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)模型基礎上，將觀測數(shù)據(jù)按照一定的結構組織在一起，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。按一定結構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)絡來覆蓋和逼近，或者說用在二維區(qū)域上的網(wǎng)絡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)結構為通常的二維矩陣結構，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）處理這種結構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：是不管地形變化復雜還是簡單，均采用相同的結構，導致數(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)域內連續(xù)但不可微。

2.玩2.類2不猾規(guī)則腔鑲嵌辰數(shù)據(jù)昌模型特點懸：不規(guī)知則三枝角網(wǎng)茂數(shù)字廉高程矛模型蛋由連更續(xù)的敬三角僻面組殘成，純三角碌形的喉形狀恢、大莊小取跡決于妄不規(guī)紋則分唱布的仰點的斯位置濾和密跨度。地形囑變化敢越簡哀單，灶采樣殘點就柳越少銜，則倦單元退格就個越大蟲；反川之地紅形變摘化比默較復幫雜，后數(shù)據(jù)無點分日布比夫較密囑集，命格網(wǎng)躍單元涌就越怒小。與規(guī)噴則格廳網(wǎng)的陳區(qū)別脫：TI統(tǒng)N模型吃不需之要維首護模辦型的爹結構跳規(guī)則怎性，作不但零能靈熊活地階隨地枝形的纏復雜繡程度征而改專變格組網(wǎng)單咱元大扁小，翅避免喊平坦懂地形蓮的數(shù)林據(jù)冗繪余，肢而且沉又能逢按地臉形特廈征點借線如饑山脊褲點、旅山谷框線、納地形睡變化欄線等關表示甩地形攤特征繁。2.寨3劍DE露M數(shù)柏據(jù)結泊構2.爬3.滾1規(guī)快則格胖網(wǎng)D波EM盞數(shù)據(jù)鑄結構（1）簡艘單矩改陣結丑構規(guī)則炮格網(wǎng)DE戴M的數(shù)稀據(jù)在塞水平粥方向慘和垂燃直方桿向的肌間隔震相等睜，格撐網(wǎng)點早的平厚面坐盼標隱扣含在地行列簽號中主，故退適宜泳用矩形陣形形式進娃行存鉤儲，伴即按切行（失或列攝）逐攏一記況錄每吸一個柿格網(wǎng)狹單元弱的高洞程值概。同時暑為了竭實現(xiàn)蓬行列柄號和貪平面剪位置臨坐標愧之間窄的轉調換，賊還需播要記賭錄格批網(wǎng)西南純角的賺坐標囑值、哀格網(wǎng)盲間距等。規(guī)則磁格網(wǎng)DE唉M的數(shù)良據(jù)文晨件一悶般包表含數(shù)據(jù)從頭和數(shù)據(jù)喚體。數(shù)據(jù)股頭：定詞義DE菌M西南贏角起抱點坐女標、墾坐標南類型固、格擦網(wǎng)間廳距、仗行列任數(shù)、起最低五高程糧以及賣高程擱放大史系數(shù)踏等內膠容。數(shù)據(jù)勾體：按慚行或駱列分恢布記粒錄的存高程際數(shù)字斃陣列蔥。Ar哪cv戀ie滔w的文匹本文浸件格例式（2）行營程編押碼結犬構DE椅M行程獲編碼框的基喘本思縫路是丘：對余于一長幅DE詠M，常齒常在傅行(或列)方向陜上相糾鄰的倆若干側點具悅有相干同的暑高程方值，寬因而藥從第蔽一列殼開始園，在倚格網(wǎng)泰單元丙數(shù)值農發(fā)生司變化允時依次糟記錄鑄該值棄以及秩重復貍的個超數(shù)，應調用時雨可利蝦用重胃復個交數(shù)恢朋復DE騎M矩陣紡。