第二章 DEM数据组织与管理
DEM重点整理(又添加)
DEM重点整理第一章概述1. 模型：指用来表现其他事物的一个对象或概念，是按比例缩减并转变到我们能够理解的形式的事物本体。
2. 数字地面模型含义的扩展：测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而且通过储存在磁性介质中的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。
3. 数字高程模型的概念：数字高程模型简称DEM。
它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。
4. 数字高程模型的含义：DEM是DTM中最基本的部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。
5. 数字地面模型的特点：（1）易以多种形式显示地形信息；（2）精度不会损失；（3）容易实现自动化、实时化；（4）具有多比例尺特性。
6. 数字高程模型的应用范畴：见课本10页作为国家地理信息的基础数据土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计为军事目的‘军事模拟等)而进行的地表三维显示景观设计与城市规划流水线分析、可视性分析关交通路线的规划与大坝的选址不同地表的统计分析与比较生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀和经流等作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被搜盖数据等，以进行显示与分析为遥感、环境规划中的处理提供数据辅助影像解译、遥感分类将I}If}概念扩充到表示与地表相关的各种属性，如人口、交通、旅行时间等与GI5联合进行空间分析虚拟地理环境第二章数字高程模型的采样理论1.采样的理论背景：推而广之，采样定理同样适用于决定相邻剖面之间的采样间隔，从而得以获取由DEM所表示的地形表面的足够信息。
反之，如果地形剖面的采样间隔是Dx，那么波长小于2Dx的地形信息将完全损失。
2.数据采样策略：（1）沿等高线采样（2）规则格网采样（3）剖面法（4）渐进采样（5）选择性采样（6）混合采样3. 数字高程模型源数据的三大属性：数据的分布、数据密度、数据精度。
DEM指导书.part02
第二章DEM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（图2.1）。
图2.1 空间对象建立过程空间数据模型是对空间对象及其关系的描述，也是空间对象根据与应用有关的目标的需要而对空间对象的一种提取。
空间数据模型是空间数据组织和空间数据库设计的基础。
目前GIS中的空间数据模型从认知角度讲有三类，即基于对象（Object based）的模型、基于网络（Network based）的模型和基于场（Field based）的模型，从表达上讲则有矢量数据模型(V ector Modules)、镶嵌数据模型(Tessellation Modules，又称栅格数据模型，Raster Modules)和组合数据模型(Composite Modules)等。
数字高程模型由于主要刻画具有连续变化特征的空间对象（通常意义为高程），因而属于基于场的镶嵌数据模型。
空间数据模型属于概念层次的空间对象语义描述，它的具体表达则要按一定的结构对空间数据进行组织，因此空间数据结构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，这些数据元素是数据的基本单位，而一个数据元素可由几个数据项组成。
数据结构一般通过系列图表、矩阵以及计算机码的数据记录来说明。
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）。
数据库的功能取决于数据结构，同时为了快速调度数据库中任意范围的数据，实现对整个区域DEM数据的无缝浏览和漫游，还要根据地形数据的地理分布建立统一的空间索引。
第二部分 地理空间数据组织与管理(三)
第一代GIS
第二代GIS
第三代GIS
第四代GIS
第五代GIS
用户界面
命令、过程、菜单
图形界面、 X-Windows、 MSWindows
