DEM數(shù)據(jù)組織與管理.ppt

數(shù)字地面模型,張菊清長(zhǎng)安大學(xué)地測(cè)學(xué)院,長(zhǎng)安大學(xué),數(shù)字地面模型,第二章DEM數(shù)據(jù)組織與管理,2.1概述,DEM即是地形曲面的數(shù)字化表達(dá)。建立DEM的實(shí)質(zhì)就是地形數(shù)據(jù)的建模過(guò)程。,DEM建模過(guò)程,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),2.1概述,從地理現(xiàn)象到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器，經(jīng)過(guò)：,數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)組織的目的就是要將所有相關(guān)的DEM數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)有效地管理起來(lái)，并根據(jù)其地理分布建立統(tǒng)一的空間索引，進(jìn)而可以快速調(diào)度數(shù)據(jù)庫(kù)中任意范圍的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)研究區(qū)域DEM數(shù)據(jù)的無(wú)縫漫游。,2.1概述,2.2DEM數(shù)據(jù)模型,鑲嵌數(shù)據(jù)模型：空間對(duì)象可用相互連接在一起的網(wǎng)絡(luò)來(lái)覆蓋和逼近，或者說(shuō)用在二維區(qū)域上的網(wǎng)絡(luò)劃分來(lái)覆蓋整個(gè)研究區(qū)域。,規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型,不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),（1）規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型,用規(guī)則的小面塊集合來(lái)逼近不規(guī)則分布的地形曲面。,正方形,正三角形,正六邊形,優(yōu)點(diǎn)：存儲(chǔ)量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，因而非常適合于大規(guī)模的使用與管理。缺點(diǎn)：對(duì)于復(fù)雜的地形地貌特征，難于確定合適的格網(wǎng)大小。,特點(diǎn)：,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),（2）不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型,不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型是指用來(lái)進(jìn)行鑲嵌的小面塊具有不規(guī)則的形狀和邊界。,三角形,四邊形,六邊形,特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：能較好的顧及地貌特征點(diǎn)、線，逼真地表示復(fù)雜地形起伏特征，并能克服地形起伏變化不大的地區(qū)產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)的問(wèn)題。缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以建立，TIN一般只適宜于小范圍大比例尺高精度的地形建模。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),2.3DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究的是數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系和數(shù)據(jù)表示。它是空間數(shù)據(jù)模型的表述，是相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),（1）規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Grid）,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Grid）,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：,簡(jiǎn)單矩陣結(jié)構(gòu)規(guī)則格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)文件一般包括對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明的數(shù)據(jù)頭和DEM數(shù)據(jù)體部分。,數(shù)據(jù)頭：包括定義西南角起點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)類(lèi)型、格網(wǎng)間距、行列數(shù)、最低高程以及高程放大系數(shù)等。數(shù)據(jù)體：按行或列分布記錄的高程數(shù)字陣列。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),Y,ArcViewDEM文件格式,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Grid）,行程編碼結(jié)構(gòu),塊狀編碼結(jié)構(gòu)鏈碼結(jié)構(gòu)四叉樹(shù)結(jié)構(gòu),數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),（2）不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）,不規(guī)則三角網(wǎng)：將按地形特征采集的點(diǎn)根據(jù)一定規(guī)則連接成覆蓋整個(gè)區(qū)域且互不重疊的許多三角形，構(gòu)成一個(gè)不規(guī)則三角網(wǎng)，通常稱(chēng)為三角網(wǎng)DEM或TIN。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),鏈表結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但三角形結(jié)構(gòu)元素的拓?fù)潢P(guān)系卻是隱含的，不利于TIN模型的檢索和應(yīng)用。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）,TIN的面結(jié)構(gòu),在基本鏈表結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了用來(lái)描述三角形之間拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)，也即TIN面結(jié)構(gòu)由坐標(biāo)表、三角形頂點(diǎn)表以及鄰接三角形表三張表組成。