行程哭編碼粗方案熔實際拾上是遵一種浪柵格乞數(shù)據(jù)似的壓回縮方倡案，屯能夠礎有效漠的減命少DE收M數(shù)據(jù)脾存儲萍量，容特別跌是對鄭平坦妻地區(qū)地。（3）塊判狀編株碼結旱構塊狀傾編碼流方案餅是行揀程編溉碼方鋒案從一釣維擴少展到們二維的情殺況，據(jù)它采諒用方剛形區(qū)爸域作痕為記叨錄單誕元，伯每個優(yōu)記錄騰單元態(tài)包括申相鄰鑰的若部干柵螺格。該數(shù)賊據(jù)結授構是區(qū)由記顯錄單職元的久初始續(xù)位置(行、孕列號)、格陣網(wǎng)單搏元高建程值長和方工形區(qū)桐域半慕徑(正方敞形區(qū)級域的箱邊長鄉(xiāng)豐，采快用格答網(wǎng)間另距倍短數(shù)表擱示)所組含成的虧單元屈組，戶即(行號梢，列睛號，蠟格網(wǎng)雞高程岔值，助區(qū)域歐半徑)，整蚊個DE憐M數(shù)據(jù)湊文件閉由該患單元秤組組淺成，根據(jù)稼初始鎖位置叮和區(qū)釋域半驚徑可眼恢復霉高程翅矩陣。（4）四葬叉樹原結構四叉專樹數(shù)繪據(jù)結欄構是妹一種雷對柵糞格數(shù)虜據(jù)的壓縮貓編碼嗚方法?；驹O思想窯是將蜻一幅凝柵格珠數(shù)據(jù)蜻層或兔圖像戴等分爪為四巨個部挨分，添逐塊級檢查嬸其格塵網(wǎng)屬富性值梢（或倡灰度胃）；奶如果殖某個咱子區(qū)朱的所鴉有格垃網(wǎng)值遣都具瓦有相矩同的圈值，污則這禮個子絲式區(qū)就功不再掃繼續(xù)左分割扇，否械則還驚要把授這個終子區(qū)緩分割療為四幻玉個子浪區(qū)；榜這樣啊依次青分割裳，直此到每肆個子事塊都紙只含孫有相同讓的屬嫌性值端或灰鞏度為止治。2.巷3.肅2插TI忘N結鋒構不規(guī)釘則三最角網(wǎng)DE傲M直接晚利用越原始賢采樣駱點進低行地南形表獲面的掘重建予，由混連續(xù)碧的相撇互聯(lián)專接的伏三角旨面組信成，覽三角薄面的終形狀呼和大滔小取燃決于場不規(guī)羨則分怕布的翼觀測透點的怨密度也和位生置。AEDCB165432TI王N絨模型企基本取結構留元素拓撲年關系TI艙N叫文件丟組成AEDCB165432三角形節(jié)點A1，5，6B4，5，6C3，4，6D2，3，6E1，2，6三角運形/節(jié)點摸關系防表坐標轉表節(jié)點坐標1X1，Y1，Z12X2，Y2，Z23X3，Y3，Z34X4，Y4，,Z45X5，Y5，Z56X6，Y6，Z6TI愈N裁的數(shù)束據(jù)結愧構類孕型TI致N悔的面嘴結構TI束N的面諸結構名在基舞本鏈莫表結揚構基錦礎上目增加貓了用擦來描部述三角蠟形之犬間拓愚撲關霉系的數(shù)誓據(jù)，恨也就盟是說TI鍬N的面?zhèn)憬Y構孝一般期由三媽個表搬組成馳，即欺坐標慰表、鄭三角任形頂扮點表品以及受鄰接矛三角最形表浮。特點蝴：由申于存濾儲了酬三角需形之詳間的歡鄰接西關系楊，TI搭N內插沖、檢豎索、擠等高托線提絮取、挑顯示梁及局攜部結蚊構分黑析都味比較煌方便解。不足篩：存紫儲量罷較大刪，而歡且在TI智N的編承輯中宏要隨痕時維念護這透種關意系。TI脖N澡的點向結構TI恒N的點原結構鳴由坐丈標文圖件和怒三角挺形頂戚點的甜鄰接裝指針裂鏈組次成。三角輪形頂蘭點的本鄰接兔點是賠指共用陵該頂小點的顏所有錫三角扒形其測余兩品頂點舌的不縣重復村頂點智的集為合，可縫按順良時針靈或逆嘗時針菌方向否順序勿組成企。每個發(fā)頂點分的鄰失接點羽順次昏存儲手在一莖個鏈楊表中攻。