WWW
GGG
GIS图形 可视化
矢量图形CAD
矢量，栅格，混合GIS
多媒体、虚拟现实、动画
模型
几何，几何+专题，关系几何+描述性数据，OO-Model
OR-Model
数据库
商业数据库
非标准GIS数据库
RDBMS,SQL, GeoSQL
OR-DBMS
第八章 地理空间数据库
数据库是对数据存储管理的基本工具。是从 建立数据模型、设计数据结构到数据存储与 管理过程的必然结果。建立数据库的目的不 仅仅是保存数据，扩展人的记忆，而且也是 为了帮助人们去管理和控制与这些数据相关 联的事物。GIS的数据库具有明显的空间特 征，它与传统的非空间数据库具有差别。
第五节 四叉树和八叉树数据结构
不能再分的块构称为树的叶结点，有值的叶 结点为黑结点，没有值的结点为白结点。K 为树的高度，图中k=3。四叉树的存储可按 常规叶结点的顺序存储，称为常规四叉树。 按特定叶结点顺序存储的称为线性四叉树。
第五节 四叉树和八叉树数据结构
1、常规四叉树的存储结构 常规四叉树除了记录叶结点外，还要记录中间接点， 需要记录中间结点与上一级结点和四个子结点的指 针，共需要记录六个量。指针不仅增加了存储量， 而且增加了对树的操作的复杂性。 2、线性四叉树的存储结构 线性四叉树只记录叶结点信息，不记录中间结点。 不过叶结点的编码要包含叶结点在树种的位置信息。 因此对叶结点的地址编码非常重要。最常用的地址 编码有四进制和十进制的Morton码。四进制的编 码如图
第二部分 地理空间数据组织与管理(一)
地图投影是为特定的制图目的服务的。根据 控制投影变形的目的，有以下投影类型： ① 等角投影（正形投影，正射投影），它保持 局部形状相似，但不能保证面积相等。但面 积较大时，也不能保证形状不变。 ② 等面积投影，保持面积不变，但角度、形状、 和比例会发生变形。 ③ 等距离投影，是一种既不等面积也不等角的 投影。长度、角度、面积、比例均有变形。 但面积变形小于等角，形状变形小于等积。
过去的地图通常使用国家地图机构定义与维 护的国家大地测量框架，这在地图生产方面， 尤为突出。 GPS的出现，为全球统一参考框架的实现提 供了可能性。因为GPS提供了全球统一参考 框架下低成本、实时测量定位的方法手段。
第一节 地理空间信息的描述方法
1、地理坐标系 地理坐标系是为确定地面点的位置，而定义 的以经纬度为坐标量测值的空间参照系。
第一节 地理空间信息的描述方法
一、地球空间模型描述 地球表面的几何模型。是定义合适的地理参 照系统的依据。根据大地测量学的研究，球 表面几何模型分为四类：地球的自然表面模 型、地球的相对抽象表面模型、地球的旋转 椭球体模型和地球的数学模型。
第一节 地理空间信息的描述方法
1、地球的自然表面模型 地球的自然表面模型 是地球的自然体，起 伏而不规则，呈梨形 形状 。
第一节 地理空间信息的描述方法
在GIS中，地理数据的显示往往可以根据用户的需要，指定各种投 影。但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时， 往往采用与国家基本系列地图所用的投影。我国常用的地图投 影的情况为： (1)、我国基本比例尺地形图（1：100万、1：50万、1：25万、 1：10万、1：5万、1：2.5、1：1万、1：5000）除1：100 万外均采用高斯—克吕格投影为地理基础； (2)、我国1：100万地形图采用了Lambert投影，其分幅原则与国 际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保 持一致。 (3)、我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用 Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影（正轴等面积 割圆锥投影）； (4)、Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离（即大圆航 线）表现为近于直线，这有利于地理信息系统中和空间分析量 度的正确实施。
第4章DEM的数据及组织管理
Zi = Hi
此处 Z i
指I点周围一定范围内水平面的高度， 点周围一定范围内水平面的高度，
