terrain

Terrain
什么是terrain 数据集？
地理数据»数据类型
Terrain 数据集是一种多分辨率的基于TIN 的表面数据结构，它是基于作为要素存储在地理数据库中的测量值构建而成的。

通常，terrain 数据集利用激光雷达、声纳和摄影测量源进行构建。

Terrain 存储在地理数据库的要素数据集中，其中包含用于构建terrain 的要素。

与拓扑相似，terrain 具有参与要素类和规则。

用作terrain 数据源的通用要素类包括以下三项：
∙利用数据源（激光雷达或声纳）创建的3D 离散多点的多点要素类
∙在摄影测量工作站使用立体影像创建的3D 点和线要素类
∙用于定义terrain 数据集界限的研究区域边界
terrain 数据集规则用于控制如何使用要素来定义表面。

例如，包含道路的路面边缘线的要素类可以通过将其要素用作硬隔断线的规则来进行控制。

这样，就会产生在表面上创建线性不连续terrain 的预期效果。

规则还可以指示在一系列比例尺下要素类的参与方式。

只有在对中到大比例的表面制图表达时才可能需要路面边缘要素。

可通过规则来指定在使用小比例时不显示这些要素，从而改善性能。

地理数据库中的terrain 数据集引用原始要素类。

它不会实际地将表面存储为栅格或TIN。

相反，它会对数据进行组织以获得较快的检索速度，并会动态生成TIN 表面。

在组织过程中，会创建terrain“金字塔”，用于只从数据库中快速检索构建具有所需细节层次(LOD) 的给定感兴趣区域(AOI) 表面所需的数据。

可以相对于当前显示比例使用适当的金字塔等级，也可以在分析功能中由用户进行选择，以便使用适当的分辨率等级来满足精度要求。

Terrain 数据集及其支持的工具集合，使得基于矢量的表面测量值的存储和维护变得容易，而且还能够使用从这些测量值生成的表面。

所提供的地理处理功能用于将数据从外部源加载到地理数据库要素类中。

编辑工具和地理数据库工具用于维护和更新随时间变化的数据。

交互显示和查询工具可以浏览和使用terrain 表面。

可以基于感兴趣区域(AOI) 和细节层次(LOD) 从terrain 中提取TIN 和栅格。

这一系列工具为表面生成和使用提供了全套的解决方案。

在ArcGIS 中使用terrain 数据集的概述
处理数据源（如立体捕获的摄影测量要素）和3D 数据（如激光雷达、声纳和海洋测深学数据）的离散多点集合时，在地理数据库中使用terrain 数据集可能有助于您更好地管理这些信息。

人们越来越多地使用激光雷达和其他传感器来采集高程观测的高分辨率数据集和大规模的点数据集。

地理数据库适用于管理这些关键数据资产，还可将这些数据资产和其他数据源集成到terrain 数据集中。

Terrain 数据集有助于进行以下操作：
∙将基于3D 的离散多点观测与其他数据源（例如，使用立体摄影测量方式捕获的3D 要素）相集成，从而更准确地表示研究区域的terrain 并建立terrain 模型。

∙使用ArcGIS 3D Analyst 扩展模块在GIS 中执行多种类型的3D 空间分析。

∙获得基于栅格的数字高程模型，以便在ArcGIS Spatial Analyst 扩展模块等建模和分析系统中使用。

Terrain 包括金字塔，而金字塔提供了多种细节层次以供在不同的比例下使用。

下表提供了有关ArcGIS terrain 数据集支持的重要信息的链接，包括若干在ArcGIS 中构建和使用terrain 的常用工作流。

Terrain 数据集任务
使用terrain 数据集的优势
地理数据»数据类型»Terrain
terrain 数据集和相关工具在数据管理、分析和可视化方面具有优势。