特點飲：存深儲量覽小，肉編輯構方便諒。不足度：但件三角軋形及甩其鄰秒接關唐系需接實時劈燕再生足成，撥計算練量比沃較大燭。TI栗N廟的點引面結謠構在點效結構分基礎讀上，局增加落組成拳三角耳形三唐頂點霉的數(shù)呼表。特點趙：結齊構存屆儲量瓣與面裳結構燭的大嗚致相蒜當，柏編輯銹、顯惜示比饅較方紀便。不足問；由至于三嫩角形樓之間選的關粒系是肝隱式遍的，仗檢索暈與內那插效院率不望太高編。TI避N福的邊預結構TI屆N的邊誰結構璃是從咬組成學整個TI速N模型寇的所庸有三位角形位中，襪抽取臟其不麻重復縮慧邊集窯所組祖成。特點址：存倡儲量修比較啊小，擔非常勾適合裹等高燒線的抖提取不足猴：編鞋輯、徑內插討以及單檢索勸不太辮方便宮。TI倆N勢的邊估面結程構邊面晚結構目重點師在于宵刻畫唉三角父形邊桂和三津角形插面之慚間的款拓撲嶺關系域，一屋般由邊表孔和鄰載接三現(xiàn)角形涉表組成猾。在勇邊表劣中，私定義猴該邊所的起東點、傷終點北和左菌右相禽鄰三星角形符，而懶鄰接謠三角似形表將中則胃記錄睬三角專形之毅間的躬拓撲辯關系縣。特點：為匯上述倦所有篩結構法中存拉儲量且最大興的，買雖然鼠在檢滲索、山等高依線提具取等館方面離比較半方便驚。不足：不絞利于昨動態(tài)嶼更新匪和維昌護。不規(guī)遲則三眠角網(wǎng)DE蜘M的優(yōu)點是：能充山分利灶用地珍貌的咬特征襪點和殿特征遣線，晴較好貍地表曠示復介雜地叮形；可根預據(jù)不職同的淘地形乓，選漁取合壞適的捎采樣鞭點數(shù)諒；進行餃地形徒分析匆和繪牌制立谷體圖懂也很怒方便映。其缺點是：刮由于都數(shù)據(jù)權結構蜻復雜甚，因鬼而不絞便于桂規(guī)范漸化管伙理，牢難以以與矢宰量和逗柵格惰數(shù)據(jù)嫌進行棵聯(lián)合票分析嘩。格網(wǎng)摩DE港M和噴TI閥N的對比2.狹3.伍3伯格網(wǎng)戴與不黎規(guī)則夾三角穩(wěn)網(wǎng)結丑構混少合結潛構由于飽規(guī)則根格網(wǎng)DE扇M和不郵規(guī)則荷三角發(fā)網(wǎng)各過有優(yōu)矩缺點籍，在忘實際勁應用球中，仇在大范爐圍內場一般遲采用重規(guī)則熊格網(wǎng)還附加士地形耗特征漆數(shù)據(jù)，如倘地形朵特征爪點、理山脊蠻線、泳山谷撞線、領斷裂雪線等炭，構藏成全四局高愚效、燃局部稀完美廊的DE柔M，規(guī)限則格故網(wǎng)DE丈M被分茄割而孤形成嚼一個變局部值的不霧規(guī)則扒三角鮮網(wǎng)。由于尖特征招線作衛(wèi)為矢班量數(shù)揉據(jù)具訓有比湖規(guī)則牧格網(wǎng)原復雜艇得多班的拓添撲結旱構和遮屬性架內容肥，一配般還扎是采克用混殼合的帝數(shù)據(jù)墓結構懸分別稱進行責處理猴。當然抹也可扯以設族計一園個一趟體化建的數(shù)服據(jù)結柿構同丸時組述織這聲些不侮同類強型的志數(shù)據(jù)站，比樣如將指所有雁矢量蹲都柵霞格化頃。另差外，逃考慮籠到混隙合結幣構將輸導致焰數(shù)據(jù)迅管理蜘復雜兼化并對降低換數(shù)據(jù)儀檢索推的效被率，濟根據(jù)習研究路區(qū)域源的大蕩小和凡軟件壁性能紋，應聚用時杏常常獵將其實銷時地綱完全醒轉換菊為TI護N的數(shù)流據(jù)結吧構。2.方4填DE蠢M數(shù)杯據(jù)庫檢管理2.岸4.分1服DE訓M數(shù)據(jù)兵庫內稿容DE叫M已成淡為GI勉S的核抖心數(shù)閱據(jù)庫才和地輸學分判析的升基礎街數(shù)據(jù)。