Hale Waihona Puke 为I点的高程值并不是一种真正 实用的方法。 实用的方法。
4.2.3 基于三角形的表面建模
多项式的前三项Z 多项式的前三项Z = a0 + a1X + a2Y能生成一平 使用三个点来确定这三项的系数。 面。使用三个点来确定这三项的系数。这三个点 可生成一平面三角形， 可生成一平面三角形，从而此三角形决定了一倾 斜的表面。 斜的表面。
4.2.1 地形表面重建与内插的通用多项式函数 LOGO DEM表面可用以下的数学表达式进行描述 ： 表面可用以下的数学表达式进行描述： 表面可用以下的数学表达式进行描述
Z = f ( X ,Y )
独立项 Z = a0 + a1X + a2Y + a3XY + a4X2 + a5Y2 + a6X3 + a7Y3 + a8XY2 + a10X4 + a11Y4 + a12X3Y + a13X2 Y2 + a14XY3 + a15X5… 项次 0次项 次项 1次项 次项 2次项 次项 3次项 次项 4次项 次项 5次项 次项 表面性质 平面 线形 二次抛物面 三次曲面 四次曲面 五次曲面 项数 1 2 3 4 5 6
第四章 数字高程模型之 表面建模 华丽
huali@
章节主要内容 4.1 Click to add Title 1 表面建模的基本概念 4.2 建立数字地形表面模型的各种方法 2 Click to add Title 4.3 三角网的基本概念及生成方法 1 Click to add Title 4.4 格网的基本概念与生成方法 2 Click to add Title
DEM数据组织和管理
12 12 12 12 12 12 13 13 13
11 11 11 12 12 12 13 13 13
11 11 11 12 12 12 13 13 13
11 11 11 12 12 12 13 13 13
数 字 （2） 不规则三角网（TIN） 地 面 不规则三角网：将按地形特征采集的点根据一定 模 规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角 型 形，构成一个不规则三角网，通常称为三角网
数
字
不规则三角网（TIN）
地 面
②TIN的面结构
模
型
编号 a b c d
邻接三角形 b、d、a、c、b、d、a、c、-
数
字
不规则三角网（TIN）
地 面
②TIN的面结构
模 型 特点：由于存储了三角形之间的邻接关系，
TIN内插、检索、等高线提取、显示以及局部
结构分析都比较方便。不足之处是存储量较大，
数 字
规则格网数据结构（Grid）
地 面
➢ 数据结构：
模 ①简单矩阵结构
型
规则格网DEM数据文件一般包括对DEM数据
进行说明的数据头和DEM数据体部分。
➢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、最低高程以
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 字
ArcView DEM文件格式
但编辑、内插以及检索不太方便。
数
字
不规则三角网（TIN）
地
面 ⑥TIN的边面结构
模 型
由边表和邻接三角形表组成。 特点：是所有结构中存储量最大的，虽然在检
索、等高线提取等方便比较方便，但不利于
第二章DEM的数据获取
(5)选择性采样
选择地性线及地形特征点采点。
特点：
（a）点的分布和密度与地形最匹配，数据 冗余度最小。
（b）作业效率低，不易实现自动化作业。
（6）混合采样
选择性采样+规则采样（或渐进采样）
形成
附加地形特征的 规则格网DEM
沿特征附加三角网的 混合格网（Grid-Tin) DEM
地形特征点 单独存贮
地形图比例尺与等高距关系为：
1：20万
25~100m
1：10万
10~40m
1：5万
10~20m
1：2.5万
5~20m
1：1万
2.5~10m
通常Байду номын сангаас为高程精度达三分之一等高距。
由地形图获取DEM数据的特点
➢ 需有合适的地形图（比例尺、时间） ➢ 数据质量依赖于原图质量 ➢ 数字化会降低原图精度 ➢ 数据现势性通常较差 ➢ 是丰富而廉价的数据来源
➢ 摄影测量是DEM重要的数据源，是进行数据库更新的重要方式之 一
➢ 现有地形图是DEM的另一重要数据源，经过大量的实践证明，从 等高线地形图生产DEM的方法已经成熟，可以广泛应用于生产
