第二章 DEM的数据组织与管理

第二章DEM的数据组织与管理2.1概述数字高程模型是地形曲面的数字化表达，也就是说，DEM是在计算机存储介质上科学、真实地描述、表达和模拟地形曲面实体，因此它的建立实际上是一种地形数据的建模过程。DEM的建立首先要对地形曲面进行抽象、总结和提炼，形成高度概括的地形曲面数据模型，然后在此数据模型基础上，将观测数据按照一定的结构组织在一起，形成对数据模型的表述，最后借助计算机实现数据管理和地形重建。按一定结构组织在一起的地形数据，一般通过数据库进行管理和调度（当然小范围的数据也可采用文件形式进行管理）。DEM数据设计基本原则2.2

DEM数据模型：镶嵌数据模型镶嵌数据模型（Tessellationmodel）源于这样的思想：空间对象可用相互连接在一起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盖整个研究区域。镶嵌数据模型特别适合于对三维离散空间数据的表达，以及对具有连续变化的空间对象的模拟。网络的特征参数包括网格尺寸、形状、方位等，对同一地理现象可以由若干不同的尺度、不同的聚分性网络来覆盖。镶嵌数据模型按照网格形状可分为规则镶嵌数据模型和不规则镶嵌数据模型，镶嵌模型的典型应用是地形曲面模拟，即数字高程模型，其中基于正方形网络的镶嵌数据模型为栅格DEM，而基于不规则镶嵌数据模型为不规则三角网DEM。2.2.1规则镶嵌数据模型概念：就是用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形曲面。在二维空间中可以有多种可能的规则格网划分方法,如图。2.2.1规则镶嵌数据模型构造规则镶嵌模型的方法用数学手段将研究区域进行网格划分，把连续的地理空间离散为互不覆盖的网格，然后对网格单元附加相应的属性信息（即高程值）。例如对规则格网的DEM而言，一般通过曲面拟合方法求得栅格单元的高程值。2.2.1规则镶嵌数据模型评价

优点：（1）其数据结构为通常的二维矩阵结构，每个网格单元表示二维空间的一个位置，不管是沿水平方向还是垂直方向，均能方便地利用简单的数学公式访问任何位置的格网单元；（2）处理这种结构的算法比较多而且成熟，大多数计算机程序语言都有矩阵处理功能。（3）以矩阵形式存储和组织数据还具有隐式坐标，即格网单元的平面坐标隐含在矩阵的行列号之中，从而不需要进行坐标数字化。

缺点：是不管地形变化复杂还是简单，均采用相同的结构，导致数据冗余而给数据管理带来不便。2.2.2不规则镶嵌数据模型概念：是指用来进行镶嵌的小面块具有不规则的形状和边界，如图。在DEM中，基于三角形的不规则镶嵌模型又称为不规则三角网（TriangulatedIrregularNetwork，简称TIN），是DEM的又一主要表达形式。TIN模型是三维空间上的分段线性模型，整个区域内连续但不可微。

2.玩2.类2不猾规则腔镶嵌辰数据昌模型特点悬：不规知则三枝角网茂数字廉高程矛模型蛋由连更续的敬三角僻面组残成，纯三角碌形的喉形状恢、大庄小取迹决于妄不规纹则分唱布的仰点的斯位置滤和密跨度。地形嘱变化敢越简哀单，灶采样残点就柳越少衔，则倦单元退格就个越大虫；反川之地红形变摘化比默较复帮杂，后数据无点分日布比夫较密嘱集，命格网跃单元涌就越怒小。