terrain 数据集的一些主要优势如下：
∙可在地理数据库中存储和管理基于矢量的terrain 信息。

∙具有可伸缩和无缝的特性。

集合可以容纳数十亿个点。

∙根据感兴趣区域和精度要求，terrain 金字塔允许用户通过优化的数据库查询快速地检索相应子集。

terrain 金字塔提供了一种基于已知垂直或水平分辨率的比例尺相关泛化的形式。

∙可以随时间推移对terrain 进行修改。

∙可以在局部进行编辑，因而无需重新构建整个模型。

∙在ArcSDE 中，可以对terrain 进行版本管理。

与处理其他数据类型一样，版本管理功能提供了一种在多用户环境中编辑数据和推导假设方案的行之有效的方法。

∙使用ArcSDE 时，可以集中管理terrain 数据集并允许多名用户访问大型数据集合。

∙用于生成栅格数字高程模型(DEM) 的强大平台。

∙用于处理多种输入数据类型的高质量插值。

∙可以使用数据细化工具去除不相干或冗余的采样。

∙terrain 图层便于terrain 表面的交互式显示和查询。

在显示范围内平移和缩放时，图层的表面表示将自动更新。

TIN 根据地理数据库中存储的测量值和详细程度(LOD) 信息而动态构建。

∙支持的几何
▪点
▪多点
▪线
▪多边形
∙支持的数据类型
▪立体捕获的摄影测量要素
▪裸露地面激光雷达
▪第一次/所有回波激光雷达
▪声纳
▪海洋测深学数据
Terrain 数据集概念
地理数据»数据类型»Terrain
如果您了解terrain 的主要概念，则可以轻松地设计、创建和处理terrain。

