI標(biāo)準(zhǔn)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)分塊格網(wǎng)單元Grid的層次結(jié)構(gòu)行列第31頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)三角形惟一標(biāo)識(shí)符OID類型序列號(hào)三維坐標(biāo)范圍拓?fù)鋵傩缘近c(diǎn)的指征到邊的指針到相鄰三角形的指針其他屬性TIN的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)惟一標(biāo)識(shí)符OID類型、序列號(hào)X、Y、Z拓?fù)鋵傩缘竭叺闹羔樀饺切偷闹羔樒渌麑傩渣c(diǎn)特征線標(biāo)識(shí)符三維坐標(biāo)范圍拓?fù)鋵傩躁P(guān)聯(lián)點(diǎn)關(guān)聯(lián)表鄰接三角形其它屬性點(diǎn)實(shí)體的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)三角形實(shí)體的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)線的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)第32頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)大范圍的DEM數(shù)據(jù)具有海量數(shù)據(jù)特征，為了高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、無縫瀏覽，需要合理組織DEM數(shù)據(jù)。常用的方法是：

在水平方向上將同一尺度的DEM數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)索引模式是當(dāng)前GIS空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織的一種常用方法。1、DEM的數(shù)據(jù)組織§2.5DEM數(shù)據(jù)庫管理第33頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)1、DEM的數(shù)據(jù)組織§2.4DEM數(shù)據(jù)庫管理對(duì)TIN來講，在按“工程—工作區(qū)—圖幅”這種方式組織數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意兩點(diǎn)：（1）由于TIN的每個(gè)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(jìn)行數(shù)據(jù)分幅時(shí)，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(duì)點(diǎn)所在三角形進(jìn)行定位，有必要在圖幅內(nèi)建立TIN的空間索引。第34頁/共45頁§2.4DEM數(shù)據(jù)庫管理2、幾項(xiàng)有效的技術(shù)措施（1）細(xì)節(jié)層次LOD。將描述同一對(duì)象的一系列不同分辨率和質(zhì)量的矢量數(shù)據(jù)模型預(yù)先創(chuàng)建并保存在數(shù)據(jù)庫中，對(duì)于柵格數(shù)據(jù)，即是多分辨率的影像——影像金字塔。（2）漸進(jìn)描述技術(shù)用于控制場景質(zhì)量，一般采取的策略是要么縮減可見的范圍，要么根據(jù)細(xì)節(jié)層次結(jié)構(gòu)簡化數(shù)據(jù)質(zhì)量；（3）動(dòng)態(tài)裝載技術(shù)長安大學(xué)第35頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)細(xì)節(jié)層次模型（LOD）不同分辨率DEM的表示關(guān)鍵問題：不同分辨率的自適應(yīng)度和數(shù)據(jù)融合第36頁/共45頁§2.4DEM數(shù)據(jù)庫管理3、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的職能（1）基本職能管理數(shù)據(jù)庫維護(hù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)通訊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的流動(dòng)第37頁/共45頁（2）附加功能數(shù)據(jù)顯示與查詢功能分析與應(yīng)用示范功能數(shù)據(jù)提取功能建立空間索引和DEM數(shù)據(jù)遞交入庫功能

DEM數(shù)據(jù)庫與其它數(shù)據(jù)庫的連接和數(shù)據(jù)復(fù)合顯示等功能權(quán)限控制功能§2.4DEM數(shù)據(jù)庫管理第38頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)DEM數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫

矢量數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫服務(wù)器Web服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)入庫信息查詢數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)加工數(shù)據(jù)提供權(quán)限管理數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)維護(hù)客戶DEM數(shù)據(jù)庫管理第39頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)§2.5DEM元數(shù)據(jù)（1）定義元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。它描述數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其它特征，幫助人們定位和理解數(shù)據(jù)。第40頁/共45頁數(shù)字地面模型長安大學(xué)§2.5DEM元數(shù)據(jù)（2）元數(shù)據(jù)的作用可用性：用以確定是否存在關(guān)于某個(gè)地理位置的一組數(shù)據(jù)。適用性：用以評(píng)估這組數(shù)據(jù)是否適用。存