第二章DEM的數(shù)據(jù)組織與管理

第二章DEM的數(shù)據(jù)組織與管理2.1概述數(shù)字高程模型是地形曲面的數(shù)字化表達，也就是說，DEM是在計算機存儲介質(zhì)上科學、真實地描述、表達和模擬地形曲面實體，因此它的建立實際上是一種地形數(shù)據(jù)的建模過程。DEM的建立首先要對地形曲面進行抽象、總結(jié)和提煉，形成高度概括的地形曲面數(shù)據(jù)模型，然后在此數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上，將觀測數(shù)據(jù)按照一定的結(jié)構(gòu)組織在一起，形成對數(shù)據(jù)模型的表述，最后借助計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和地形重建。按一定結(jié)構(gòu)組織在一起的地形數(shù)據(jù)，一般通過數(shù)據(jù)庫進行管理和調(diào)度（當然小范圍的數(shù)據(jù)也可采用文件形式進行管理）。DEM數(shù)據(jù)設(shè)計基本原則2.2

DEM數(shù)據(jù)模型：鑲嵌數(shù)據(jù)模型鑲嵌數(shù)據(jù)模型（Tessellationmodel）源于這樣的思想：空間對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)劃分來覆蓋整個研究區(qū)域。鑲嵌數(shù)據(jù)模型特別適合于對三維離散空間數(shù)據(jù)的表達，以及對具有連續(xù)變化的空間對象的模擬。網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)包括網(wǎng)格尺寸、形狀、方位等，對同一地理現(xiàn)象可以由若干不同的尺度、不同的聚分性網(wǎng)絡(luò)來覆蓋。鑲嵌數(shù)據(jù)模型按照網(wǎng)格形狀可分為規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型和不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型，鑲嵌模型的典型應(yīng)用是地形曲面模擬，即數(shù)字高程模型，其中基于正方形網(wǎng)絡(luò)的鑲嵌數(shù)據(jù)模型為柵格DEM，而基于不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型為不規(guī)則三角網(wǎng)DEM。2.2.1規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型概念：就是用規(guī)則的小面塊集合來逼近不規(guī)則分布的地形曲面。在二維空間中可以有多種可能的規(guī)則格網(wǎng)劃分方法,如圖。2.2.1規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型構(gòu)造規(guī)則鑲嵌模型的方法用數(shù)學手段將研究區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，把連續(xù)的地理空間離散為互不覆蓋的網(wǎng)格，然后對網(wǎng)格單元附加相應(yīng)的屬性信息（即高程值）。例如對規(guī)則格網(wǎng)的DEM而言，一般通過曲面擬合方法求得柵格單元的高程值。2.2.1規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型評價

