数字高程模型第二讲DEM数据组织与管理
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元数据内容； ⑨安全性，有严密的权限控制机制。
2.2 DEM数据模型
GIS的空间数据模型从认知角度讲有三类：基于对 象的模型、基于网络的模型和基于场的模型；从 表达上讲有矢量数据模型、镶嵌数据模型（栅格 数据模型）和组合数据模型。数字高程模型主要 刻画具有连续变化的空间对象，因此属于基于场 的镶嵌数据模型。
● 镶嵌数据模型按照网格形状可分为规则镶 嵌数据模型和不规则镶嵌数据模型，镶嵌模型的 典型应用是地形曲面模拟，即数字高程模型，其 中基于正方形网络的镶嵌数据模型为栅格DEM， 而基于不规则镶嵌数据模型为不规则三角网DEM 。
2.2.2规则镶嵌数据模型 ● 所谓规则镶嵌数据模型，就是用规则的小
面块集合来逼近不规则分布的地形曲面。在二维 空间中可以有多种可能的规则格网划分方法，如 图1。
● 构造规则镶嵌模型的方法是：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，例如对规则格 网的DEM而言，一般通过曲面拟合方法求得栅格单元的高 程值。
● 从数据结构上看，规则格网的主要优点是其数据结 构为通常的二维矩阵结构，每个网格单元表示二维空间的 一个位置，不管是沿水平方向还是垂直方向，均能方便地 利用简单的数学公式访问任何位置的格网单元；同时，处 理这种结构的算法比较多而且成熟，大多数计算机程序语 言都有矩阵处理功能。此外，以矩阵形式存储和组织数据 还具有隐式坐标，即格网单元的平面坐标隐含在矩阵的行 列号之中，从而不需要进行坐标数字化。
④相关性，保证与其他基础地理信息产品的 相关性，使数据库在数学基础、坐标系统以及产 品一致性方面相关；
⑤相容性，与其他类型数据库系统兼容，可 以共享或相互交换数据；
⑥先进性，采用科学的技术手段，使系统保
持一定的先进性； ⑦高质量，与原始资料一致，数据质量可靠
，数据标准、规范； ⑧完备性，除了基本的数据体外，有完备的
● 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）。
● DEM数据设计一般遵循以下的基本原则：
①适用性，满足主要用户的需求，并充分兼 顾潜在用户的需求；
②运行性，快速显示和查询，保持正常运行 ，可以及时提供数据产品；
③更新性，能对数据库中的数据进行增加、 修改和删除，方便地扩充和进行数据更新；
● TIN与规则格网DEM显著不同之处在于TIN模型不 需要维护模型的结构规则性，不但能灵活地随地形的复杂 程度而改变格网单元大小，避免平坦地形的数据冗余，而 且又能按地形特征点线如山脊点、山谷线、地形变化线等 表示地形特征。
2.3 DEM数据结构
2.3.1规则格网DEM数据结构 1）简单矩阵结构 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。同时为了实现行列号和平面位置坐标之间的转 换，还需要记录格网西南角的坐标值、格网间距等。 规则格网DEM的数据文件一般包含用来进行DEM数 据说明的数据头和DEM数据体两部分。 数据头：定义DEM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内容； 数据体：按行或列分布记录的高程数字阵列；
数字高程模型第二讲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。
● 基于规则镶嵌数据模型DEM的缺点是不管地形变化 复杂还是简单，均采用Fra Baidu bibliotek同的结构，导致数据冗余而给数 据管理带来不便。
2.2.3不规则镶嵌数据模型
● 不规则镶嵌数据模型是指用来进行镶嵌的 小面块具有不规则的形状和边界。按照小面块的 几何形状，不规则镶嵌模型有基于三角形、四边 形、六边形、多边形等（如图2）。
● 在DEM中，基于三角形的不规则镶嵌模型又称为不 规则三角网（Triangulated Irregular Network，简称TIN） ，是DEM的又一主要表达形式。TIN模型是三维空间上的 分段线性模型，整个区域内连续但不可微。
● 不规则三角网数字高程模型由连续的三角面组成， 三角形的形状、大小取决于不规则分布的点的位置和密度 。地形变化越简单，采样点就越少，则单元格就越大；反 之地形变化比较复杂，数据点分布比较密集，格网单元就 越小。
ArcView DEM 文本文件格式
2）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 值发生变化时一次纪录该值以及重复的个数，应用时利用 重复个数恢复DEM矩阵。对DEM每一行均按上述结构组 织，则实现DEM行程编码方案。
行程编码实际上是一种栅格数据的压缩方案，能有效 地减少数据存储量，特别在平坦地区。
3）块状编码结构
块状编码方案是将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，每个纪录单元包括 相邻的若干栅格。数据结构是由纪录单元的初始位置（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。整个 DEM数据文件由该单元组组成，根据初始位置和区域半径 可恢复高程矩阵。
2.2.1镶嵌数据模型 ● 镶嵌数据模型（Tessellation model）源
于这样的思想：空间对象可用相互连接在一起的 网络来覆盖和逼近，或者说用在二维区域上的网 络划分来覆盖整个研究区域。
● 镶嵌数据模型特别适合于对三维离散空间 数据的表达，以及对具有连续变化的空间对象的 模拟。网络的特征参数包括网格尺寸、形状、方 位等，对同一地理现象可以由若干不同的尺度、 不同的聚分性网络来覆盖。
