DEM数据组织与管理ppt课件

1、数字地面模型张菊清长安大学地测学院长安大学数字地面模型第二章第二章 DEMDEM数据组织与管理数据组织与管理2.1 2.1 概述概述 DEM DEM即是地形曲面的数字化表达。建立即是地形曲面的数字化表达。建立DEMDEM的本质就是地形数据的建模过程。的本质就是地形数据的建模过程。笼统、总结、提炼笼统、总结、提炼地形曲面数据模型地形曲面数据模型数据组织、管理数据组织、管理地形重建地形重建DEMDEM建模过程建模过程矢量构造矢量构造栅格构造栅格构造镶嵌镶嵌混合构造混合构造数字地面模型长安大学2.1 2.1 概述概述 用户了解的地理景象构造用户了解的地理景象构造 概念构造概念构造数据库构造数据库构造

2、从地理景象到计算机存储器，经过：从地理景象到计算机存储器，经过：矢量构造矢量构造栅格构造栅格构造混合构造混合构造数字高程模型数据组织的目的就是要将一切相数字高程模型数据组织的目的就是要将一切相关的关的DEMDEM数据经过数据库有效地管理起来，并数据经过数据库有效地管理起来，并根据其地理分布建立一致的空间索引，进而可根据其地理分布建立一致的空间索引，进而可以快速调度数据库中恣意范围的数据，实现对以快速调度数据库中恣意范围的数据，实现对整个研讨区域整个研讨区域DEMDEM数据的无缝遨游。数据的无缝遨游。2.1 2.1 概述概述2.2 DEM2.2 DEM数据模型数据模型镶嵌数据模型：镶嵌数据模型：

3、 空间对象可用相互衔接在一同的网络来覆盖空间对象可用相互衔接在一同的网络来覆盖和逼近，或者说用在二维区域上的网络划分来覆和逼近，或者说用在二维区域上的网络划分来覆盖整个研讨区域。盖整个研讨区域。规那么镶嵌数据模型规那么镶嵌数据模型不规那么镶嵌数据模型不规那么镶嵌数据模型数字地面模型长安大学1 1 规那么镶嵌数据模规那么镶嵌数据模型型用规那么的小面块集合来逼近不规那么分布的地形曲面。用规那么的小面块集合来逼近不规那么分布的地形曲面。正方形正方形正三角形正三角形正六边形正六边形 优点：优点： 存储量小，构造简单，操作方便，因此非常存储量小，构造简单，操作方便，因此非常适宜于大规模的运用与管理。适宜

4、于大规模的运用与管理。 缺陷：缺陷： 对于复杂的地形地貌特征，难于确定适宜的对于复杂的地形地貌特征，难于确定适宜的格网大小。格网大小。 特点：特点：数字地面模型长安大学2不规那么镶嵌数据模型不规那么镶嵌数据模型是指用来进展镶嵌的小面块具有不规那么镶嵌数据模型是指用来进展镶嵌的小面块具有不规那么的外形和边境。不规那么的外形和边境。三角形三角形四边形四边形六边形六边形特点：特点：优点：优点： 能较好的顾及地貌特征点、线，逼真地能较好的顾及地貌特征点、线，逼真地表示复杂地形起伏特征，并能抑制地形起伏表示复杂地形起伏特征，并能抑制地形起伏变化不大的地域产生冗余数据的问题。变化不大的地域产生冗余数据的问

5、题。缺陷：缺陷： 数据量大，数据构造复杂且难以建立，数据量大，数据构造复杂且难以建立，TINTIN普通只适宜于小范围大比例尺高精度的普通只适宜于小范围大比例尺高精度的地形建模。地形建模。数字地面模型长安大学2.3 DEM2.3 DEM数据构造数据构造 数据构造研讨的是数据的逻辑关系和数据表数据构造研讨的是数据的逻辑关系和数据表示。它是空间数据模型的表述，是相互之间存在示。它是空间数据模型的表述，是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。一种或多种特定关系的数据元素的集合。规那么格网构造规那么格网构造Grid不规那么三角网构造不规那么三角网构造TIN混合构造混合构造数字地面模型长安大学1

6、40150671551521491471415915816016215415014466151161155160160162158721621531541511591581577016716714915314515675166165147146156155681511521 1规那么格网数据构造规那么格网数据构造GridGrid数字地面模型长安大学规那么格网数据构造规那么格网数据构造GridGrid 数据构造： 简单矩阵构造简单矩阵构造 规那么格网规那么格网DEMDEM数据文件普通包括对数据文件普通包括对DEMDEM数据进展阐明的数据头和数据进展阐明的数据头和DEMDEM数据体部分。数据体部分