優(yōu)點：（1）其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為通常的二維矩陣結(jié)構(gòu)，每個網(wǎng)格單元表示二維空間的一個位置，不管是沿水平方向還是垂直方向，均能方便地利用簡單的數(shù)學公式訪問任何位置的格網(wǎng)單元；（2）處理這種結(jié)構(gòu)的算法比較多而且成熟，大多數(shù)計算機程序語言都有矩陣處理功能。（3）以矩陣形式存儲和組織數(shù)據(jù)還具有隱式坐標，即格網(wǎng)單元的平面坐標隱含在矩陣的行列號之中，從而不需要進行坐標數(shù)字化。

缺點：是不管地形變化復(fù)雜還是簡單，均采用相同的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余而給數(shù)據(jù)管理帶來不便。2.2.2不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型概念：是指用來進行鑲嵌的小面塊具有不規(guī)則的形狀和邊界，如圖。在DEM中，基于三角形的不規(guī)則鑲嵌模型又稱為不規(guī)則三角網(wǎng)（TriangulatedIrregularNetwork，簡稱TIN），是DEM的又一主要表達形式。TIN模型是三維空間上的分段線性模型，整個區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。

2.2.2不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型特點：不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)字高程模型由連續(xù)的三角面組成，三角形的形狀、大小取決于不規(guī)則分布的點的位置和密度。地形變化越簡單，采樣點就越少，則單元格就越大；反之地形變化比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)點分布比較密集，格網(wǎng)單元就越小。與規(guī)則格網(wǎng)的區(qū)別：TIN模型不需要維護模型的結(jié)構(gòu)規(guī)則性，不但能靈活地隨地形的復(fù)雜程度而改變格網(wǎng)單元大小，避免平坦地形的數(shù)據(jù)冗余，而且又能按地形特征點線如山脊點、山谷線、地形變化線等表示地形特征。2.3DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.3.1規(guī)則格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）簡單矩陣結(jié)構(gòu)規(guī)則格網(wǎng)DEM的數(shù)據(jù)在水平方向和垂直方向的間隔相等，格網(wǎng)點的平面坐標隱含在行列號中，故適宜用矩陣形式進行存儲，即按行（或列）逐一記錄每一個格網(wǎng)單元的高程值。同時為了實現(xiàn)行列號和平面位置坐標之間的轉(zhuǎn)換，還需要記錄格網(wǎng)西南角的坐標值、格網(wǎng)間距等。

規(guī)則格網(wǎng)DEM的數(shù)據(jù)文件一般包含數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)體。

數(shù)據(jù)頭：定義DEM西南角起點坐標、坐標類型、格網(wǎng)間距、行列數(shù)、最低高程以及高程放大系數(shù)等內(nèi)容。數(shù)據(jù)體：按行或列分布記錄的高程數(shù)字陣列。Arcview的文本文件格式（2）行程編碼結(jié)構(gòu)DEM行程編碼的基本思路是：對于一幅DEM，常常在行(或列)方向上相鄰的若干點具有相同的高程值，因而從第一列開始，在格網(wǎng)單元數(shù)值發(fā)生變化時依次記錄該值以及重復(fù)的個數(shù)，應(yīng)用時可利用重復(fù)個數(shù)恢復(fù)DEM矩陣。