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）,TIN的面結(jié)構(gòu),數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）,TIN的面結(jié)構(gòu),特點(diǎn)：由于存儲(chǔ)了三角形之間的鄰接關(guān)系，TIN內(nèi)插、檢索、等高線提取、顯示以及局部結(jié)構(gòu)分析都比較方便。不足之處是存儲(chǔ)量較大，而且在TIN的編輯中要隨時(shí)維護(hù)這種關(guān)系。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）,TIN點(diǎn)結(jié)構(gòu),點(diǎn)結(jié)構(gòu)由坐標(biāo)文件和三角形頂點(diǎn)的鄰接指針鏈組成。三角形頂點(diǎn)的鄰接點(diǎn)是指公用該頂點(diǎn)的所有三角形其余兩頂點(diǎn)的不重復(fù)頂點(diǎn)的集合。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）,TIN點(diǎn)結(jié)構(gòu),特點(diǎn)：存儲(chǔ)量小，編輯方便，但三角形及其鄰接關(guān)系需實(shí)時(shí)再生成，計(jì)算量比較大，不利于TIN的快速檢索和顯示,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),TIN邊結(jié)構(gòu)從組成整個(gè)TIN模型的所有三角形中，抽取其不重復(fù)邊集所組成，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由邊的兩個(gè)頂點(diǎn)以及與之關(guān)聯(lián)的兩條邊表達(dá)。關(guān)聯(lián)邊要滿足三個(gè)條件：（1）分布在當(dāng)前邊的兩側(cè)；（2）關(guān)聯(lián)邊與當(dāng)前邊的夾角最?。唬?）關(guān)聯(lián)邊頂點(diǎn)不重復(fù)。特點(diǎn)：存儲(chǔ)量比較小，非常適合等高線的提取，但編輯、內(nèi)插以及檢索不太方便。,不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）,TIN的邊面結(jié)構(gòu)由邊表和鄰接三角形表組成。特點(diǎn)：是所有結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)量最大的，雖然在檢索、等高線提取等方便比較方便，但不利于動(dòng)態(tài)更新和維護(hù)。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),2.3DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),（3）、混合數(shù)據(jù)模型,由于規(guī)則格網(wǎng)與不規(guī)則三角網(wǎng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，在大范圍內(nèi)一般采用規(guī)則格網(wǎng)附加地形特征數(shù)據(jù)，構(gòu)成全局高效、局部完美的DEM。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),2.3DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),（4）結(jié)構(gòu)的選擇具體采用何種結(jié)構(gòu)，一般考慮如下因素：數(shù)據(jù)的可獲取性；地形曲面特點(diǎn)以及是否考慮特征點(diǎn)、線；目的和應(yīng)用原始數(shù)據(jù)的比例尺和分辨率,2.3DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),2.4DEM數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),1、DEM的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是一種索引結(jié)構(gòu)，即通過(guò)建立空間索引，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的快速查找、數(shù)據(jù)存取分析和分析操作等。,Grid的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)柵格DEM在數(shù)據(jù)庫(kù)中主要采用基于格網(wǎng)單元、分塊、分區(qū)的層次結(jié)構(gòu)。通過(guò)“工程工作區(qū)行列”結(jié)構(gòu)索引即可唯一確定DEM數(shù)據(jù)范圍內(nèi)任意空間位置的DEM值。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),2.3DEM數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),1、DEM的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),TIN的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),TIN把結(jié)點(diǎn)看作數(shù)據(jù)庫(kù)中的基本實(shí)體，拓?fù)潢P(guān)系的描述則在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立指針系統(tǒng)來(lái)表示每個(gè)三角形與結(jié)點(diǎn)的鄰里關(guān)系、結(jié)點(diǎn)到鄰近點(diǎn)的關(guān)系、三角形到鄰里三角形的關(guān)系。這樣的指針系統(tǒng)保持了很高的查找效率。,2.3DEM數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),混合的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)對(duì)于混合結(jié)構(gòu)的DEM數(shù)據(jù)，除了柵格結(jié)構(gòu)的Grid數(shù)據(jù)外，主要是各種重要的地形特征數(shù)據(jù)，特別是各種線性特征數(shù)據(jù),長(zhǎng)安大學(xué),數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),標(biāo)準(zhǔn)分區(qū),標(biāo)準(zhǔn)分塊,格網(wǎng)單元,Grid的層次結(jié)構(gòu),行,列,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),TIN的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),點(diǎn)實(shí)體的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),三角形實(shí)體的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),線的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),大范圍的DEM數(shù)據(jù)具有海量數(shù)據(jù)特征，為了高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索、無(wú)縫瀏覽，需要合理組織DEM數(shù)據(jù)。