第二章DEM数据组织与管理

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
栅格DEM
不规则镶嵌数据模型 TIN
一、DEM数据模型
2、规则镶嵌数据模型
含义：用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形。
对格网单元数值的两种观点： 格网栅格观点
点栅格观点
描述你在网上通过元数据检索某一地理空 间数据的过程。
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 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
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
点实体的数据库结构
三角形实体的数据库结构 线（特征线）实体的数 据库结构
(5,2),(0,2),(1,1) (10,2),(0,1),(-10,1),(0,1)
游程编码
(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)
（2）行程编码结构
栅格行序号 逐行游程累计数
00111111
00001110 7 8
00000000
12
3
4
9
10
11 12 15 16 13 14 17 18
（4）四叉树编码结构
A
0
5
6
12 34 9 10
0
B
C
D
EF 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
7
8
11 12 15 16
13 14 17 18
11 12 13 14 15 16 17 18
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？
坐标表
No. X Y Z P 1 ......... 1
2 ......... 4
3 ......... 7
4
......... ...
... ......... ...
TIN点面结构
2
e2
3
2 e1 1 3 1
e3 e9 6
e4
e5
5 4 e10
e7
e6
5
e8
4
邻接指针链 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ......... No. 2 6 5 3 6 1 4 6 2 ... ... ...
一、DEM数据模型
3、不规则镶嵌数据模型
含义：用来进行镶嵌的小面块具有不规则的形状和边 界。
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。
空间数据模型
DEM属于基于场 的镶嵌数据模型
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。
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。
一是大量地存储显式关系而导致存储空间过大， 不利于大范围的模型建立。
3、混合数据结构
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
优点
规则格网DEM 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 缺点 计算效率较低 数据冗余 格网结构规则
01
3
02
7
…
…
100
572
索引文件
数据文件
游程序号 编码值
0001
R1
0002
R2
0003
R3
0004
R4
0005
R5
0006
R6
0007
R7
…
…
0572
R572
（3）块状编码结构
原始栅格数据
99990000 99900000 09907700 00007700 00007777 00007777 00007777 00007777
e1
-
1
e2
-
2
e3
1
2
... ... ...
V1
V2
1
2
2
3
2
6
... ...
No. T 1
T2
T 3
1
-
5
2
2
-
3
1
3
-
4
2
...
... ...
...
设计三角形结构的两种倾向
一味追求存储量而忽视对拓扑信息的显式表达， 这样会导致应用时的信息量不足而影响执行效率， 如当要用拓扑关系时需临时生成等。
2
… …… …
3ຫໍສະໝຸດ Baidu
… …… …
4
… …… …
5
… …… …
6
… …… …
结构简单 拓扑关系隐含
2
e2
3
2 e1 1 3 1
e3 e9 6
e4
e5
5 4 e10
e7
e6
5
e8
4
三角形表
△号
1 2 3 4 5
顶点1
1 2 3 4 5
顶点2
6 6 6 6 6
顶点3
2 3 4 5 1
TIN面结构
2
e2
3
2 e1 1 3 1
e1 1
2
-
e3
存储量小，适合等高线提取
e2 2
3
-
e4
编辑、内插、检索不便
e3 2
6
e2 e9
e4 3
6
e2 e5
……………
TIN边面结构
2
e2
3
2 e1 1 3 1
e3 e9 6
e4
e5
5 4 e10
e7
e6
5
e8
4
检索、等高线提取等较方便 不利于动态更新和维护
边表
邻接 三角形表
No. 左 右
三角形表
No. V1 V2 V3 1 12 6
2 23 6
3 34 6
4 45 6
...
.........
TIN边结构
2
e2
3
2 e1 1 3 1
e3 e9 6
e4
e5
5 4 e10
e7
e6
5
e8
4
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
No. V1 V2 E1 E2
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。
元数据的基本作用： 可用性：用以确定是否存在某个地理位置的一组数据。 适用性 存取：用以确定获得验证过的数据的手段。 变换：用以成功地处理和使用这组数据。
居民地
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
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
2、DEM数据库组织
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）
e3 e9 6
e4
e5
5 4 e10
e7
e6
5
e8
4
坐标表
No. X Y Z
1
.........
2
.........
3
.........
4
.........
...
.........
三角形表
No. V1 V2 V3 1 12 6
2 23 6
3 34 6
4
45 6
...
.........
邻接三角形表
No.
2、TIN数据结构
2
e2
3
2 e1 1 3 1
e3 e9 6
e4
e5
5 4 e10
e7
e6
5
e8
4
• 三角化效率 • 应用方便
简单结构 面结构 点结构 点面结构 边结构 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
1
… …… …
T1 T2 T3
1
2 5-
2
31 -
3
42-
4
53-
...
.........
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
e2
3
2 e1 1 3 1
e3 e9 6
e4
e5
5 4 e10
e7
e6
5
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
坐标表
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。
图幅是DEM调度最基本的单位
图幅范围：由坐标范围确定 如：图幅H的范围为：
（2）行程编码结构
5 10 10 10 11 10 20 20 10 10 20 20 20 60 50 30 30 20 20 20 20 20 40 20 20
550 0 1
差分映射
10 10 0 -10 0 20 0 0 40 -10 30 0 -10 0 0 20 0 20 -20 0
No. X Y Z P 1 ......... 1
2
......... 4
3
......... 7
4
......... ...
... ......... ...
邻接指针链 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ......... No. 2 6 5 3 6 1 4 6 2 ... ... ...
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
（1）简单矩阵结构 含义
按行（或列）逐一记录每个格网单元的高程值。
记录项
高程，格网西南角坐标值，格网间距
浮点型数据的处理：转为整型数据 无数据区 －9999 数据文件 包含数据头，数据体
初始位置 半径 属性值
（1， 1， 2， 9） （1， 3， 1， 9）
（1， 4， 1， 9）
（1， 5， 2， 0） （1， 7， 2， 0） （2， 3， 1， 9） （2， 4， 1， 0）
（4）四叉树编码结构
00000000
00000000
0
00001111
00001111
00111111 5 6
第二章 DEM数据组织与管理
刘爱利 liuaili@nuist.edu.cn
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。
是概念层次上，对空 间对象的语义描述。
（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。
2、DEM数据库组织
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。
工作区
2
道 河
湖泊
路
流
2