DE問M數(shù)據(jù)篇與遙珍感影垮像數(shù)營據(jù)、楚矢量裙特征簽數(shù)據(jù)未、多僑媒體伍數(shù)據(jù)型等數(shù)記據(jù)進劍行融齊合和言信息壞的復竄合處錄理，DE聲M從單福一的的文件曬結構放向復第雜的旅信息膜系統(tǒng)扔發(fā)展嶄已成附為一薄種必幅然的史趨勢戒。DE溪M數(shù)據(jù)秩庫屬享空間枯數(shù)據(jù)石庫。DE墳M數(shù)據(jù)奏庫的高內容相如圖瞞。在一寫個關書系數(shù)囑據(jù)庫剩里最硬普通劃的對傲象是關系際表，其儲他對聾象如歐索引勉、視啞圖、可序列蔥、同博義字凱和數(shù)剖據(jù)字估典等兔都用拳來進保行查效詢和蘆數(shù)據(jù)傳存取善。表是樓基本覆的存參儲結容構，田是一遷個由虎若干璃行和銳列的鎮(zhèn)數(shù)據(jù)雪元素摩組成菊的二朋維矩駱陣。表的每一倚行包剛含了著描述稈一個仿實體較的所悔有信云息，而傘其中侵的一列杏則表床示這爽個實項體的絡一個版屬性。DE煩M數(shù)據(jù)令庫結飯構實糞質上廳是DE浸M的數(shù)由據(jù)結長構。對悲于TI輩N而言鞠，一暈般是矩把三角嗎形的訂頂點擇看作喪數(shù)據(jù)毫庫中戚的基撿本實介體，并帶在此鄙基礎稿上定腰義是喘三角全形頂拆點、值三角毛形邊回、三尺角形繁面之萄間的真拓撲圖關系固。在DE吩M構建委過程母中，豎還有疼一類緣瑞比較巷重要亂的數(shù)茂據(jù)，堪即地乖形特那征數(shù)柴據(jù)，礦如地唉形斷僑裂線鋸、特燈殊邊覆界線巾、山裕脊線坐、山區(qū)谷線屆等，垂它們南是高宏精度狂逼真尾再現(xiàn)權地形掉的保懼證，驚同時否也是蓬信息弓復合觀的需勞要，突一般餅在DE陳M數(shù)據(jù)勝庫中芒也予昂以保飄留。焦它們偏的結土構如淺下圖擋所示磨。2.憑4.聯(lián)2較DE扶M數(shù)據(jù)需庫結摩構2.世4.歡3材DE惠M數(shù)據(jù)泥庫數(shù)論據(jù)組?？椂x裕：DE琴M數(shù)據(jù)累的管票理和監(jiān)調度判方式她。組織歸方式榴：“工作程-工作棍區(qū)-圖幅邁”工程：是欄指一親個區(qū)勇域內吃的全部DE澡M數(shù)據(jù)。圖幅：是吹按照鼠一定師規(guī)則黨對研繡究區(qū)載域進問行二維覽劃分是DE茶M數(shù)據(jù)禍采集顧、建拜立、潤操作拐和調莖度的感基本橡單位誦，每娃一個答圖幅童由若霸干行坐和若軟干列蔑格網(wǎng)短單元奶組成既。工作歪區(qū)：是趙當前瘡感興罷趣的寨研究狹區(qū)域睜，一窗般情提況下蝴工作滑區(qū)就褲是圖樣幅，叛如果曉需要血，也幻玉可將多個仁圖幅傻定義孕為一向個工任作區(qū)。圖幅等由坐握標范逗圍定泛義，拘通過拘記錄束每一涼個圖恭幅范金圍的塑空間閥索引齊文件(工作拿區(qū)范喜圍通蓄過圖纏幅范到圍確駕定)，即卸可建梯立工哈程與舉工作魯區(qū)、企圖幅雨之間左的聯(lián)穴系。當一冰個工加程具爐有不嘗同的肝分辨絞率的DE也M時，型則形甘成細潔節(jié)層夕次模遭型（le紛ve庸ls豆o寄F傷De層ta謝il耐L薪OD）。LO突D模型鈴形成原方案啊：（1）形宗成某開一地盼區(qū)不帝同分癢辨率究的DE英M，通聾過一跟體化割管理佛建立篩金字退塔數(shù)遮據(jù)庫—核心澡是不惹同分核辨率DE攜M的融孩合。（2）在辟地形早可視輩化中浩，實心施細珠節(jié)分睜層是一捆個熱域點。圖幅販由坐耕標范畜圍定辱義，容例如森，圖盯幅H的范概圍是警（27澡0,壤12先0,斑28嘩0,止13騎0）。率通過脂記錄掩每一妻個圖烘幅范蠅圍的空間螞索引班文件（工摟作區(qū)杏范圍恒通過泳圖幅簽范圍豬確定吃），羞即可竿建立獻工程局與工濤作區(qū)須