与规喷则格厅网的陈区别脱：TI统N模型吃不需之要维首护模办型的爹结构跳规则怎性，作不但零能灵熊活地阶随地枝形的缠复杂绣程度征而改专变格组网单咱元大扁小，翅避免喊平坦懂地形莲的数林据冗绘余，肢而且沉又能逢按地脸形特厦征点借线如饥山脊裤点、旅山谷框线、纳地形睡变化栏线等关表示甩地形摊特征繁。2.寨3剑DE露M数柏据结泊构2.爬3.滚1规快则格胖网D波EM盏数据铸结构（1）简艘单矩改阵结丑构规则炮格网DE戴M的数稀据在塞水平粥方向惨和垂燃直方杆向的肌间隔震相等睁，格撑网点早的平厚面坐盼标隐扣含在地行列签号中主，故退适宜泳用矩形阵形形式进娃行存钩储，伴即按切行（失或列摄）逐拢一记况录每吸一个柿格网狭单元弱的高洞程值概。同时暑为了竭实现蓬行列柄号和贪平面剪位置临坐标愧之间窄的转调换，贼还需播要记赌录格批网西南纯角的赚坐标嘱值、哀格网盲间距等。规则磁格网DE唉M的数良据文晨件一闷般包表含数据从头和数据唤体。数据股头：定词义DE菌M西南赢角起抱点坐女标、垦坐标南类型固、格擦网间厅距、仗行列任数、起最低五高程粮以及卖高程搁放大史系数踏等内胶容。数据勾体：按惭行或骆列分恢布记粒录的存高程际数字毙阵列葱。Ar哪cv恋ie滔w的文匹本文浸件格例式（2）行营程编押码结犬构DE椅M行程获编码框的基喘本思缝路是丘：对余于一长幅DE咏M，常齿常在傅行(或列)方向陕上相纠邻的俩若干侧点具悦有相干同的暑高程方值，宽因而药从第蔽一列壳开始园，在倚格网泰单元丙数值农发生司变化允时依次糟记录铸该值弃以及秩重复狸的个超数，应调用时雨可利虾用重胃复个交数恢朋复DE骑M矩阵纺。行程哭编码粗方案熔实际拾上是遵一种浪栅格乞数据似的压回缩方倡案，屯能够础有效漠的减命少DE收M数据脾存储萍量，容特别跌是对郑平坦妻地区地。（3）块判状编株码结旱构块状倾编码流方案饼是行拣程编溉码方锋案从一钓维扩少展到们二维的情杀况，据它采谅用方刚形区爸域作痕为记叨录单诞元，伯每个优记录腾单元态包括申相邻钥的若部干栅螺格。该数贼据结授构是区由记显录单职元的久初始续位置(行、孕列号)、格阵网单搏元高建程值长和方工形区桐域半慕径(正方敞形区级域的箱边长乡丰，采快用格答网间另距倍短数表搁示)所组含成的亏单元屈组，户即(行号梢，列睛号，蜡格网鸡高程岔值，助区域欧半径)，整蚊个DE怜M数据凑文件闭由该患单元秤组组浅成，根据稼初始锁位置叮和区释域半惊径可眼恢复霉高程翅矩阵。（4）四葬叉树原结构四叉专树数绘据结栏构是妹一种雷对栅粪格数虏据的压缩猫编码呜方法。基本设思想窑是将蜻一幅凝栅格珠数据蜻层或兔图像戴等分爪为四巨个部挨分，添逐块级检查婶其格尘网属富性值梢（或倡灰度胃）；奶如果殖某个咱子区朱的所鸦有格垃网值遣都具瓦有相矩同的圈值，污则这礼个子丝式区就功不再扫继续左分割扇，否械则还惊要把授这个终子区缓分割疗为四幻玉个子浪区；榜这样啊依次青分割裳，直此到每肆个子事块都纸只含孙有相同让的属嫌性值端或灰巩度为止治。2.巷3.肃2插TI忘N结锋构不规钉则三最角网DE傲M直接晚利用越原始贤采样骆点进低行地南形表获面的掘重建予，由混连续碧的相撇互联专接的伏三角旨面组信成，览三角薄面的终形状呼和大滔小取燃决于场不规羡则分怕布的翼观测透点的怨密度也和位生置。AEDCB165432TI王N绒模型企基本取结构留元素拓扑年关系TI舱N叫文件丢组成AEDCB165432三角形节点A1，5，6B4，5，6C3，4，6D2，3，6E1，2，6三角运形/节点摸关系防表坐标转表节点坐标1X1，Y1，Z12X2，Y2，Z23X3，Y3，Z34X4，Y4，,Z45X5，Y5，Z56X6，Y6，Z6TI愈N裁的数束据结愧构类孕型TI致N悔的面嘴结构TI束N的面诸结构名在基舞本链莫表结扬构基锦础上目增加猫了用擦来描部述三角蜡形之犬间拓愚扑关霉系的数誓据，恨也就盟是说TI锹N的面伞结构孝一般期由三妈个表搬组成驰，即欺坐标慰表、郑三角任形顶扮点表品以及受邻接矛三角最形表浮。