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(dá)，也就是說，DEM是在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)上科學(xué)、真實(shí)地描述、表達(dá)和模擬地形曲面實(shí)體，因此它的建立實(shí)際上是一種地形數(shù)據(jù)的建模過程。DEM的建立首先要對(duì)地形曲面進(jìn)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(cè)數(shù)據(jù)按照一定的結(jié)構(gòu)組織在一起，形成對(duì)數(shù)據(jù)模型的表述，最后借助計(jì)算機(jī)實(shí)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(kù)進(jìn)行管理和調(diào)度（當(dāng)然小范圍的數(shù)據(jù)也可采用文件形式進(jìn)行管理）。DEM數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)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(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。鑲嵌數(shù)據(jù)模型特別適合于對(duì)三維離散空間數(shù)據(jù)的表達(dá)，以及對(duì)具有連續(xù)變化的空間對(duì)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(duì)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(xué)手段將研究區(qū)域進(jìn)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(duì)網(wǎng)格單元附加相應(yīng)的屬性信息（即高程值）。例如對(duì)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(píng)價(jià)

優(yōu)點(diǎn)：（1）其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為通常的二維矩陣結(jié)構(gòu)，每個(gè)網(wǎng)格單元表示二維空間的一個(gè)位置，不管是沿水平方向還是垂直方向，均能方便地利用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)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(jì)算機(jī)程序語言都有矩陣處理功能。（3）以矩陣形式存儲(chǔ)和組織數(shù)據(jù)還具有隱式坐標(biāo)，即格網(wǎng)單元的平面坐標(biāo)隱含在矩陣的行列號(hào)之中，從而不需要進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)字化。

缺點(diǎn)：是不管地形變化復(fù)雜還是簡(jiǎn)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(jìn)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(jiǎn)稱TIN），是DEM的又一主要表達(dá)形式。TIN模型是三維空間上的分段線性模型，整個(gè)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(diǎn)：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(diǎn)的位置和密度。地形變化越簡(jiǎn)單，采樣點(diǎn)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(diǎn)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(hù)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(diǎn)線如山脊點(diǎn)、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(jiǎn)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(diǎn)的平面坐標(biāo)隱含在行列號(hào)中，故適宜用矩陣形式進(jìn)行存儲(chǔ)，即按行（或列）逐一記錄每一個(gè)格網(wǎng)單元的高程值。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)行列號(hào)和平面位置坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換，還需要記錄格網(wǎng)西南角的坐標(biāo)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(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(duì)于一幅DEM，常常在行(或列)方向上相鄰的若干點(diǎn)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(shí)依次記錄該值以及重復(fù)的個(gè)數(shù)，應(yīng)用時(shí)可利用重復(fù)個(gè)數(shù)恢復(fù)DEM矩陣。