7、。数据头：包括定义西南角起点坐标、坐标类数据头：包括定义西南角起点坐标、坐标类 型、格网间距、行列数、最低高程型、格网间距、行列数、最低高程以以 及高程放大系数等。及高程放大系数等。 数据体：按行或列分布记录的高程数字阵列。数据体：按行或列分布记录的高程数字阵列。数字地面模型长安大学Y12X301250西南角坐标西南角坐标X0，y0图示图示文件格式文件格式例例列数列数行数行数起点纵坐标起点纵坐标起点横坐标起点横坐标格网间距格网间距无效数据区数据无效数据区数据数数 据据 头头数据体数据体503012345.054321.550-9999按行陈列按行陈列的的DEM数数据体据体140，134，156

8、 67 ArcView DEMArcView DEM文件格式文件格式数字地面模型长安大学规那么格网数据构造规那么格网数据构造GridGrid 行程编码构造行程编码构造 块状编码构造块状编码构造 链码构造链码构造 四叉树构造四叉树构造 121212121212141414121212121212141414121212121212141414121212121212131313121212121212131313121212121212131313111111121212131313111111121212131313111111121212131313数字地面模型长安大学2 2 不规那么三角网

9、不规那么三角网TINTIN不规那么三角网：将按地形特征采集的点根据一不规那么三角网：将按地形特征采集的点根据一定规那么衔接成覆盖整个区域且互不重叠的许多定规那么衔接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角形，构成一个不规那么三角网，通常称为三三角形，构成一个不规那么三角网，通常称为三角网角网DEMDEM或或TINTIN。数字地面模型长安大学不规那么三角网不规那么三角网TINTIN数据构造 链表构造链表构造构造简单，但三角形构造元素的拓扑关系却构造简单，但三角形构造元素的拓扑关系却是隐含的，不利于是隐含的，不利于TINTIN模型的检索和运用。模型的检索和运用。数字地面模型长安大学不规那么三角网TIN

10、TINTIN的面构造的面构造 在根本链表构造的根底上添加了用来描画三角在根本链表构造的根底上添加了用来描画三角形之间拓扑关系的数据，也即形之间拓扑关系的数据，也即TINTIN面构造由坐标面构造由坐标表、三角形顶点表以及邻接三角形表三张表组成。表、三角形顶点表以及邻接三角形表三张表组成。数字地面模型长安大学不规那么三角网TIN TINTIN的面构造的面构造 编号邻接三角形ab、d、-ba、c、-cb、d、-da、c、-数字地面模型长安大学不规那么三角网TIN TINTIN的面构造的面构造 特点：由于存储了三角形之间的邻接关系，特点：由于存储了三角形之间的邻接关系，TINTIN内插、检索、等高线提

11、取、显示以及部分内插、检索、等高线提取、显示以及部分构造分析都比较方便。缺乏之处是存储量较大，构造分析都比较方便。缺乏之处是存储量较大，而且在而且在TINTIN的编辑中要随时维护这种关系。的编辑中要随时维护这种关系。数字地面模型长安大学不规那么三角网TIN TINTIN点构造点构造 点构造由坐标文件和三角形顶点的邻接指针链组点构造由坐标文件和三角形顶点的邻接指针链组成。三角形顶点的邻接点是指公用该顶点的一切成。三角形顶点的邻接点是指公用该顶点的一切三角形其他两顶点的不反复顶点的集合。三角形其他两顶点的不反复顶点的集合。数字地面模型长安大学不规那么三角网TIN TINTIN点构造点构造 特点：存

12、储量小，编辑方便，特点：存储量小，编辑方便，但三角形及其邻接关系需实但三角形及其邻接关系需实时再生成，计算量比较大，时再生成，计算量比较大，不利于不利于TINTIN的快速检索和显的快速检索和显示示 数字地面模型长安大学 TINTIN边构造边构造 从组成整个从组成整个TINTIN模型的一切三角形中，抽取其不模型的一切三角形中，抽取其不反复边集所组成，其数据构造由边的两个顶点以及反复边集所组成，其数据构造由边的两个顶点以及与之关联的两条边表达。关联边要满足三个条件：与之关联的两条边表达。关联边要满足三个条件：1 1分布在当前边的两侧；分布在当前边的两侧；2 2关联边与当前边关联边与当前边的夹角最小