➢ 使用激光扫描、干涉雷达等新型技术进行DEM数据采集是很有发 展前景的DEM采集方式
➢ 不论从何种数据源获取DEM数据，在采集等高线或规则格网的同 时采集重要的地形特征点线是保证DEM质量和提高工作效率的重要 措施
对每个扫描像元探测记录地表辐射值形成影像。 同时测出像元a至地表的斜距，由已知的影像外方位 元素（GPS＋IMU系统测得）推算得A点的地面坐标， 形成DEM。
s
a p
o
A
（2）基本结构组成
影像
DEM_复习整理概要
DEM 复习整理1、DEM概念(1)狭义概念：DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。
(2)广义概念：DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。
(3)数学意义：DEM是定义在二维空间上的连续函数H=f(x,y)2、数字高程模型的特点精度恒定性表达多样性更新实时性尺度综合性3、规则格网DEM和TIN的对比4、DEM数据模型从认知角度基于对象的模型、基于网络的模型、基于场的模型从表达角度矢量数据模型镶嵌数据模型组合数据模型5、DEM数据结构（1）、规则格网DEM数据结构a、简单矩阵结构b、行程编码结构c、块状编码结构d、四叉树数据结构（2）、不规则三角网DEM数据结构TIN数据结构：面结构、点结构、点面结构、边结构、边面结构、简单结构（3）、格网与不规则三角网结构混合结构6、DEM数据源特征地形图、航空、遥感影像、野外测量、既有DEM数据 可获得性（x，y，z）、DEM应用目的（分辨率、精度）、数据采集效率、数据量大小、技术熟练程度（1）数据源：地形图覆盖面广，可获取性强，是丰富、廉价的建立DEM的主要数据源。
特点：现势性（经济发达地区往往不满足现势性要求）、存储介质、精度：比例尺、等高线密度、成图方式有关（2）数据源：航空、遥感影像a、现势性好：获取速度快、更新速度快、更新面积大（大范围DEM数据的最有价值来源）b、缺点：受外界影响因素较大，对于精度要求高的DEM难以满足要求，高精度影像获取方法费用昂贵c、相对精度和绝对精度低的遥感影像：Landsat—MSS、TM传感器、SPOTd、高分辨率遥感图像：1米分辨率的IKONOS 0.61米QUICKBIRD（3）数据源：地面测量缺点：工作量大，周期长、更新十分困难，费用较高用途：公路铁路勘测设计、房屋建筑、矿山、水利等对工程精度要求较高的工程项目（4）数据源：既有DEM数据覆盖全国范围的1:100万、1:25万、1:5万数字高程模型7、数据采样方法对比（1）、地形图数据采集方法优点：a地形图易获取、作业设备简单、对操作人员技术要求较低，因而地形图是DEM获取最基本的方法。
第二章 DEM数据组织与管理
2、DEM数据库组织
矢量的数据库结构 工程
存储了三角形之间的邻接关系 存储量大、在TIN编辑中需随时维护这种关系
TIN点结构
2 e1 1 e 10 e3 e2 3 e4
2
6
1e 5
9
3
e7
e5
4
e6 e8 4
存储量小，编辑方便 三角形及其邻接关系需实时生成，计算量大
5
坐标表 N o. 1 2 3 4 ... X Y Z ......... ......... ......... ......... ......... P 1 4 7 ... ...
3、元数据的数据库管理
元数据的内容
基本标识信息 质量信息 数据组织信息 空间参考信息 实体与属性信息 发行信息 元数据参考信息
元数据数据库结构
文本和数字型数据 关系型数据库
每一条记录对应一 个DEM实体数据
4、DEM数据库系统功能
作业
常用的数字高程模型结构有哪些？各有什 么特点？
优点：不需要维护模型的规则性，能灵活地随地形的 复杂程度而改变格网单元大小，避免平坦地区数据冗 余，又能按地形特征点线等来表示地形特征。
一、DEM数据模型
4、特征嵌入式数据模型
指把对地形形态描述具有 重要意义的点、线、面嵌 入格网DEM结构。 特点：克服了格网DEM 难以精确描述地形结构和 突变地形的缺憾，而且维 护了DEM地形描述与处 理的高效、简便优势。
第2章--DEM数据组织与管理
镶嵌数据模型
规则格网数据模型的两个理解
适用于什么地形？