行程編碼方案實際上是一種柵格數(shù)據(jù)的壓縮方案，能夠有效的減少DEM數(shù)據(jù)存儲量，特別是對平坦地區(qū)。（3）塊狀編碼結(jié)構(gòu)塊狀編碼方案是行程編碼方案從一維擴展到二維的情況，它采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由記錄單元的初始位置(行、列號)、格網(wǎng)單元高程值和方形區(qū)域半徑(正方形區(qū)域的邊長，采用格網(wǎng)間距倍數(shù)表示)所組成的單元組，即(行號，列號，格網(wǎng)高程值，區(qū)域半徑)，整個DEM數(shù)據(jù)文件由該單元組組成，根據(jù)初始位置和區(qū)域半徑可恢復(fù)高程矩陣。（4）四鵝叉樹兩結(jié)構(gòu)四叉芝樹數(shù)丟據(jù)結(jié)康構(gòu)是畫一種湯對柵博格數(shù)渴據(jù)的壓縮籮編碼扭方法?；究妓枷敫菍⑷敢环軚鸥褓潝?shù)據(jù)趙層或揚圖像瘋等分痰為四虜個部和分，哥逐塊除檢查忍其格特網(wǎng)屬遼性值治（或僻灰度價）；觸如果憶某個鈔子區(qū)滔的所襖有格禁網(wǎng)值真都具經(jīng)有相先同的友值，電則這亡個子爹區(qū)就航不再恨繼續(xù)爽分割吸，否需則還襖要把郵這個企子區(qū)牌分割庫為四綱個子核區(qū)；肺這樣壤依次拴分割堤，直嶄到每譜個子午塊都消只含接有相同交的屬嚼性值?；蚧倚愣葹橹逛J。2.盟3.陜2噸TI處N結(jié)譯構(gòu)不規(guī)城則三其角網(wǎng)DE品M直接姥利用盈原始恨采樣汗點進豪行地杯形表悄面的省重建免，由己連續(xù)誓的相圓互聯(lián)題接的遺三角預(yù)面組經(jīng)成，績?nèi)侵妹娴膽T形狀下和大誤小取易決于受不規(guī)市則分為布的焰觀測販點的溝密度屋和位氏置。AEDCB165432TI變N撿模型魔基本設(shè)結(jié)構(gòu)益元素拓撲腦關(guān)系TI泳N筐文件廚組成AEDCB165432三角形節(jié)點A1，5，6B4，5，6C3，4，6D2，3，6E1，2，6三角稻形/節(jié)點驚關(guān)系擦表坐標腔表節(jié)點坐標1X1，Y1，Z12X2，Y2，Z23X3，Y3，Z34X4，Y4，,Z45X5，Y5，Z56X6，Y6，Z6TI鐵N沈的數(shù)丑據(jù)結(jié)漲構(gòu)類芒型TI鐘N確的面叨結(jié)構(gòu)TI伶N的面占結(jié)構(gòu)巨在基黑本鏈榨表結(jié)嚴構(gòu)基繪礎(chǔ)上拾增加狂了用領(lǐng)來描而述三角忘形之瞎間拓評撲關(guān)鵲系的數(shù)欄據(jù)，財也就梨是說TI乏N的面煎結(jié)構(gòu)猜一般橋由三撒個表罷組成回，即治坐標找表、抗三角盜形頂父點表械以及卵鄰接輕三角警形表輪。特點殺：由滴于存沈儲了繩三角既形之營間的猶鄰接火關(guān)系襪，TI獅N內(nèi)插籍、檢性索、抗等高也線提怨取、日顯示繩及局綢部結(jié)拜構(gòu)分初析都燦比較隆方便渴。不足仿：存池儲量間較大腔，而愈且在TI遲N的編聽輯中疏要隨心時維哭護這戴種關(guān)獎系。TI宴N其的點荷結(jié)構(gòu)TI趨N的點乒結(jié)構(gòu)誼由坐血標文季件和茫三角洲形頂培點的猜鄰接聲指針番鏈組遠成。三角斗形頂振點的屑鄰接旨點是靜指共用肯該頂蔑點的災(zāi)所有拿三角碑形其老余兩混頂點墓的不綁重復(fù)粱頂點紡的集邪合，可腸按順從時針杯或逆膏時針斃方向濤順序怖組成哄。每個夕頂點春的鄰載接點欲順次添存儲賢在一霧個鏈鴿表中廚。特點診：存獻儲量森小，棒編輯損方便橡。不足遷：但販三角惰形及呆其鄰國接關(guān)跑系需瓜實時候再生餓成，秒計算隨量比信較大鴿。TI保N凳的點惱面結(jié)均構(gòu)在點桌結(jié)構(gòu)花基礎(chǔ)喪上，趕增加性組成達三角教形三膽頂點泊的數(shù)羨表。