Terrain 使用TIN 数据结构来呈现表面
terrain 数据集是一种将地理数据库要素类用作数据源的基于TIN 的数据集。

不规则三角网(TIN) 是以多个三角形相连的网络进行表面建模（例如高程）的数据结构。

TIN 由一系列具有x、y 和z 值的数据点组成，并且将地理空间分割为若干个不重叠的相连三角形（称为面）。

每个三角形的结点都是高程点或表面点。

每个三角形结点都有一个x,y 坐标和一个z 表面值。

任何表面值都可在一个面内或者沿一条边进行插值。

Terrain 使用金字塔表示多个级别的分辨率
terrain 数据集是多分辨率TIN。

它具有一系列TIN，其中每一个TIN 都在特定的地图比例尺范围内使用。

当地图范围较大时使用粗粒度TIN（例如，将比例尺缩小到可以看见整个研究区域的程度）。

当放大地图比例尺并将视线集中于特定的地图范围时，则使用较多的表面点并提高详细程度。

在创建terrain 数据集的过程中，将定义金字塔等级数、每个金字塔等级对应的地图比例尺工作范围，以及每个金字塔等级的相对精度。

有两种方法可用于创建金字塔等级：Z 容差和窗口大小。

每个金字塔等级的详细程度均依据Z 容差或您要在该地图比例尺下处理的窗口大小定义。

以下显示的是包含 5 个Z 容差金字塔等级的terrain 数据集示例：
下图中，左侧地形是采用粗糙分辨率金字塔等级（通常在比例尺较小时使用）构建的。

右侧地形是采用较高分辨率金字塔等级构建的。

请注意左侧粗糙版本是如何只强化较低分辨率海岸线信息的。

右侧地形包含了具有完整细节的海岸线以及所有其他断裂线。

由于能够将多种数据类型并入到表面定义中，因此可提供最大限度的控制能力，以便精确呈现数据。

特定于表面的点可捕获山峰和凹地。

离散多点可添加整体形态和控件。

断裂线可指示各线状要素中出现的坡度突变。

面用于描绘平坦区域或无数据区域。

要素几何的高程源可来自于几何本身或来自于某一属性。

当某一属性与多义线或多边形一同使用时，意味着每个要素都是平坦的，因为每个要素只能使用一个Z 值。

地形中要素类数据源的类型
要素类为构建地形数据集提供数据源。

在地形数据集设计中，需要确定每个要素类将在地形中发挥的作用以及如何使用每个数据源。

下面简要回顾了地形数据集中的表面要素类型，即SFType。

离散多点
离散多点SFType 用于在一个数据库行中存储多个点。

这些点用于记录特定于表面的山峰和凹地，同时以预先确定的最小间距提供非特定于要素的采样，以满足项目精度要求。

许多新型传感器（如激光雷达）都能够产生大量离散多点，这些离散多点可用于衍生出高分辨率地形数据集。

通常，可将像LAS 这种格式的数据文件加载到地理数据库的多点要素类中，这些数据文件随后会用作构建地形数据集所需的数据源。

可以使用地理处理工具将LAS 数据集加载到地理数据库中。

断裂线
下面显示的是断裂线，这些线在每个顶点都记录高度值(Z)。

这些断裂线会成为一条或多条三角形边的序列。

断裂线通常用于呈现自然要素（如山脊线或河流）或建筑要素（如道路）。

裁剪多边形
这些多边形用于限定地形表面的边界。

当数据区的形状不规则时，便需要使用这些多边形。

如果没有裁剪多边形，该数据区将成为凸多边形。

在下图中，左侧的地形未经过裁剪。

因此该数据区未得到正确呈现。

当延伸的地形跨越不含测量数据的较大区域时，能够看到异常。

在右侧添加了一个裁剪多边形，该多边形对地形进行了裁剪，以仅包含收集了测量数据的区域。

擦除多边形
此类多边形定义地形中的洞。

它们用来呈现用户没有数据或不希望发生插值的区域。

它们将显示为空白，在分析时会将它们按NoData 区域处理。

替换多边形
替换多边形用于定义高度固定不变的区域。

它们通常用来呈现水体或平坦的人为要素。

当这些区域内部可能存在具有不同高度的其他测量数据而您想要将这些数据重置时，最适合使用替换多边形。

如果您知道这些区域内没有任何相悖的测量数据，请将这些要素以断裂线形式（而不是替换多边形）添加，因为这样会减少三角仪中的工作量，它们的添加速度也会更快。

硬表面或软表面要素类型
线和多边形要素类型的硬和软限定词用于指示在其所处位置的表面上坡度是否发生明显中断。

此信息会影响自然邻域插值器的行为。

它会将地形表面解释为平滑，但与硬断线或硬多边形边界交叉时除外。

自然邻域插值器由地形转栅格、TIN 转栅格、“三维分析”工具栏中的交互式插值工具以及“插值Shape”地理处理工具提供。

除离散多点以外的所有SFType 均支持硬限定或软限定。

硬要素的示例包括湖岸线、河流、建筑垫层、路边线和路堑。

软要素的示例包括研究区域边界、平滑/起伏地形的山脊线和山谷线、空区域边界以及等高线（等高线也可以添加为离散多点）。

下图为两个栅格表面。

左侧显示的是使用自然邻域插值器基于地形生成的栅格。

地形中的所有线数据均以软线形式添加。

右图同样是通过执行地形转栅格转换而生成的；唯一的不同是位于东北角的对角线，该线在栅格化之前以硬线形式添加到了地形中。

地形数据集中支持的源数据类型
地理数据»数据类型»Terrain
通过摄影测量方式获得的离散多点
间距不规则
∙特定于表面的山峰和凹地
∙聚集在一起的伪常规间距点，以达到指定最小采样密度/标准点间距
∙最小属性
∙通常数量适中
通过摄影测量方式获得的隔断线
∙沿线状要素倾斜的特定表面的隔断线
∙自然地貌（如山脊和山谷）
∙因土方工程而产生的Terrain 要素（例如，推土机推过的区域）
∙湖岸线、小溪、河岸线
∙路面边缘
∙描绘空区域（通常由植被遮盖）
∙最小属性
∙通常数量适中
GPS 点
∙间距不规则
∙可能代表或可能不代表表面特定的山峰和凹地
∙用于对其他数据进行控制、QA 和基准测试
∙地产边界控制点
∙每点可能具有重要的属性
∙通常数量较小
激光雷达点
∙间距不规则
∙不特定于表面
∙按照所需的标准点采样，间距在1 到15 英尺之间（约0.3 到5 米）∙通常（并非始终）对其进行过滤以只露出地球点
∙有限属性（通常可用内容对最终用户不太重要）
∙通常数量很大
了解有关激光雷达数据的详细信息
声纳
∙在定义表面的使用上与激光雷达相似
∙密集、不特定于表面、间距不规则的点
点、线、多边形（离散、断裂、裁剪、擦除、替换）
用于生成表面的专题数据类型可以通过不同的几何要素类型存储在地理数据库中。