格网栅格的观点：格网单元的数值即其中所有点的值，对 应实地单元区域内高程为均一高程。 点栅格观点：格网单元的数值是格网中心点的数值，其它 任意点高程通过内插方式确定
镶嵌数据模型
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。
不规则三角网DEM的优点是： • 能充分利用地貌的特征点和特征线，较好地表示
复杂地形； • 可根据不同的地形，选取合适的采样点数； • 进行地形分析和绘制立体图也很方便。
其缺点是：由于数据结构复杂，因而不便于规 范化管理，难以与矢量和栅格数据进行联合分析。
规则格网DEM和TIN的对比
规则格网DEM
拓扑关系
5
TIN 文件组成
4 3
C
B
D
6
A
E
2
坐标表
节点 1 2 3 4 5 6
坐标
X1，Y1，Z1 X2，Y2，Z2 X3，Y3，Z3 X4，Y4，,Z4 X5，Y5，Z5 X6，Y6，Z6
1 三角形/节点关系表
三角形
拓扑关系隐含
A
B
C
D
E
TIN 模型基本链表结构
节点 1，5，6 4，5，6 3，4，6 2，3，6 1，2，6
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第2章 DEM数据组织与管理
主要内容
概述 DEM数据模型 DEM数据结构 DEM数据库管理
2.0 概述
空间对象建立过程
DEM建立的一般过程
• 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数据处理与分析
DEM数据处理与分析DEM数据处理与分析⽬录⼀、DEM数据获取 (1)⼆、DEM数据处理 (3)（⼀）初步预处理 (3)（⼆）其他处理 (8)（三）坐标转换（计算坡度之前的预处理） (10)三、DEM数据拼接 (12)（⼀）获取 (12)（⼆）镶嵌 (12)（三）裁剪 (14)四、地形属性提取 (15)（⼀）坡度提取 (15)（⼆）坡向提取 (15)（三）表⾯曲率提取 (16)五、透视图建⽴ (17)（⼀）设置抬升⾼度 (17)（⼆）修改显⽰符号系统 (18)（三）设置渲染 (19)（四）其它图层（栅格或⽮量）数据按地形⾼度进⾏抬升 (20)六、建⽴和显⽰TIN (21)（⼀）TIN转换 (21)（⼆）TIN属性描述 (21)（三）TIN渲染 (22)七、创建等⾼线 (23)（⼀）创建等⾼线 (23)（⼆）创建垂直剖⾯ (24)（三）坡度分级 (25)七、DEM相关应⽤ (25)DEM应⽤之坡度：Slope (26)DEM应⽤之坡向：Aspect (30)DEM应⽤之提取等⾼线 (32)DEM应⽤之计算地形表⾯的阴影图 (34)DEM应⽤之可视性分析 (38)DEM应⽤之地形剖⾯ (41)⼋、说明 (42)⼀、DEM数据获取地理空间数据云为我们免费提供了⼤量的影像和⾼程数据。
其中⾼程数据分辨率包括90⽶和30⽶两种，现在我介绍⼀下如何下载这些DEM数据。
1、⾸先在百度中搜索“地理空间数据云”，打开其页⾯，如图1。
2、这⾥需要地理空间数据云的账号，点击右上⾓的注册，注册⼀个账号。
如图2。
3、注册完后，登陆账号，然后开始检索所需DEM数据。
这⾥介绍⼀下⾼级检索：点击“⾼级检索”即可进⼊，然后我们可以分别按照“地名”、“经纬度”、“⾏政区”三种条件检索，同时也可以使⽤“⽇期”等进⼀步缩⼩范围。
如图3。
4、我们输⼊经纬度范围（如图4）或者输⼊⾏政区名称（如图5）。
5、选择数据集，这⾥我们选择“DEM数字⾼程数据”，其中有90⽶和30⽶之别。
第二部分 地理空间数据组织与管理(二)
第二节 地理空间数据的基本特征和描述内容
3、时间特征 时间特征是描述地理实体或现象随时间变化 的特征。按照信息系统记录时间的方式，可 分为绝对时间和相对时间。前者是地理实体 或现象实际发生变化的绝对时刻，后者则是 发生变化的时间段。
第二节 地理空间数据的基本特征和描述内容
地理数据的位置特征和属性特征相对时间特 征来讲，常常呈相互独立的变化，即在不同 的时间，空间位置不变，但属性可能发生变 化，反之依然。这种变化可能是局部的变化 或整体的变化，对于一个空间数据库来讲， 两者可能是并存的，这就为地理空间数据的 管理和更新带来了复杂性。
空间数据库中的对象具有不规则的形状，正 是这种不规则的形状造成计算代价的提高。
第四节 空间数据的空间索引