特点蝴：由申于存滤储了酬三角需形之详间的欢邻接西关系杨，TI搭N内插冲、检竖索、挤等高托线提絮取、挑显示梁及局携部结蚊构分黑析都味比较煌方便解。不足筛：存紫储量罢较大删，而欢且在TI智N的编承辑中宏要随痕时维念护这透种关意系。TI脖N澡的点向结构TI恒N的点原结构鸣由坐丈标文图件和怒三角挺形顶戚点的甜邻接装指针裂链组次成。三角轮形顶兰点的本邻接兔点是赔指共用陵该顶小点的颜所有锡三角扒形其测余两品顶点舌的不县重复村顶点智的集为合，可缝按顺良时针灵或逆尝时针菌方向否顺序勿组成企。每个发顶点分的邻失接点羽顺次昏存储手在一茎个链杨表中攻。特点饮：存深储量览小，肉编辑构方便谅。不足度：但件三角轧形及甩其邻秒接关唐系需接实时劈燕再生足成，拨计算练量比沃较大烛。TI栗N庙的点引面结谣构在点效结构分基础读上，局增加落组成拳三角耳形三唐顶点霉的数呼表。特点赵：结齐构存届储量瓣与面裳结构烛的大呜致相蒜当，柏编辑锈、显惜示比馒较方纪便。不足问；由至于三嫩角形楼之间选的关粒系是肝隐式遍的，仗检索晕与内那插效院率不望太高编。TI避N福的边预结构TI届N的边谁结构璃是从咬组成学整个TI速N模型寇的所庸有三位角形位中，袜抽取脏其不麻重复缩慧边集窑所组祖成。特点址：存倡储量修比较啊小，担非常勾适合裹等高烧线的抖提取不足猴：编鞋辑、径内插讨以及单检索劝不太辫方便宫。TI俩N势的边估面结程构边面晚结构目重点师在于宵刻画唉三角父形边桂和三津角形插面之惭间的款拓扑岭关系域，一屋般由边表孔和邻载接三现角形涉表组成猾。在勇边表劣中，私定义猴该边所的起东点、伤终点北和左菌右相禽邻三星角形符，而懒邻接谣三角似形表将中则胃记录睬三角专形之毅间的躬拓扑辩关系县。特点：为汇上述倦所有筛结构法中存拉储量且最大兴的，买虽然鼠在检渗索、山等高依线提具取等馆方面离比较半方便惊。不足：不绞利于昨动态屿更新匪和维昌护。不规迟则三眠角网DE蜘M的优点是：能充山分利灶用地珍貌的咬特征袜点和殿特征遣线，晴较好狸地表旷示复介杂地叮形；可根预据不职同的淘地形乓，选渔取合坏适的捎采样鞭点数谅；进行饺地形徒分析匆和绘牌制立谷体图懂也很怒方便映。其缺点是：刮由于都数据权结构蜻复杂甚，因鬼而不绞便于桂规范渐化管伙理，牢难以以与矢宰量和逗栅格惰数据嫌进行棵联合票分析哗。格网摩DE港M和喷TI阀N的对比2.狭3.伍3伯格网戴与不黎规则夹三角稳网结丑构混少合结潜构由于饱规则根格网DE扇M和不邮规则荷三角发网各过有优矩缺点籍，在忘实际劲应用球中，仇在大范炉围内场一般迟采用重规则熊格网还附加士地形耗特征漆数据，如倘地形朵特征爪点、理山脊蛮线、泳山谷撞线、领断裂雪线等炭，构藏成全四局高愚效、燃局部稀完美廊的DE柔M，规限则格故网DE丈M被分茄割而孤形成嚼一个变局部值的不雾规则扒三角鲜网。由于尖特征招线作卫为矢班量数揉据具训有比湖规则牧格网原复杂艇得多班的拓添扑结旱构和遮属性架内容肥，一配般还扎是采克用混壳合的帝数据墓结构悬分别称进行责处理猴。当然抹也可扯以设族计一园个一趟体化建的数服据结柿构同丸时组述织这声些不侮同类强型的志数据站，比样如将指所有雁矢量蹲都栅霞格化顷。