13、；的夹角最小；3 3关联边顶点不反复。关联边顶点不反复。 特点：存储量比较小，非常适宜等高线的提取，特点：存储量比较小，非常适宜等高线的提取，但编辑、内插以及检索不太方便。但编辑、内插以及检索不太方便。不规那么三角网TIN数字地面模型长安大学不规那么三角网TIN TINTIN的边面构造的边面构造 由边表和邻接三角形表组成。由边表和邻接三角形表组成。 特点：是一切构造中存储量最大的，虽然在特点：是一切构造中存储量最大的，虽然在检索、等高线提取等方便比较方便，但不利检索、等高线提取等方便比较方便，但不利于动态更新和维护。于动态更新和维护。数字地面模型长安大学2.3 DEM数据构造3、混合数据模型

14、由于规那么格网与不规那么三角网各有优缺由于规那么格网与不规那么三角网各有优缺陷，在实践运用中，在大范围内普通采用规那么陷，在实践运用中，在大范围内普通采用规那么格网附加地形特征数据，构成全局高效、部分完格网附加地形特征数据，构成全局高效、部分完美的美的DEMDEM。数字地面模型长安大学2.3 DEM数据构造优缺优缺陷陷规那么格网规那么格网DEMDEM不规那么三角网不规那么三角网TINTIN优点优点简单的数据存储构造；简单的数据存储构造；与遥感影像数据的复与遥感影像数据的复合性；合性；良好的外表分析功能良好的外表分析功能较少的点可获取较较少的点可获取较高的精度；高的精度；可变分辨率；可变分辨率；

15、良好的拓扑构造良好的拓扑构造缺陷缺陷计算效率较低；计算效率较低；数据冗余；数据冗余；格网构造规那么格网构造规那么外表分析才干较差；外表分析才干较差；构建比较费时；构建比较费时；算法设计比较复杂算法设计比较复杂数字地面模型长安大学4 4构造的选择构造的选择 详细采用何种构造，普通思索如下要素：详细采用何种构造，普通思索如下要素：数据的可获取性；数据的可获取性；地形曲面特点以及能否思索特征点、线；地形曲面特点以及能否思索特征点、线；目的和运用目的和运用原始数据的比例尺和分辨率原始数据的比例尺和分辨率 2.3 DEM数据构造数字地面模型长安大学2.4 DEM数据库构造1 1、DEMDEM的数据库构造

16、的数据库构造 数据库构造本质上是一种索引构造，即经数据库构造本质上是一种索引构造，即经过建立空间索引，实现数据库的快速查找、数过建立空间索引，实现数据库的快速查找、数据存取分析和分析操作等据存取分析和分析操作等 。 Grid Grid的数据库构造的数据库构造 栅格栅格DEMDEM在数据库中主要采用基于格网单在数据库中主要采用基于格网单元、分块、分区的层次构造。元、分块、分区的层次构造。 经过经过“工程工程任任务区务区行列构造索引即可独一确定行列构造索引即可独一确定DEMDEM数数据范围内恣意空间位置的据范围内恣意空间位置的DEMDEM值。值。数字地面模型长安大学2.3 DEM数据库构造1 1、

17、DEMDEM的数据库构造的数据库构造 TIN TIN的数据库构造的数据库构造 TIN TIN把结点看作数据库中的根本实体，拓把结点看作数据库中的根本实体，拓扑关系的描画那么在数据库中建立指针系统来扑关系的描画那么在数据库中建立指针系统来表示每个三角形与结点的邻里关系、结点到临表示每个三角形与结点的邻里关系、结点到临近点的关系、三角形到邻里三角形的关系。这近点的关系、三角形到邻里三角形的关系。这样的指针系统坚持了很高的查找效率。样的指针系统坚持了很高的查找效率。 2.3 DEM数据库构造 混合的数据库构造混合的数据库构造 对于混合构造的对于混合构造的DEMDEM数据，除了栅格构造的数据，除了栅格

18、构造的GridGrid数据外，主要是各种重要的地形特征数据，数据外，主要是各种重要的地形特征数据，特别是各种线性特征数据特别是各种线性特征数据长安大学数字地面模型长安大学ABCDEFGHI规范分区规范分块格网单元Grid的层次构造行列数字地面模型长安大学三角形三角形独一标识符独一标识符OID类型类型序列号序列号三维坐标范围三维坐标范围拓扑属性拓扑属性到点的指征到点的指征到边的指针到边的指针到相邻三角形的指针到相邻三角形的指针其他属性其他属性TIN的数据库构造的数据库构造独 一 标 识 符独 一 标 识 符OID类型、序列号类型、序列号X、Y、Z拓扑属性拓扑属性到边的指针到边的指针到三角型的指针