1、窗坐标索引机制 窗坐标索引机制是基于记录对象空间范围的 索引机制，即当记录每个空间对象的坐标时， 同时记录其对象的最大、最小窗坐标。所谓 窗坐标，是指完全包含该对象的最小外接矩 形的对角点坐标（矩形边界平行坐标轴）
第三节 空间数据的分类编码和数据分层
二、空间数据描述的内容 从上述内容可以知道，要完整地描述地理空间数据， 必须从以下几个方面进行： 1、编码 2、位置 3、类型 4、行为 5、属性 6、说明 7、关系
第三节 空间数据的分类编码和数据分层
空间数据的分类、分层和空间索引是GIS空 间数据组织的重要方式和内容。空间数据分 类系统为空间数据的编码系统的建立提供了 依据。分层是数据分类的直接结果，通过分 层，将同类地理实体或现象组织在一个数据 层。索引通过建立空间实体参考坐标与计算 机屏幕坐标之间的关系，提供快速的空间检 索功能。分类、分层和索引它们共同组成了 空间数据有效组织的完整内容。
工 作 层
逻辑层对照表
数字高程（DEM）模型期末复习资料
数字⾼程（DEM）模型期末复习资料数字⾼程模型（DEM）期末复习资料第⼀章1数字地⾯模型是利⽤⼀个任意坐标场中⼤量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连续地⾯的⼀个简单的统计表⽰。
2 DEM和DTM的关系：DEM是DTM的⼦集，是DTM最基本的部分；20世纪60年代出现了地理信息系统的概念，其含义包括了DTM，在概念上取代了DTM。
DTM提出后，其实际发展和应⽤中的内涵还主要局限于DEM，故⼆者的名称混淆使⽤，主要表⽰的都是DEM的概念。
3 ⾼程⽤来描述地形表⾯的起伏形态，传统的⾼程模型是等⾼线，其数学意义是定义在⼆维地理空间上的连续曲⾯函数，当此⾼程模型⽤计算机来表达时，称为数字⾼程模型。
4 数字⾼程模型的定义为：数字⾼程模型是对⼆维地理空间上具有连续变化特征地理现象通过有限的地形⾼程数据实现对地形曲⾯的数字化模拟－－模型化表达和过程模拟，Digital Elevation Model，简称DEM。
5.数字地形表达的⽅式可以分为两⼤类：数学描述和地形描述(1)数字描述：全局：傅⽴叶级数；多项式函数局部：规则的分块函数；不规则的分块函数（2）图形描述：点：不规则分布；规则分布；特征点线：等⾼线；特征线；剖⾯图⾯：影像；透视图；其他6.模型是指⽤来表现其他事物的⼀个对象或概念，是按⽐例缩减并转换到我们能够理解的形式的事物本体。
7.模型可以分为三种不同层次：概念模型，物质模型，数学模型。
8.概念模型是基于个⼈的经验与知识在⼤脑中形成的关于状况或对象的模型。
9.物质模型通常是⼀个模拟的模型，如橡胶，塑料或泥⼟制成的地形模型。
10.数字模型⼀般是基于数字系统的定量模型。
包括函数模型和随机模型。
11.数字模型的优点：1他是理解现实世界和发现⾃然规律的⼯具。
2提供了考虑所有可能性，评价选择性和排除不可能性的机会。
3帮助在其他领域推⼴后应⽤解决问题的结果。
4帮助明确思路，集中精⼒关注问题重要的⽅⾯。
5使得问题的主要成分能够被更好的观察，同时确保交流，减少模糊，并改进关于问题⼀致性看法的机会。
DEM复习重点
DEM复习重点1.数字高程模型是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟或者说是地形表面形态的数字化表示。
2.数字地面模型DTM是定义在二维区域上地形特征空间分布及关联信息的一个有限n维向量系列Xi，数字高程模型DEM是DTM的一个子集，它表示地形空间分布的一个有限三维向量。
3.DEM:狭义角度是区域地表面海波高度的数字化表达。
广义角度是地理空间中地理对象表面海波的数字化表达。
4.基于规则格网的DEM和基于TIN的DEM是目前数字高程模型的两种主要结构。
5.数字高程模型的主要研究内容：1）地形数据采样2）地形建模与内插3）数据组织与管理4）地形分析与地学应用5）DEM可视化6）不确定性分析与表达6.数字高程模型的分类体系：范围（局部DEM、地区、全局）。
连续性（不连续DEM、连续、光滑）。
结构）面（规则结构：正方形格网结构、正六边形格网结构、其他格网结构）、（不规则结构：不规则三角网、四边形）线（等高线结构、断面结构）点（散点结构）。
7.数字高程模型的特点：1)精度恒定性2）表达多样性3）更新时实行4）尺度综合性8.DGM:除高程外，地形表面形态还可通过坡度。