特點期：結(jié)憲構(gòu)存除儲量漲與面室結(jié)構(gòu)情的大框致相背當，埋編輯另、顯鋒示比填較方唯便。不足懷；由曬于三虧角形判之間容的關(guān)司系是繭隱式藍的，這檢索吼與內(nèi)邊插效暢率不芒太高更。TI縣N境的邊膚結(jié)構(gòu)TI奏N的邊疾結(jié)構(gòu)按是從幅組成擺整個TI芽N模型董的所孟有三邀角形濁中，怨抽取派其不禮重復(fù)讓邊集繁所組軋成。特點亡：存摟儲量覆比較堡小，脂非常元適合壩等高豎線的狂提取不足渡：編剪輯、嫌內(nèi)插爭以及爹檢索勻不太行方便默。TI亭N寫的邊肺面結(jié)愚構(gòu)邊面脊結(jié)構(gòu)叮重點勒在于撥刻畫薄三角微形邊失和三片角形課面之按間的賢拓撲買關(guān)系鍬，一湯般由邊表孕和鄰廣接三肺角形寄表組成爭。在論邊表帶中，煌定義淚該邊鹿的起績點、音終點辜和左抹右相賣鄰三娛角形影，而消鄰接進三角妻形表妨中則略記錄副三角古形之妨間的鵝拓撲多關(guān)系腹。特點：為升上述餃所有努結(jié)構(gòu)讓中存椒儲量乘最大脈的，籠雖然憶在檢豎索、乒等高掠線提神取等鼻方面蟻比較蝦方便絮。不足：不稠利于恨動態(tài)略更新嬌和維并護。不規(guī)認則三礎(chǔ)角網(wǎng)DE逢M的優(yōu)點是：能充好分利芽用地茶貌的晶特征折點和竹特征弄線，毀較好暗地表樂示復(fù)旗雜地圖形；可根睬據(jù)不衰同的剝地形炭，選芳取合跳適的賤采樣畢點數(shù)快；進行燙地形鹽分析狠和繪奧制立酒體圖禾也很若方便情。其缺點是：栽由于惹數(shù)據(jù)頁結(jié)構(gòu)訴復(fù)雜戰(zhàn)，因蠶而不餐便于碑規(guī)范請化管需理，找難以漲與矢遠量和衫柵格懶數(shù)據(jù)臟進行演聯(lián)合策分析忽。格網(wǎng)富DE擔M和頑TI執(zhí)N的對比2.歡3.潤3訴格網(wǎng)秩與不危規(guī)則咬三角城網(wǎng)結(jié)駐構(gòu)混克合結(jié)厭構(gòu)由于攻規(guī)則嗎格網(wǎng)DE悉M和不配規(guī)則轟三角魄網(wǎng)各德有優(yōu)臉缺點競，在我實際佳應(yīng)用裁中，罵在大范永圍內(nèi)雁一般軍采用辨規(guī)則流格網(wǎng)命附加姑地形征特征漠數(shù)據(jù)，如渾地形威特征亭點、歐山脊財線、沸山谷涌線、合斷裂恢線等執(zhí)，構(gòu)將成全倒局高摸效、末局部狐完美刑的DE水M，規(guī)述則格烏網(wǎng)DE菜M被分頂割而隨形成前一個御局部補的不嚴規(guī)則漠三角卻網(wǎng)。由于膜特征貍線作犬為矢胖量數(shù)諒據(jù)具最有比備規(guī)則計格網(wǎng)羅復(fù)雜拳得多炭的拓君撲結(jié)畝構(gòu)和鞭屬性尼內(nèi)容肉，一段般還錄是采磨用混推合的管數(shù)據(jù)贏結(jié)構(gòu)糾分別兩進行濱處理洪。當然占也可周以設(shè)角計一株個一揉體化滲的數(shù)決據(jù)結(jié)爹構(gòu)同餃時組療織這董些不描同類粱型的冊數(shù)據(jù)酷，比拾如將把所有伴矢量繳都柵果格化等。另攀外，律考慮榆到混報合結(jié)病構(gòu)將禿導(dǎo)致遲數(shù)據(jù)弦管理電復(fù)雜電化并出降低晌數(shù)據(jù)院檢索獄的效候率，島根據(jù)綱研究階區(qū)域肌的大耀小和道軟件鋤性能鋸，應(yīng)揮用時休常常殺將其實董時地舊完全箏轉(zhuǎn)換秤為TI燥N的數(shù)拳據(jù)結(jié)交構(gòu)。2.裙4監(jiān)DE怕M數(shù)丘據(jù)庫掩管理2.縱4.棟1尸DE五M數(shù)據(jù)么庫內(nèi)糟容DE申M已成捆為GI至S的核侵心數(shù)哈據(jù)庫漢和地漫學分遭析的湖基礎(chǔ)愿數(shù)據(jù)。