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第二章DEM数据组织与管理王丽xuer217@163.com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。是空间数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。空间对象的建立过程DEM属于基于场的镶嵌数据模型从认知角度：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。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：规则镶嵌数据模型栅格DEM不规则镶嵌数据模型TIN2、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。TIN中点值的估算优点：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。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（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：减去最低高程，并乘以一个常数转为整型数据无数据区－9999数据文件包含数据头，数据体5101010111020201010202020605030302020202020402020差分映射5500110100-100200040-10300-100020020-200行程编码(5,2),(0,2),(1,1)(10,2),(0,1),(-10,1),(0,1)(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0102…10037…572游程序号编码值0001000200030004000500060007…0572R1R2R3R4R5R6R7…R572索引文件数据文件9999000099900000099077000000770000007777000077770000777700007777原始栅格数据初始位置半径属性值（1，1，0，4）（1，5，7，4）……（3）块状编码结构12345678876543210000000000000000000011110000111100111111001111110000111000000000（4）四叉树编码结构01234569107811121516131417180123456910781112151613141718A0BCD56781234910EF1112131415161718（4）四叉树编码结构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。2、TIN数据结构12345612345eeeeeeeeee12345678910•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）12345612345eeeeeeeeee12345678910序号属性XYZ1…………2…………3…………4…………5…………6…………△号顶点1顶点2顶点311622263336444655561坐标表三角形表结构简单拓扑关系隐含TIN面结构12345612345eeeeeeeeee12345678910No.XYZ1234................................................4............No.2314............132No.VVV123123TTT12623634645652-134253---坐标表三角形表邻接三角形表特点：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。存储了三角形之间的邻接关系TIN点结构4.....................坐标表No.231...........................XYZPNo.265361462.........12345678910.........147......邻接指针链12345612345eeeeeeeeee12345678910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TIN点面结构6241636No.254.........2.................................43...7坐标表.........XYZ1No.1P邻接指针链21354.........7698.........10654............No.1324643263VVV112623三角形表12345612345eeeeeeeeee12345678910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TIN边结构12345612345eeeeeeeeee12345678910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No.V1V2E1E2e112-e3e223-e4e326e2e9e436e5e2……………边表存储量小，适合等高线提取编辑、内插、检索不便TIN边面结构12345612345eeeeeeeeee1234567891034e...23...No.左右VV12No.TTT123e12e3e-112-2232612...............123...-52-31-2.........4边表三角形表检索、等高线提取等较方便不利于动态更新和维护邻接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。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的对比规则格网DEM不规则三角网TIN优点简单的数据存储结构较少的点可获取较高的精度与遥感影像数据的复合性可变分辨率良好的表面分析功能良好的拓扑结构缺点计算效率较低表面分析能力较差数据冗余构建比较费时格网结构规则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SDEDEM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。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。图幅范围：由坐标范围确定如：图幅H的范围为：（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。工程：一个区域内的全部DEM数据。图幅：按照一定规则对研究区域进行二维划分的结果。是DEM数据采集、建立、操作和调度最基本的单位。工作区：当前感兴趣的研究区域。LOD（levelofdetails）细节层次模型DEM金字塔两个方案：静态建立动态实时简化（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工作区地物类层对象22湖泊河道居民地流路河流、道路、居民地多个地物类的集合一定区域范围内的地物层的集合具有相同特征的工作区的集合，用来管理大型的空间数据。具有相同空间几何特征和属性特征的空间对象的集合。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。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实体数据基本功能：数据库管理数据库维护数据通信4、DEM数据库系统功能DEM数据库管理逻辑结构4、DEM数据库系统功能DEM数据库和矢量数据库还需具备功能：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DEM元数据库主要功能：①元数据库编辑②元数据查询和显示③元数据库报表输出与打印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？