坡向、曲率等地貌因子进行描述。
所有地貌银子的数字模型的集合形成数字地面模型DGM9.DTM:各种地物要素的数字模型，连同DEM本身，形成测绘人员心目中新一代地形图，数字定型模型DTM10.DSM：一般的，将DEM/DGM/DTM以及上述信息所形成的数字模型称为数字表面模型11.DEM(--DGM(--DSM层层包含关系DEM是最基本的数据12.数字高程模型的应用范畴：1）地学分析应用2）非地形特征应用3）产业化和社会化服务13.DEM主要用在一下几个领域：1)区域、全区气候变化研究2）水资源、野生动植物分布3）地质水文模型建立4）地理信息系统5）地形地貌分析6）土地分类、土地利用、土地覆盖变化检测等第二章DEM数据组织与管理14：目前GIS中的空间数据模型从认知角度讲有三类，即基于对象的模型、基于网络的模型、基于场的模型：从表达上讲有矢量数据模型、栅格数据模型和组合数据模型。
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1、DEM数据库结构
DEM数据库结构实质上是DEM的数据结构。 TIN的数据库结构
线（特征线）实体的数 据库结构
点实体的数据库结构
三角形实体的数据库结构
2、DEM数据库组织
指DEM数据的管理和调度方式，实际上是可视范围（即工作区）的数 据管理，可以为用户提供宏观、中观、微观等方式的信息服务。 “工程——工作区——图幅”的层次结构索引模式是当前GIS空间数 据库数据组织的常用方式之一。
(5,2),(0,2),(1,1)
-10 0
20
0
-20 0
索引文件
栅格行序号 逐行游程累计数 01 02 … 100 3 7 … 572
游程序号 0001 0002 0003 0004 0005 0006 0007 … 0572
编码值 R1 R2 R3 R4 R5 R据组织和空间数据库设计的基础。
空间数据模型
空间数据结构
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。
DEM数据组织的目的是将所有相关的DEM数
据通过数据库有效地管理起来，并根据其 地理分布建立统一的空间索引，进而可以 快速调度数据库中任意范围的数据，实现 对整个研究区域DEM数据的无缝漫游。
9
1e 5
2
6
3 e4 e6
3
e5
关联边： 1）分布在当前边两侧 2）关联边与当前边夹角最小 3）关联边顶点不重复 边表
e10
e7
4
5
e8
4
存储量小，适合等高线提取 编辑、内插、检索不便
No. e1 e2 e3 e4 …
V1 1 2 2 3 …
V2 2 3 6 6 …
E1 e2 e5 …
E2 e3 e4 e9 e2 …
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
e10
e7
4
5
e8
4
三角形表 No. ......... 1 2 3 4 ... V1 V2 1 2 3 4 2 3 4 V3 6 6 6
No. 2 6 5 3 6 1 4 6 2 ... ... ...
5 6 .........
TIN边结构
2 e1 1 e2 e3
工程：一个区 域内的全部 DEM数据。
工作区：当 前感兴趣的 研究区域。
LOD（level of details）细节层次模型
两个方案： 静态建立 动态实时简化
DEM金字塔
（参看 《地理信息系统原理与算法》吴立新，史文中. 科学出版社. 2003）
矢量的数据库结构 工程
具有相同特征的工作区的集合，用来管理大型的空间数据。
.........
No. 2 6 5 3 6 1 4 6 2 ... ... ...
TIN点面结构
e1 1
2
e2 e3
9
1e 5
2
6
3 e4 e6
3
e5
编辑、显示水体方便 三角形邻接关系隐含，检索与内插效率不高
坐标表 No. 1 2 3 4 ... X Y Z P ......... 1 ......... ......... ......... ......... 4 7 ... ... 邻接指针链
5
e8
4
邻接三角形表 No. 1 2 3 4 ... T1 2 3 4 5 T2 T3 5 1 2 -
5 6 .........
3 .........