另差外，逃考虑笼到混隙合结币构将输导致焰数据迅管理蜘复杂兼化并对降低换数据仪检索推的效被率，济根据习研究路区域源的大荡小和凡软件壁性能纹，应聚用时杏常常猎将其实销时地纲完全醒转换菊为TI护N的数流据结吧构。2.方4填DE蠢M数杯据库检管理2.岸4.分1服DE训M数据兵库内稿容DE叫M已成淡为GI勉S的核抖心数阅据库才和地输学分判析的升基础街数据。DE问M数据篇与遥珍感影垮像数营据、楚矢量裙特征签数据未、多侨媒体伍数据型等数记据进剑行融齐合和言信息坏的复窜合处录理，DE声M从单福一的的文件晒结构放向复第杂的旅信息膜系统扔发展崭已成附为一薄种必幅然的史趋势戒。DE溪M数据秩库属享空间枯数据石库。DE坟M数据奏库的高内容相如图瞒。在一写个关书系数嘱据库剩里最硬普通划的对傲象是关系际表，其储他对聋象如欧索引勉、视哑图、可序列葱、同博义字凯和数剖据字估典等兔都用拳来进保行查效询和芦数据传存取善。表是楼基本覆的存参储结容构，田是一迁个由虎若干璃行和锐列的镇数据雪元素摩组成菊的二朋维矩骆阵。表的每一倚行包刚含了著描述秆一个仿实体较的所悔有信云息，而伞其中侵的一列杏则表床示这爽个实项体的络一个版属性。DE烦M数据令库结饭构实粪质上厅是DE浸M的数由据结长构。对悲于TI辈N而言鞠，一晕般是矩把三角吗形的订顶点择看作丧数据毫库中戚的基捡本实介体，并带在此鄙基础稿上定腰义是喘三角全形顶拆点、值三角毛形边回、三尺角形繁面之萄间的真拓扑图关系固。在DE吩M构建委过程母中，竖还有疼一类缘瑞比较巷重要乱的数茂据，堪即地乖形特那征数柴据，矿如地唉形断侨裂线锯、特灯殊边覆界线巾、山裕脊线坐、山区谷线届等，垂它们南是高宏精度狂逼真尾再现权地形掉的保惧证，惊同时否也是蓬信息弓复合观的需劳要，突一般饼在DE陈M数据胜库中芒也予昂以保飘留。焦它们偏的结土构如浅下图挡所示磨。2.凭4.联2较DE扶M数据需库结摩构2.世4.欢3材DE惠M数据泥库数论据组眨织定义裕：DE琴M数据累的管票理和监调度判方式她。组织归方式榴：“工作程-工作棍区-图幅迈”工程：是栏指一亲个区勇域内吃的全部DE澡M数据。图幅：是吹按照鼠一定师规则党对研绣究区载域进问行二维览划分是DE茶M数据祸采集顾、建拜立、润操作拐和调茎度的感基本橡单位诵，每娃一个答图幅童由若霸干行坐和若软干列蔑格网短单元奶组成既。工作歪区：是赵当前疮感兴罢趣的寨研究狭区域睁，一窗般情提况下蝴工作滑区就裤是图样幅，叛如果晓需要血，也幻玉可将多个仁图幅傻定义孕为一向个工任作区。图幅等由坐握标范逗围定泛义，拘通过拘记录束每一凉个图恭幅范金围的塑空间阀索引齐文件(工作拿区范喜围通蓄过图缠幅范到围确驾定)，即卸可建梯立工哈程与举工作鲁区、企图幅雨之间左的联穴系。当一冰个工加程具炉有不尝同的肝分辨绞率的DE也M时，型则形甘成细洁节层夕次模遭型（le纷ve庸ls豆o寄F伤De层ta谢il耐L薪OD）。LO突D模型铃形成原方案啊：（1）形宗成某开一地盼区不帝同分痒辨率究的DE英M，通聋过一跟体化割管理佛建立筛金字退塔数遮据库—核心澡是不惹同分核辨率DE携M的融孩合。（2）在辟地形早可视辈化中浩，实心施细珠节分睁层是一捆个热域点。图幅贩由坐耕标范畜围定辱义，容例如森，图盯幅H的范概围是警（27澡0,壤12先0,斑28哗0,止13骑0）。率通过脂记录掩每一妻个图烘幅范蝇围的空间蚂索引班文件（工搂作区杏范围恒通过泳图幅签范围猪确定吃），羞即可竿建立献工程局与工涛作区须