2.2 DEM数据模型
GIS的空间数据模型从认知角度讲有三类：基于对 象的模型、基于网络的模型和基于场的模型；从 表达上讲有矢量数据模型、镶嵌数据模型（栅格 数据模型）和组合数据模型。数字高程模型主要 刻画具有连续变化的空间对象，因此属于基于场 的镶嵌数据模型。
● 镶嵌数据模型按照网格形状可分为规则镶 嵌数据模型和不规则镶嵌数据模型，镶嵌模型的 典型应用是地形曲面模拟，即数字高程模型，其 中基于正方形网络的镶嵌数据模型为栅格DEM， 而基于不规则镶嵌数据模型为不规则三角网DEM 。
2.2.2规则镶嵌数据模型 ● 所谓规则镶嵌数据模型，就是用规则的小
面块集合来逼近不规则分布的地形曲面。在二维 空间中可以有多种可能的规则格网划分方法，如 图1。
● 构造规则镶嵌模型的方法是：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，例如对规则格 网的DEM而言，一般通过曲面拟合方法求得栅格单元的高 程值。
● 从数据结构上看，规则格网的主要优点是其数据结 构为通常的二维矩阵结构，每个网格单元表示二维空间的 一个位置，不管是沿水平方向还是垂直方向，均能方便地 利用简单的数学公式访问任何位置的格网单元；同时，处 理这种结构的算法比较多而且成熟，大多数计算机程序语 言都有矩阵处理功能。此外，以矩阵形式存储和组织数据 还具有隐式坐标，即格网单元的平面坐标隐含在矩阵的行 列号之中，从而不需要进行坐标数字化。
④相关性，保证与其他基础地理信息产品的 相关性，使数据库在数学基础、坐标系统以及产 品一致性方面相关；
⑤相容性，与其他类型数据库系统兼容，可 以共享或相互交换数据；
⑥先进性，采用科学的技术手段，使系统保
持一定的先进性； ⑦高质量，与原始资料一致，数据质量可靠
，数据标准、规范； ⑧完备性，除了基本的数据体外，有完备的
● 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）。
● DEM数据设计一般遵循以下的基本原则：
①适用性，满足主要用户的需求，并充分兼 顾潜在用户的需求；
②运行性，快速显示和查询，保持正常运行 ，可以及时提供数据产品；
③更新性，能对数据库中的数据进行增加、 修改和删除，方便地扩充和进行数据更新；
● TIN与规则格网DEM显著不同之处在于TIN模型不 需要维护模型的结构规则性，不但能灵活地随地形的复杂 程度而改变格网单元大小，避免平坦地形的数据冗余，而 且又能按地形特征点线如山脊点、山谷线、地形变化线等 表示地形特征。
2.3 DEM数据结构
2.3.1规则格网DEM数据结构 1）简单矩阵结构 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。同时为了实现行列号和平面位置坐标之间的转 换，还需要记录格网西南角的坐标值、格网间距等。 规则格网DEM的数据文件一般包含用来进行DEM数 据说明的数据头和DEM数据体两部分。 数据头：定义DEM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内容； 数据体：按行或列分布记录的高程数字阵列；
数字高程模型第二讲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。
● 基于规则镶嵌数据模型DEM的缺点是不管地形变化 复杂还是简单，均采用Fra Baidu bibliotek同的结构，导致数据冗余而给数 据管理带来不便。
2.2.3不规则镶嵌数据模型
● 不规则镶嵌数据模型是指用来进行镶嵌的 小面块具有不规则的形状和边界。按照小面块的 几何形状，不规则镶嵌模型有基于三角形、四边 形、六边形、多边形等（如图2）。
● 在DEM中，基于三角形的不规则镶嵌模型又称为不 规则三角网（Triangulated Irregular Network，简称TIN） ，是DEM的又一主要表达形式。TIN模型是三维空间上的 分段线性模型，整个区域内连续但不可微。
● 不规则三角网数字高程模型由连续的三角面组成， 三角形的形状、大小取决于不规则分布的点的位置和密度 。地形变化越简单，采样点就越少，则单元格就越大；反 之地形变化比较复杂，数据点分布比较密集，格网单元就 越小。
ArcView DEM 文本文件格式
2）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 值发生变化时一次纪录该值以及重复的个数，应用时利用 重复个数恢复DEM矩阵。对DEM每一行均按上述结构组 织，则实现DEM行程编码方案。
行程编码实际上是一种栅格数据的压缩方案，能有效 地减少数据存储量，特别在平坦地区。
3）块状编码结构
块状编码方案是将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，每个纪录单元包括 相邻的若干栅格。数据结构是由纪录单元的初始位置（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。整个 DEM数据文件由该单元组组成，根据初始位置和区域半径 可恢复高程矩阵。
2.2.1镶嵌数据模型 ● 镶嵌数据模型（Tessellation model）源
于这样的思想：空间对象可用相互连接在一起的 网络来覆盖和逼近，或者说用在二维区域上的网 络划分来覆盖整个研究区域。
● 镶嵌数据模型特别适合于对三维离散空间 数据的表达，以及对具有连续变化的空间对象的 模拟。网络的特征参数包括网格尺寸、形状、方 位等，对同一地理现象可以由若干不同的尺度、 不同的聚分性网络来覆盖。