DEM数据组织与管理

规则格网DEM的数据文件
数据头和数据体
行程编码结构
对于一幅DEM，常常在行（或列）方向上相邻的若干 点具有相同的高程值，因而从第一列开始，在格网单 元数值发生变化时依次纪录该值以及重复的个数，应 用时可利用重复个数恢复DEM矩阵。
块状编码结构
块状编码方案是行程编 码方案从一维扩展到二 维的情况，它采用方形 区域作为纪录单元，每 个记录单元包括相邻的 若干栅格，数据结构是 由记录单元的初始位置 （行、列号）、格网单 元高程值和方形区域半 径（正方形区域的边长`， 采用格网间距倍数表示） 所组成的单元组
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
构造规则格网的优缺点比较
优点 1.空间关系（邻接、方向、距离等）变 得明确， 计算简单 2.算法成熟 缺点 数据冗余而给数据管理带来不便
格网栅格和点栅格不同观点比较
DEM数据库结构
DEM数据库结构实质上就是DEM的数据 结构
DEM数据库数据组织
工程：一个区域内的全部DEM数据 图幅：DEM数据采集、建立、操作和调 度的基本单位，每一个图幅由若干行和 若干列格网单元组成 工作区 ：当前感兴趣的研究区域，一般 情况下工作区就是图幅，如果需要，也 可将多个图幅定义为一个工作区
TIN的点面结构
TIN的点面结构
这种结构存储量与面结构大致相当，编 辑、显示水比较方便，但由于三角形之 间的关系是隐式的，检索与内插效率不 太高。
TIN的边结构
关联边要满足三个条件： ①分布在当前边的两侧， ②关联边与当前边的夹角最小； ③关联边顶点不重复。这种结构存储量 比较小，非常适合等高线的提取，但编 辑、内插以及检索不太方便。
DEM数据库系统功能
数据库管理系统基本服务 （1）数据库管理 （2）数据库维护 （3）数据通讯
பைடு நூலகம்
DEM数据库管理系统
DEM数据库和矢量数据库应具 备的功能
数据显示与浏览 数据库查询 基本DEM分析与应用示范功能 数据分发与提取 空间索引建立 数据通讯功能 数据库更新 数据维护管理
DEM元数据库管理系统功能
空间数据模型的表达
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
需利用数据库对一定结构组织在一起的 地形数据进行管理和调度 需根据地形数据的地理分布建立统一的 空间索引 需设计恰当而有效的数据库结构和管理 策略
DEM数据设计一般遵循的基本原则
适用性：满足主要用户的需求 运行性：快速显示和查询，保持正常运行 更新性：方便地扩充和进行数据更新 相关性：要与其他基础地理信息产品的相关性 相容性：与其他类型数据库系统兼容 先进性：采用科学的技术手段 高质量：与原始资料一致，数据质量可靠，数 据标准、规范 完备性：有完备的元数据内容 安全性：有严密的权限控制机制
空间索引模式对TIN注意点
由于TIN的每个图幅区域的边界不规则， 为避免相邻图幅之间的接边问题，一般 在进行数据分幅时，各个图幅之间要有 一定的重叠度 TIN的不规则性，为快速对点所在三角形 进行定位，有必要在图幅内建立TIN的空 间索引，常用的如链表+头指针、四叉树 等
DEM元数据
元数据（Metadata）是关于数据的数据， 是对有关数据体、数据集合等在内容、 性能、特征、规律等方面的解释和说明。 元数据的建立贯穿于数据处理的每一个 环节，包括数据采集前、数据采集中、 数据处理与数据入库、数据更新等。
TIN的边面结构
TIN的边面结构
边面结构为上述所有结构中存储量最大 的，虽然在检索、等高线提取等方面比 较方便，但不利于动态更新和维护。
格网与不规则三角网结构混合 结构
由于规则格网DEM和不规则三角网各有 各的优缺点，在实际应用中，在大范围 内一般采用规则格网附加地形特征数据， 如地形特征点、山脊线、山谷线、断裂 线等的形式，构成全局高效、局部完美 的DEM 可以设计一个一体化的数据结构同时组 织这些不同类型的数据
TIN的面结构
TIN模型的面结构最大特点是由于存储了 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，而 且在TIN的编辑中要随时维护这种关系
TIN的点结构
TIN的点结构
TIN的点结构特点是存储量小，编辑方便， 但三角形及其邻接关系需实时再生成， 计算量比较大，不利于TIN的快速检索和 显示。
2 2 2 0 0 0 0 0
2 2 2 2 3 0 0 0
5 2 2 3 3 3 0 0
5 2 3 3 3 3 3 0
5 5 3 3 3 3 3 3
5 5 5 5 5 3 3 3
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西南