常用的方法是：在水平方向上將同一尺度的DEM數(shù)據(jù)劃分成一系列的塊，在垂直方向上將不同尺度DEM分層組織。,工程工作區(qū)圖幅的層次結(jié)構(gòu)索引模式是當(dāng)前GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)組織的一種常用方法。,1、DEM的數(shù)據(jù)組織,2.5DEM數(shù)據(jù)庫(kù)管理,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),1、DEM的數(shù)據(jù)組織,2.4DEM數(shù)據(jù)庫(kù)管理,對(duì)TIN來(lái)講，在按“工程工作區(qū)圖幅”這種方式組織數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意兩點(diǎn)：（1）由于TIN的每個(gè)圖幅區(qū)域的邊界不規(guī)則，為避免相鄰圖幅之間的接邊問(wèn)題，一般在進(jìn)行數(shù)據(jù)分幅時(shí)，各圖幅之間要有一定的重疊度；（2）TIN的不規(guī)則性。為快速對(duì)點(diǎn)所在三角形進(jìn)行定位，有必要在圖幅內(nèi)建立TIN的空間索引。,2.4DEM數(shù)據(jù)庫(kù)管理,2、幾項(xiàng)有效的技術(shù)措施（1）細(xì)節(jié)層次LOD。將描述同一對(duì)象的一系列不同分辨率和質(zhì)量的矢量數(shù)據(jù)模型預(yù)先創(chuàng)建并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)于柵格數(shù)據(jù)，即是多分辨率的影像影像金字塔。（2）漸進(jìn)描述技術(shù)用于控制場(chǎng)景質(zhì)量，一般采取的策略是要么縮減可見(jiàn)的范圍，要么根據(jù)細(xì)節(jié)層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)質(zhì)量；（3）動(dòng)態(tài)裝載技術(shù),長(zhǎng)安大學(xué),數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),細(xì)節(jié)層次模型（LOD）,不同分辨率DEM的表示,關(guān)鍵問(wèn)題：不同分辨率的自適應(yīng)度和數(shù)據(jù)融合,2.4DEM數(shù)據(jù)庫(kù)管理,3、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的職能（1）基本職能管理數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)通訊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的流動(dòng),（2）附加功能數(shù)據(jù)顯示與查詢(xún)功能分析與應(yīng)用示范功能數(shù)據(jù)提取功能建立空間索引和DEM數(shù)據(jù)遞交入庫(kù)功能DEM數(shù)據(jù)庫(kù)與其它數(shù)據(jù)庫(kù)的連接和數(shù)據(jù)復(fù)合顯示等功能權(quán)限控制功能,2.4DEM數(shù)據(jù)庫(kù)管理,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),DEM數(shù)據(jù)庫(kù),元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù),矢量數(shù)據(jù)庫(kù),數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,Web服務(wù)器,數(shù)據(jù)庫(kù),服務(wù)器,數(shù)據(jù)獲取,數(shù)據(jù)入庫(kù),信息查詢(xún),數(shù)據(jù)管理,數(shù)據(jù)加工,數(shù)據(jù)提供,權(quán)限管理,數(shù)據(jù)更新,系統(tǒng)維護(hù),客戶(hù),DEM數(shù)據(jù)庫(kù)管理,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),2.5DEM元數(shù)據(jù),（1）定義元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。它描述數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、狀況和其它特征，幫助人們定位和理解數(shù)據(jù)。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),2.5DEM元數(shù)據(jù),（2）元數(shù)據(jù)的作用可用性：用以確定是否存在關(guān)于某個(gè)地理位置的一組數(shù)據(jù)。適用性：用以評(píng)估這組數(shù)據(jù)是否適用。存?。河靡源_定獲得驗(yàn)證過(guò)的數(shù)據(jù)的手段。變換：用以成功地處理和使用這組數(shù)據(jù)。,數(shù)字地面模型,長(zhǎng)安大學(xué),2.3DEM數(shù)據(jù)庫(kù)管理,（3）基本內(nèi)容,項(xiàng)目,基本內(nèi)容,基本標(biāo)識(shí)信息,關(guān)于數(shù)據(jù)最基本的信息，如標(biāo)題、地理覆蓋范圍、現(xiàn)勢(shì)性等,質(zhì)量信息,數(shù)據(jù)體的質(zhì)量評(píng)價(jià)，如位置和屬性精度、完整性、一致性等,數(shù)據(jù)組織信息,數(shù)據(jù)集中用來(lái)表示空間信息的機(jī)制，如空間位置采用矢量、柵格還是街道地址編碼或郵政編碼來(lái)表示,空間參考信息,坐標(biāo)系統(tǒng)包括投影方式、投影采用的參數(shù)、平面基準(zhǔn)、單位等,實(shí)體與屬性信息,關(guān)于數(shù)據(jù)集內(nèi)容的信息，如內(nèi)容、屬性、取值范圍等,發(fā)行信息,關(guān)于得到數(shù)據(jù)集的信息，如發(fā)行人、發(fā)行人地址等,元數(shù)據(jù)參考信息,關(guān)于元數(shù)據(jù)