19、到三角型的指针其他属性其他属性点点特征线特征线标识符标识符三维坐标范围三维坐标范围拓扑属性拓扑属性关联点关联点关联表关联表邻接三角形邻接三角形其它属性其它属性点实体的数据库构造点实体的数据库构造三角形实体的数据库构造三角形实体的数据库构造线的数据库构造线的数据库构造数字地面模型长安大学大范围的大范围的DEMDEM数据具有海量数据特征，为了数据具有海量数据特征，为了高效的进展数据检索、无缝阅读，需求合理高效的进展数据检索、无缝阅读，需求合理组织组织DEMDEM数据。常用的方法是：数据。常用的方法是： 在程度方向上将同一尺度的在程度方向上将同一尺度的DEMDEM数据划数据划分成一系列的块，在垂直方

20、向上将不同尺度分成一系列的块，在垂直方向上将不同尺度DEMDEM分层组织。分层组织。工程工程任务区任务区图幅的层次构造索引方式图幅的层次构造索引方式是当前是当前GISGIS空间数据库数据组织的一种常用方法。空间数据库数据组织的一种常用方法。1 1、DEMDEM的数据组织的数据组织2.5 DEM数据库管理数字地面模型长安大学1 1、DEMDEM的数据组织的数据组织2.4 DEM数据库管理对对TINTIN来讲，在按来讲，在按“工程工程任务区任务区图幅这种方图幅这种方式组织数据时，应留意两点：式组织数据时，应留意两点：1 1由于由于TINTIN的每个图幅区域的边境不规那么，的每个图幅区域的边境不规那

21、么，为防止相邻图幅之间的接边问题，普通在进展数为防止相邻图幅之间的接边问题，普通在进展数据分幅时，各图幅之间要有一定的重叠度；据分幅时，各图幅之间要有一定的重叠度；2 2TINTIN的不规那么性。为快速对点所在三角形的不规那么性。为快速对点所在三角形进展定位，有必要在图幅内建立进展定位，有必要在图幅内建立TINTIN的空间索引。的空间索引。2.4 DEM数据库管理2 2、几项有效的技术措施、几项有效的技术措施 1 1细节层次细节层次LODLOD。将描画同一对象的一系。将描画同一对象的一系列不同分辨率和质量的矢量数据模型预先创建列不同分辨率和质量的矢量数据模型预先创建并保管在数据库中，对于栅格数

22、据，即是多分并保管在数据库中，对于栅格数据，即是多分辨率的影像辨率的影像影像金字塔。影像金字塔。 2 2渐进描画技术用于控制场景质量，普通渐进描画技术用于控制场景质量，普通采取的战略是要么缩减可见的范围，要么根据采取的战略是要么缩减可见的范围，要么根据细节层次构造简化数据质量；细节层次构造简化数据质量； 3 3动态装载技术动态装载技术长安大学数字地面模型长安大学细节层次模型LOD不同分辨率DEM的表示关键问题：不同分辨率的自顺应度和数据交融2.4 DEM数据库管理3 3、数据库管理系统的职能、数据库管理系统的职能 1 1根本职能根本职能 管理数据库管理数据库 维护数据库维护数据库 数据通讯，担

23、任数据的流动数据通讯，担任数据的流动 2 2附加功能附加功能 数据显示与查询功能数据显示与查询功能 分析与运用示范功能分析与运用示范功能 数据提取功能数据提取功能 建立空间索引和建立空间索引和DEMDEM数据递交入库功能数据递交入库功能 DEMDEM数据库与其它数据库的衔接和数据数据库与其它数据库的衔接和数据 复合显示等功能复合显示等功能 权限控制功能权限控制功能 2.4 DEM数据库管理数字地面模型长安大学DEM数据库元数据数据库 矢量 数据库数据库效力器 Web 效力器数据库效力器数据获取数据入库信息查询数据管理数据加工数据提供权限管理数据更新系统维护客户DEM数据库管理数据库管理数字地面模型长安大学2.5 DEM元数据1 1定义定义元数据是关于数据的数据。它描画数据的内容、元数据是关于数据的数据。它描画数据的内容、质量、情况和其它特征，协助人们定位和了解质量、情况和其它特征，协助人