东南
西北
东北
①②③ 0 0 0
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13
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35
40
3
3
3
5
5
④⑤ ⑥⑦⑧⑨⑩ 11 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0 3 3 3 0 3 3 3 3 3 5 3 0 0 2 2 2 3 2 2
第二节 DEM数据模型
镶嵌数据模型
空间对象可用相互连接在一起的网格来 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 镶嵌数据模型按照网格形状可分为规则 镶嵌数据模型（正方形）和不规则镶嵌 数据模型
规则镶嵌数据模型
概念 存储和数据处理要求网格单元应具有简 单的形状和平移的不变性
四叉树数据结构
四叉树分割的基本思想是首先把一幅图象或一 幅栅格地图(2n×2n，n＞1)等分成4部分，逐块 检查其栅格值，若每个子区中所有栅格都含有 相同值，则该子区不再往下分割，否则，将该 区域再分割成4个子区域，如此递归地分割， 直到每个子块都含有相同的灰度或属性值为止。
0 2 2 0 0 0 0 0
不规则镶嵌数据模型
概念 不规则三角网（简称TIN）
●表示方法：将区域划分为相邻的三角面网络，区 域中任意点都将落在三角面顶点、线或三角形内。 落在顶点上其高程与顶点相同；落在线上则由两个 顶点线性插值得到；落在三角形内则由三个顶点插 值得到。
●生成方法：由不规则点、矩形格网或等高线转换 而得到。
不规则三角网DEM数据结构
由于三角形的不规则性，三角形定义及 其与相邻三角形的关系要显式的表达出 来，即TIN模型不但要存储每个顶点的高 程，而且还要存储三角形顶点的平面坐 标、顶点之间的连接关系和邻接三角形 等拓扑关系。
TIN（Triangle Irregular Network）结构
TIN的面结构
元数据库编辑 ；元数据库数据项的定义 ；元 数据库索引系统的建立 元数据查询和显示 ；元数据库和图形索引数据 的连接 ；按图形查询记录；按记录查询图形； 可以查询屏幕上任意点的元数据信息；可以按 照图幅号查询元数据信息；可以直接查询显示 主要的元数据项 元数据库的报表输出和打印
数据的可获取性；
地形曲面特点以及是否考虑特征点、线；
目的和应用； 原始数据的比例尺和分辨率；
第四节
DEM数据库管理
DEM数据库内容
数据库结构设计 数据组织方法 元素据 数据库功能
DEM数据库的实现方式
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
两种实现方式的比较
由于关系数据库对大数据量的DEM的访问要比 文件系统经过更多的步骤，在同样的条件下， 基于文件系统的数据库效率因此要高一些， DEM数据库由于其规则性比较强，一般采用文 件系统和空间索引的方式进行管理。 基于文件系统的数据库管理系统在事务处理、 多用户访问、网络协议和安全机制等方面的能 力是十分有限的。
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线性四叉树 线性四叉树编码是指用四叉树的方式组织数据， 但并不以四叉树方式存储数据。也就是说，它 不像常规四叉树那样存储树中各个结点及其相 互间关系，而是通过编码四叉树的叶结点来表 示数据块的层次和空间关系。所说的叶结点都 具有一个反映位置的关键字，亦称位置码，以 此表示它所处位置。
●TIN允许在地形复杂地区收集较多的信息，而在 简单的地区收集少量信息，避免数据冗余。 ●对于某些类型的运算比建立在数字等高线基础上 的系统更有效，如坡度、坡向等的计算。
第三节 DEM数据结构
规则格网DEM数据结构
简单矩阵结构概念
规则格网DEM的数据在水平方向和垂直方向的间隔相 等，格网点的平面坐标隐含在行列号中，故适宜用矩 阵形式进行存储，即按行（或列）逐一纪录每一个格 网单元的高程值。
《DEM及地学分析》
第二章 DEM数据组织与管理 第一节 概述
概述
DEM概念
建模过程：地形曲面抽象----形成地形曲 面数据模型 ----观测数据按照一定的结构 组织 ----借助计算机实现数据管理和地形 重建
GIS中的空间数据模型
认知角度 基于对象（Object based）的模型 基于网络（Network based）的模型 基于场（Field based）的模型 表达角度 矢量数据模型(Vector Modules) 栅格数据模型 组合数据模型(Composite Modules)