这些类型包括点、多点、折线和多边形。

用户可通过不同的方式将这些几何类型包含在地形表面中，并通过设置表面要素类型(SFType) 来控制要素的使用方式。

下表显示不同SFType 的关系、可用于每个SFType 的要素类的类型、高度源选项以及专题数据示例。

注
地形数据集的数据库支持
地理数据»数据类型»Terrain
地形数据集以及用于定义地形数据集的数据存储在地理数据库中。

这便与所有其他GIS 数据的存储方式保持了一致性。

您无需将地形数据集视为只能驻留在文件中数据库外部的特殊对象。

因此，数据管理会变得更加简单而富有成效。

地形继承了地理数据库在其数据管理能力方面所提供的优势。

支持ArcSDE、个人以及文件地理数据库。

无论是需要具有对集中式数据库的高级多用户访问权限的大型组织，还是供单个用户访问项目数据的较小型机构，此功能都非常适用。

个人地理数据库的容量最小，应限制为包含2,000 万或更少点数的地形。

文件地理数据库可用于包含数十亿个点的地形。

ArcSDE 的容量最大，适合点集可能会增长到数十亿的地形。

应用于原始矢量源数据的数据库技术为长期管理地形底图或等深线底图提供了卓越的解决方案。

将存储源测量值，而不存储派生的栅格。

可对测量值本身进行编辑，以移除粗差点。

这些测量值可用更新或更精确的数据来替换。

可对子区域执行更新。

栅格和TIN 面通常用于日常分析并且易于生成。

因此，将地形看作数据管理工具更为恰当。

借助于地形，您可以拥有及管理源数据，并根据需要生成最终用户产品（例如DEM）。

地理数据库注意事项
ArcGIS 支持的所有地理数据库格式均支持地形数据集。

这些存储机制在容量方面存在固有的差别。

个人地理数据库的大小限制为 2 GB，并且未压缩坐标。

鉴于这些约束，存储在个人地理数据库中的地形不能超过2,000 万个点。

文件地理数据库可支持更大型的数据集。

如果需要对地形进行长期的编辑和维护，则ArcSDE 是最佳解决方案，尤其对于较大型的数据集而言。

在地理数据库中存储大型点集合
自动化传感器有望生成非常大的点集合。

例如，激光雷达技术和多波束声纳技术。

为每个点专门指定一个数据库行的开销很大。

而此过程所需的访问时间和存储空间的开销将会更大。

为克服这一难题，地形数据集与相关的导入及存储工具将点划分成多点形状组。

多点是一种可用于表示多个点的几何类型。

可将数千个点分组为一个形状。

地理数据库支持多点要素类类型，以存储这些点。

因此，几千条记录便可存储数百万个点。

您无法按照这种方式轻松地维护每个点的属性，但具有此特性的点通常并不表示将需要此操作的特定地理要素。

为便于对表面几何进行采样，它们只是简单地记录x,y,z 坐标。

但也有一些例外。

激光雷达数据可以携带每个点的信息。

虽然在通常情况下，此类型信息对数据提供者的用处要大于数据使用者，但仍要求将此信息存储在GIS 数据库中。

因此，可将LAS 格式文件中的激光雷达属性填充到以二进制大对象(BLOB) 形式进行维护的值数组中。

因此，即使可根据需要对属性进行存储，但由于信息是BLOB 形式，还是需要使用地形特定工具来进行访问。

在地理数据库中组织地形数据
关键的组织原则是：地形位于要素数据集的内部并从同样位于这些数据集内部的要素类中获取其测量值。

因此，您需要一个正确定义了空间参考（包括容差和分辨率）的要素数据集。

应使用投影坐标系来定义数据集的空间参考。

三角测量、插值、坡度分析和可见性均假定x,y 坐标在直角坐标系内。

不支持使用地理坐标。

在要素数据集创建完毕后，需要将地形测量值添加到一个或多个要素类中。

有多种可用于填充地形数据集的已启用3D 的数据。

以下是源数据的常见示例：
∙摄影测量点高度和离散多点：从表面特定高低点处的立体影像编译而来的3D 点以及在某个近似最小间距内收集到的点，可提供覆盖和控制
∙摄影测量断裂线：从表示线状要素的立体影像编译而来的无垂直线段的3D 线，其中坡度有明显的中断（例如，湖岸线和路边）
∙激光雷达：从安装在直升机或飞机上的航空激光雷达系统获取的点，用于测量地面、植被及建筑物的高度，通常被过滤为仅包含地面点，以便定义裸露地表模型
∙声纳：从安装在船或潜水艇上、使用声波的系统获取的点，用于测量深度及等深线制图如果数据位于ASCII 格式文件中，可使用“3D ASCII 文件到要素类”地理处理工具将其导入。