行程編碼方案實(shí)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(chǔ)量，特別是對(duì)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(kuò)展到二維的情況，它采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)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(hào))、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(zhǎng)，采用格網(wǎng)間距倍數(shù)表示)所組成的單元組，即(行號(hào)，列號(hào)，格網(wǎng)高程值，區(qū)域半徑)，整個(gè)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(duì)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(yáng)圖像瘋等分痰為四虜個(gè)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(jià)）；觸如果憶某個(gè)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(gè)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(gè)企子區(qū)牌分割庫(kù)為四綱個(gè)子核區(qū)；肺這樣壤依次拴分割堤，直嶄到每譜個(gè)子午塊都消只含接有相同交的屬嚼性值海或灰秀度為止銳。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(diǎn)進(jìn)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(jī)?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(cè)販點(diǎn)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?fù)淠X關(guān)系TI泳N筐文件廚組成AEDCB165432三角形節(jié)點(diǎn)A1，5，6B4，5，6C3，4，6D2，3，6E1，2，6三角稻形/節(jié)點(diǎn)驚關(guān)系擦表坐標(biāo)腔表節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)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(yán)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(píng)撲關(guān)鵲系的數(shù)欄據(jù)，財(cái)也就梨是說TI乏N的面煎結(jié)構(gòu)猜一般橋由三撒個(gè)表罷組成回，即治坐標(biāo)找表、抗三角盜形頂父點(diǎn)表械以及卵鄰接輕三角警形表輪。特點(diǎn)殺：由滴于存沈儲(chǔ)了繩三角既形之營(yíng)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(chǔ)量間較大腔，而愈且在TI遲N的編聽輯中疏要隨心時(shí)維哭護(hù)這戴種關(guān)獎(jiǎng)系。TI宴N其的點(diǎn)荷結(jié)構(gòu)TI趨N的點(diǎn)乒結(jié)構(gòu)誼由坐血標(biāo)文季件和茫三角洲形頂培點(diǎn)的猜鄰接聲指針番鏈組遠(yuǎn)成。三角斗形頂振點(diǎn)的屑鄰接旨點(diǎn)是靜指共用肯該頂蔑點(diǎn)的災(zāi)所有拿三角碑形其老余兩混頂點(diǎn)墓的不綁重復(fù)粱頂點(diǎn)紡的集邪合，可腸按順從時(shí)針杯或逆膏時(shí)針斃方向濤順序怖組成哄。每個(gè)夕頂點(diǎn)春的鄰載接點(diǎn)欲順次添存儲(chǔ)賢在一霧個(gè)鏈鴿表中廚。特點(diǎn)診：存獻(xiàn)儲(chǔ)量森小，棒編輯損方便橡。不足遷：但販三角惰形及呆其鄰國(guó)接關(guān)跑系需瓜實(shí)時(shí)候再生餓成，秒計(jì)算隨量比信較大鴿。TI保N凳的點(diǎn)惱面結(jié)均構(gòu)在點(diǎn)桌結(jié)構(gòu)花基礎(chǔ)喪上，趕增加性組成達(dá)三角教形三膽頂點(diǎn)泊的數(shù)羨表。特點(diǎn)期：結(jié)憲構(gòu)存除儲(chǔ)量漲與面室結(jié)構(gòu)情的大框致相背當(dāng)，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(lán)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(gè)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(diǎn)亡：存摟儲(chǔ)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(zhēng)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(diǎn)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?fù)滟I關(guān)系鍬，一湯般由邊表孕和鄰廣接三肺角形寄表組成爭(zhēng)。在論邊表帶中，煌定義淚該邊鹿的起績(jī)點(diǎn)、音終點(diǎn)辜和左抹右相賣鄰三娛角形影，而消鄰接進(jìn)三角妻形表妨中則略記錄副三角古形之妨間的鵝拓?fù)涠嚓P(guān)系腹。特點(diǎn)：為升上述餃所有努結(jié)構(gòu)讓中存椒儲(chǔ)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(dòng)態(tài)略更新嬌和維并護(hù)。不規(guī)認(rèn)則三礎(chǔ)角網(wǎng)DE逢M的優(yōu)點(diǎn)是：能充好分利芽用地茶貌的晶特征折點(diǎn)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(diǎn)數(shù)快；進(jìn)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(diǎn)是：栽由于惹數(shù)據(jù)頁(yè)結(jié)構(gòu)訴復(fù)雜戰(zhàn)，因蠶而不餐便于碑規(guī)范請(qǐng)化管需理，找難以漲與矢遠(yuǎn)量和衫柵格懶數(shù)據(jù)臟進(jìn)行演聯(lián)合策分析忽。格網(wǎng)富DE擔(dān)M和頑TI執(zhí)N的對(duì)比2.歡3.潤(rùn)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(diǎn)競(jìng)，在我實(shí)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?dāng)?shù)據(jù)，如渾地形威特征亭點(diǎn)、歐山脊財(cái)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(gè)御局部補(bǔ)的不嚴(yán)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(jì)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(jìn)行濱處理洪。當(dāng)然占也可周以設(shè)角計(jì)一株個(gè)一揉體化滲的數(shù)決據(jù)結(jié)爹構(gòu)同餃時(shí)組療織這董些不描同類粱型的冊(cè)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(bào)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(shí)休常常殺將其實(shí)董時(shí)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(kù)掩管理2.縱4.棟1尸DE五M數(shù)據(jù)么庫(kù)內(nèi)糟容DE申M已成捆為GI至S的核侵心數(shù)哈據(jù)庫(kù)漢和地漫學(xué)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(lì)數(shù)據(jù)致等數(shù)刮據(jù)進(jìn)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(zé)已成劈燕為一乒種必復(fù)然的寨趨勢(shì)這。DE盜M數(shù)據(jù)生庫(kù)屬非空間裹數(shù)據(jù)攝庫(kù)。DE販M數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)的君內(nèi)容憶如圖侍。在一疾個(gè)關(guān)瓦系數(shù)杜據(jù)庫(kù)貞里最成普通厲的對(duì)示象是關(guān)系腐表，其漆他對(duì)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(jìn)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(chǔ)結(jié)譜構(gòu)，則是一少個(gè)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(gè)錄實(shí)體博的所動(dòng)有信舌息，而棗其中盆的一列燙則表邪示這批個(gè)實(shí)測(cè)體的恩一個(gè)例屬性。DE晚M數(shù)據(jù)務(wù)庫(kù)結(jié)扣構(gòu)實(shí)承質(zhì)上刻是DE救M的數(shù)鐮據(jù)結(jié)姜構(gòu)。對(duì)旬于TI集N而言衣，一鍵般是骨把三角攻形的都頂點(diǎn)熟看作雅數(shù)據(jù)闊庫(kù)中賊的基釀本實(shí)者體，并趨在此堪基礎(chǔ)蹄上定滲義是兄三角爆形頂土點(diǎn)、怠三角值形邊縫、三耀角形心面之疼間的浮拓?fù)涠P(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(xí)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(shí)猜也是百信息噴復(fù)合登的需適要，夢(mèng)一般伏在DE零M數(shù)據(jù)尋庫(kù)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(kù)結(jié)始構(gòu)2.售4.憂3槳DE飽M數(shù)據(jù)默庫(kù)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(gè)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(duì)研日究區(qū)團(tuán)域進(jìn)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(gè)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(dāng)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(gè)側(cè)圖幅抱定義鵝為一棄個(gè)工食作區(qū)。圖幅混由坐察標(biāo)范變圍定蜻義，梁通過途記錄擦每一汪個(gè)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(dāng)一秧個(gè)工疾程具埋有不什同的沸分辨鳥率的DE陪M時(shí)，贈(zèng)則形襖成細(xì)嚴(yán)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?jìng)€(gè)：（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(kù)—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(bǔ)化中防，實(shí)蹈施細(xì)堪節(jié)分湯層是一司個(gè)熱惠點(diǎn)。圖幅牌由坐珍標(biāo)范骨圍定洪義，腐例如懷，圖饒幅H的范扭圍是鮮（27曉0,億12還0,屠28揀0,勻13洋0）。雷通過配記錄姿每一堆個(gè)圖沖幅范敢圍的空間漿索引亡文件（工初作區(qū)魚范圍瞧通過瞞圖幅馬范圍癢確定洪），察即可芬建立鐮工程甲與工幸作區(qū)書、圖于幅之個(gè)間的倉(cāng)聯(lián)系承，用慌戶可含以在蔽工程雅界面予下，按確定芒整個(gè)駛工程摧內(nèi)任倒意一識(shí)點(diǎn)的DE兩M值，恢也可儀在工比程內(nèi)坐開