DE濱M數(shù)據(jù)潑與遙膏感影還像數(shù)陜據(jù)、乒矢量疊特征蹄數(shù)據(jù)韻、多蔥媒體勵數(shù)據(jù)致等數(shù)刮據(jù)進挖行融虛合和撫信息楊的復(fù)甜合處崗理，DE莖M從單萍一的笨文件餃結(jié)構(gòu)變向復(fù)肚雜的趁信息妙系統(tǒng)蒜發(fā)展責已成劈燕為一乒種必復(fù)然的寨趨勢這。DE盜M數(shù)據(jù)生庫屬非空間裹數(shù)據(jù)攝庫。DE販M數(shù)據(jù)庫庫的君內(nèi)容憶如圖侍。在一疾個關(guān)瓦系數(shù)杜據(jù)庫貞里最成普通厲的對示象是關(guān)系腐表，其漆他對涌象如舞索引錄、視隱圖、刃序列升、同甜義字尖和數(shù)列據(jù)字撥典等叼都用師來進芹行查翼詢和俱數(shù)據(jù)喇存取幼。表是躬基本經(jīng)的存術(shù)儲結(jié)譜構(gòu)，則是一少個由椅若干窄行和迎列的研數(shù)據(jù)部元素論組成悄的二誼維矩謎陣。表的每一怎行包抄含了全描述焰一個錄實體博的所動有信舌息，而棗其中盆的一列燙則表邪示這批個實測體的恩一個例屬性。DE晚M數(shù)據(jù)務(wù)庫結(jié)扣構(gòu)實承質(zhì)上刻是DE救M的數(shù)鐮據(jù)結(jié)姜構(gòu)。對旬于TI集N而言衣，一鍵般是骨把三角攻形的都頂點熟看作雅數(shù)據(jù)闊庫中賊的基釀本實者體，并趨在此堪基礎(chǔ)蹄上定滲義是兄三角爆形頂土點、怠三角值形邊縫、三耀角形心面之疼間的浮拓撲懂關(guān)系街。在DE傾M構(gòu)建閱過程趨中，題還有召一類濕比較槳重要鼓的數(shù)史據(jù)，睜即地位形特崇征數(shù)盈據(jù)，麥如地筆形斷開裂線戒、特仰殊邊就界線繳、山宮脊線桿、山紫谷線奶等，習它們柳是高外精度卷逼真犧再現(xiàn)溝地形召的保阿證，邪同時猜也是百信息噴復(fù)合登的需適要，夢一般伏在DE零M數(shù)據(jù)尋庫中嬌也予仁以保肅留。色它們料的結(jié)湊構(gòu)如俯下圖宮所示胖。2.奧4.投2齊DE季M數(shù)據(jù)本庫結(jié)始構(gòu)2.售4.憂3槳DE飽M數(shù)據(jù)默庫數(shù)捆據(jù)組尊織定義劫：DE劃M數(shù)據(jù)爐的管臥理和裂調(diào)度把方式鳴。組織豪方式濱：“工歪程-工作航區(qū)-圖幅帝”工程：是惹指一賤個區(qū)待域內(nèi)灣的全部DE懶M數(shù)據(jù)。圖幅：是貌按照喬一定汁規(guī)則償對研日究區(qū)團域進英行二維咐劃分是DE哨M數(shù)據(jù)從采集跌、建縫立、栽操作皂和調(diào)移度的絨基本墾單位爆，每嫌一個熟圖幅涉由若犁干行伏和若齒干列脈格網(wǎng)煮單元枯組成暖。工作騰區(qū)：是貴當前付感興卻趣的占研究池區(qū)域閘，一燦般情艦況下胞工作情區(qū)就墻是圖反幅，務(wù)如果住需要嘴，也兇可將多個側(cè)圖幅抱定義鵝為一棄個工食作區(qū)。圖幅混由坐察標范變圍定蜻義，梁通過途記錄擦每一汪個圖遣幅范熟圍的掏空間漂索引貫文件(工作尚區(qū)范泡圍通寸過圖蒙幅范右圍確件定)，即兵可建名立工沫程與友工作鞏區(qū)、瓣圖幅好之間四的聯(lián)換系。當一秧個工疾程具埋有不什同的沸分辨鳥率的DE陪M時，贈則形襖成細嚴節(jié)層申次模毯型（le召ve易ls擦o擇F竿De火ta哀il洋L陰OD）。LO砌D模型唐形成欄方案個：（1）形拘成某仿一地誰區(qū)不廈同分礦辨率影的DE派M，通僑過一傲體化混管理灘建立衫金字芝塔數(shù)壯據(jù)庫—核心紋是不喊同分吵辨率DE送M的融刑合。（2）在狼地形扎可視補化中防，實蹈施細堪節(jié)分湯層是一司個熱惠點。圖幅牌由坐珍標范骨圍定洪義，腐例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