特点：内插、检索、等高线提取方便，显示、局部结构分析方便； 存储量大、在TIN编辑中需随时维护这种关系。
TIN点结构
2 e1 1 e2 e3
9
1e 5
① 数据显示与浏览
② 数据库查询 ③ 基本DEM分析与应用示范 ④ 数据分发与提取 ⑤ 空间索引建立
⑥ 数据通信
⑦ 数据库更新 ⑧ 数据维护管理
作业
常用的数字高程模型结构有哪些？各有什么特点？
对比分析格网DEM与TIN的优缺点？
格网DEM数据库如何进行组织？
2、TIN数据结构
简单结构
2 e1 1 e2 e3
9
1e 5
2
6
3 e4 e6
面结构 点结构
• 三角化效率 • 应用方便
3
e5
e10
e7
4
点面结构
边结构
5
e8
4
边面结构
需存储 顶点高程、顶点平面坐标、顶点之间等拓扑关系
简单三角形结构（基本链表结构）
坐标表 序号 属性 X Y Z
e1 1 2 e2 e3
工作区
一定区域范围内的地物层的集合 多个地物类的集合
层
河流、道路、居民地
地物类
道
2
河 路 湖泊
具有相同空间几何特征和属 性特征的空间对象的集合。
对象
流
2
居民地
3、元数据的数据库管理
元数据：关于数据的数据。描述数据的内容、质量、状况 和其他特征，帮助人们定位和理解数据。元数据是实现空 间数据共享的重要基础。
2
6
3 e4 e6
3
e5
e10
e7
4
存储量小，编辑方便 三角形及其邻接关系需实时生成，计算量大
5
e8
4
坐标表 No. 1 2 3 4 ... X Y Z P ......... 1 ......... ......... ......... ......... 4 7 ... ... 邻接指针链
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
e2 e3
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3 e4 e6
3
e5
e10
e7
4
存储了三角形之间的邻接关系
坐标表 No. 1 2 3 4 ... X Y Z ......... ......... ......... ......... ......... No. 1 2 3 4 ... 三角形表 V1 V2 1 2 3 4 2 3 4 V3 6 6 6
20 20 20 60 50
30 30 20 20 20 20 20 40 20 20
20
30
0
0
0 20
40
-10
0
行程 (10,2),(0,1),(-10,1),(0,1) 编码
(20,1),(0,2),(40,1),(-10,1) (30,1),(0,1),(-10,1),(0,2) (20,1),(0,1),(20,1),(-20,1),(0,1)
混合数据结构一般采用分别 处理的方式 也可设计一个一体化的数据 结构 应用时常常将其实时地完全 转换为TIN的数据结构。
4、规则格网DEM与TIN的对比
规则格网DEM 优点 简单的数据存储结构 与遥感影像数据的复合性 良好的表面分析功能 不规则三角网TIN 较少的点可获取较 高的精度 可变分辨率 良好的拓扑结构
图幅：按照一定规则对研究区域进行 图幅范围：由坐标范围确定 二维划分的结果。是DEM数据采集、 如：图幅H的范围为： 建立、操作和调度最基本的单位。
（270，120，280，130）
工作区范围：由图幅范围确定 TIN空间索引的问题： 1）相邻图幅之间要有一定重叠 2）为快速定位点所在三角形， 有必要在图幅内建立TIN的空间 索引。
内容
一、DEM数据模型
二、DEM数据结构
三、DEM数据库管理
一、DEM数据模型
1、镶嵌数据模型
思想：空间对象可用相互连接在一起的网络来覆盖和 逼近。 适合于三维离散空间数据的表达，及连续变化的空间 对象的模拟 特征参数：网格尺寸、形状、方位等
分类： 规则镶嵌数据模型
不规则镶嵌数据模型
缺点
计算效率较低
数据冗余 格网结构规则
表面分析能力较差
构建比较费时 算法设计比较复杂
三、DEM数据库管理
DEM数据库实现的两种方式：
基于文件系统和空间索引的方式； 基于关系型数据库的方式。 ESRI公司的空间数据引擎SDE DEM数据库内容：DEM数据库结构设计、数据组织方 法、元数据、数据库功能等。
第二章 DEM数据组织与管理
王 丽 xuer217@
空间对象的建立过程
从认知角度： 对象模型、网络模型、场模型 从表达方式： 矢量数据模型、镶嵌数据模型、组 合数据模型 DEM属于基于场的镶嵌数据模型 是对空间对象及其关系的描述。 是空间对象根据其与应用有关的目标需要而对空间 对象的一种提取。 是概念层次上，对空间对象的语义描述。
0
3 5 7 6 8 9
11 12 15 16 13 14 17 18
（4）四叉树编码结构
1 0 3 4
1 2 3 4 5 6 7 8
A
2
0
B
C
D E 9 10 F
5 7
6 8
9
10
11 12 13 14 15 16 17 18
11 12 15 16
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线性四叉树 通过编码四叉树的叶节点来表示数据块的层次和空间关系。 叶节点具有反映位置的关键字，即位置码。
4、特征嵌入式数据模型
指把特征要素嵌入规则或 不规则镶嵌数据模型中。 指把对地形形态描述具有 重要意义的点、线、面嵌 入到格网DEM中。
特点：克服了格网DEM 难以精确描述地形结构和 突变地形的缺憾，而且维 护了DEM地形描述与处 理的高效、简便优势。
二、DEM数据结构
1、规则格网DEM数据结构