如果数据位于LAS 格式文件中，可使用“LAS 到多点”工具将其导入。

terrain 数据集的数据导入和加载工具
地理数据»数据类型»Terrain
表面数据以多种格式呈现。

ArcGIS 能够读取多种格式的数据，而terrain 数据集能够利用这一优点。

能够读取带有z 值的ASCII 格式的点、线和多边形。

此外，还支持激光雷达标准LAS。

下图显示了3D ASCII 文件转要素类和LAS 转多点工具在3D Analyst 工具箱中的位置。

有关使用这些工具的详细信息，请参阅导入terrain 数据集源测量值。

用于将测量值加载到要素类的ArcGIS 3D Analyst 扩展模块工具。

Terrain 由要素类构建得来。

可将LAS 文件中的激光雷达属性与点几何一同加载。

对属性的处理方式可能与您所预计的方式有所不同，因为，为提高效率，激光雷达点被分组到各个多点中。

每个多点将存储多个仅使用一个数据库行的点。

由于有多个点仅使用一行，因此必须以相似方式对属性进行分组。

属性被加载到二进制大对象(BLOB) 中，每种形状的每个属性使用一个BLOB。

以多点的形式加载点以提高效率。

LAS 激光雷达属性被记录在BLOB 字段中。

地形数据集注意事项
地理数据»数据类型»Terrain
2D 与3D
尽管通常建议使用3D 信息源定义地形，但并非需要所有输入测量值才能获得高程值。

在定义表面时，二维测量值也可以发挥自身的作用。

例如，可能需要一个研究区域边界才能正确描绘表面的插值区。

通常，从行政边界层等2D 制图来源获取这些数据。

另一个例子就是使用2D 断裂线。

使用平滑插值器处理地形表面时，这种断裂线可能非常有用。

尽管2D 断裂线不会沿着其长度方向添加高度信息，但是它们会向插值器指明断裂线中出现的坡折处。

例子包括水边界和路面边缘。

由茂密植被遮挡的区域会阻碍准确采样，可以将这些区域作为2D 多边形进行采集并使用软擦除SFType 进行添加。

选择金字塔类型
Z 容差金字塔过滤器对地表裸露激光雷达最有效，而窗口大小金字塔过滤器对所有或第一回波激光雷达点最有效。

Z 容差金字塔过滤器速度较慢，但在某些分析中，控制垂直精度很重要，要细化此类分析中使用的数据，Z 容差金字塔过滤器更适合一些。

窗口大小过滤器速度较快，但适合于较常规的用途，因为它以水平采样密度为基础。

如果包含树冠，则在金字塔化过程中采用的Z 容差过滤功能也不会起作用。

这是因为，树冠范围内的各点在x,y 坐标上相互间可能非常接近，但在z 坐标上的差别却非常大；一些点落到地面，而另一些点分布在树枝中。

这些点的稀疏效果并不好，因为过滤器会认为它们很重要。

在金字塔化过程中采用的窗口大小过滤功能可用于任何类型的点数据。

这是因为金字塔是基于窗口大小以及用户指定的窗口统计数据来确定的。

指定的窗口统计数据可以是最小点高度、最大点高度、平均点高度，或者是同时指定最小和最大点高度。

该算法仅根据所选的窗口统计数据为每个窗口选择一个点。

因此，对树冠、植被和建筑物的描绘会更为明显。

使用窗口大小算法时，可以使用更多细化功能，从而允许根据相邻窗口中的类似环境特征对点进行细化。

地形应用示例
可以在从小到大的各项目中以多种方式使用地形。

它们为数据存储与管理、表面分析、制图和可视化提供了许多优点。

以下是几个示例：
∙取代基于TIN 的传统项目
∙用作激光雷达、摄影测量和深海测深法测量数据的存储库
∙生成DEM
∙洪泛区描绘项目
处理栅格、TIN 和等高线
栅格
通常，应从基于矢量的源测量数据（而不是栅格数据）来创建地形。

最好使用地形创建栅格表面，而不是从栅格表面创建地形。

当别无选择而又要使用栅格时，需要将栅格转换为点要素类。

所生成的点随后可用于构建地形数据集。

可以使用栅格转多点地理处理工具帮助完成此过程。

TIN
应基于用来构建TIN 的原始要素（而不是TIN 本身）来创建地形。

当存在断裂线时更是如此。

如果原始数据不可用，可以使用“TIN 节点”、“TIN 线”和“TIN 域”地理处理工具将TIN 分解为各要素。

使用由此而得的要素类来构造地形。

等高线
与栅格一样，等高线并不是用来构建地形的最佳数据源。

应使用地形来创建等高线。

如果没有其他信息源，则可使用等高线。

建议将等高线存储在具有高度属性的2D 多义线要素类中，这是因为考虑到对于每个要素，每个顶点的高度都相同。

应使用离散多点SFType 将等高线包含在地形中。

也可以使用软断裂线，但软断裂线的效率较低。

地形数据集常见问题
地理数据»数据类型»Terrain
∙问题：
当执行像添加新断裂线这样的操作时，是什么触发地形进行动态更新？
解答：
在编辑会话内编辑引用数据会在地形中创建切片式脏区。

它不会自动重新构建，您必须执行该过程。

地形属性对话框（在Catalog窗口中）和图层属性对话框都将报告是否需要构建地形。

还有一个用于图层的脏区渲染器，可以从符号系统选项卡访问此渲染器。

编辑完参与的要素类之后，运行构建地形地理处理工具，或使用Catalog 窗口中地形属性对话框的更新选项卡上的构建按钮。

∙问题：
在ArcMap 中，当图层关闭时，怎样才能使地形的当前表面能随范围变更不断更新？这是为了支持在显示除地形外的其他元素时使用交互式分析/编辑工具处理地形。

解答：。