DEM數據組織與管理課件

《DEM及地學分析》第二章DEM數據組織與管理第一節(jié)概述DEM數據組織與管理概述DEM概念建模過程：地形曲面抽象----形成地形曲面數據模型----觀測數據按照一定的結構組織----借助計算機實現數據管理和地形重建

DEM數據組織與管理DEM數據組織與管理GIS中的空間數據模型

認知角度

基于對象（Objectbased）的模型基于網絡（Networkbased）的模型基于場（Fieldbased）的模型表達角度矢量數據模型(VectorModules)柵格數據模型組合數據模型(CompositeModules)

DEM數據組織與管理空間數據模型的表達數據結構一般通過系列圖表、矩陣以及計算機碼的數據記錄來說明

DEM數據組織與管理需利用數據庫對一定結構組織在一起的地形數據進行管理和調度需根據地形數據的地理分布建立統一的空間索引需設計恰當而有效的數據庫結構和管理策略

DEM數據組織與管理DEM數據設計一般遵循的基本原則適用性：滿足主要用戶的需求

運行性：快速顯示和查詢，保持正常運行

更新性：方便地擴充和進行數據更新

相關性：要與其他基礎地理信息產品的相關性

相容性：與其他類型數據庫系統兼容

先進性：采用科學的技術手段

高質量：與原始資料一致，數據質量可靠，數據標準、規(guī)范

完備性：有完備的元數據內容

安全性：有嚴密的權限控制機制

DEM數據組織與管理第二節(jié)DEM數據模型DEM數據組織與管理鑲嵌數據模型

空間對象可用相互連接在一起的網格來覆蓋和逼近，或者說用在二維區(qū)域上的網絡劃分來覆蓋整個研究區(qū)域鑲嵌數據模型按照網格形狀可分為規(guī)則鑲嵌數據模型（正方形）和不規(guī)則鑲嵌數據模型

DEM數據組織與管理DEM數據組織與管理規(guī)則鑲嵌數據模型概念存儲和數據處理要求網格單元應具有簡單的形狀和平移的不變性

DEM數據組織與管理

構造規(guī)則鑲嵌模型的方法用數學手段將研究區(qū)域進行網格劃分，把連續(xù)的地理空間離散為互不覆蓋的網格，然后對網格單元附加相應的屬性信息

DEM數據組織與管理構造規(guī)則格網的優(yōu)缺點比較優(yōu)點1.空間關系（鄰接、方向、距離等）變得明確，計算簡單2.算法成熟缺點數據冗余而給數據管理帶來不便

DEM數據組織與管理格網柵格和點柵格不同觀點比較DEM數據組織與管理不規(guī)則鑲嵌數據模型概念不規(guī)則三角網（簡稱TIN）

DEM數據組織與管理●表示方法：將區(qū)域劃分為相鄰的三角面網絡，區(qū)域中任意點都將落在三角面頂點、線或三角形內。落在頂點上其高程與頂點相同；落在線上則由兩個頂點線性插值得到；落在三角形內則由三個頂點插值得到?！裆煞椒ǎ河刹灰?guī)則點、矩形格網或等高線轉換而得到。●TIN允許在地形復雜地區(qū)收集較多的信息，而在簡單的地區(qū)收集少量信息，避免數據冗余?！駥τ谀承╊愋偷倪\算比建立在數字等高線基礎上的系統更有效，如坡度、坡向等的計算。DEM數據組織與管理第三節(jié)DEM數據結構DEM數據組織與管理規(guī)則格網DEM數據結構

簡單矩陣結構概念

規(guī)則格網DEM的數據在水平方向和垂直方向的間隔相等，格網點的平面坐標隱含在行列號中，故適宜用矩陣形式進行存儲，即按行（或列）逐一紀錄每一個格網單元的高程值。規(guī)則格網DEM的數據文件

數據頭和數據體

DEM數據組織與管理DEM數據組織與管理行程編碼結構對于一幅DEM，常常在行（或列）方向上相鄰的若干點具有相同的高程值，因而從第一列開始，在格網單元數值發(fā)生變化時依次紀錄該值以及重復的個數，應用時可利用重復個數恢復DEM矩陣。

DEM數據組織與管理塊狀編碼結構

塊狀編碼方案是行程編碼方案從一維擴展到二維的情況，它采用方形區(qū)域作為紀錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格，數據結構是由記錄單元的初始位置（行、列號）、格網單元高程值和方形區(qū)域半徑（正方形區(qū)域的邊長`，采用格網間距倍數表示）所組成的單元組

DEM數據組織與管理四叉樹數據結構

四叉樹分割的基本思想是首先把一幅圖象或一幅柵格地圖(2n×2n，n＞1)等分成4部分，逐塊檢查其柵格值，若每個子區(qū)中所有柵格都含有相同值，則該子區(qū)不再往下分割，否則，將該區(qū)域再分割成4個子區(qū)域，如此遞歸地分割，直到每個子塊都含有相同的灰度或屬性值為止。DEM數據組織與管理0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北DEM數據組織與管理DEM數據組織與管理線性四叉樹線性四叉樹編碼是指用四叉樹的方式組織數據，但并不以四叉樹方式存儲數據。也就是說，它不像常規(guī)四叉樹那樣存儲樹中各個結點及其相互間關系，而是通過編碼四叉樹的葉結點來表示數據塊的層次和空間關系。所說的葉結點都具有一個反映位置的關鍵字，亦稱位置碼，以此表示它所處位置。

DEM數據組織與管理不規(guī)則三角網DEM數據結構

由于三角形的不規(guī)則性，三角形定義及其與相鄰三角形的關系要顯式的表達出來，即TIN模型不但要存儲每個頂點的高程，而且還要存儲三角形頂點的平面坐標、頂點之間的連接關系和鄰接三角形等拓撲關系。

DEM數據組織與管理TIN（TriangleIrregularNetwork）結構DEM數據組織與管理TIN的面結構DEM數據組織與管理TIN的面結構

TIN模型的面結構最大特點是由于存儲了三角形之間的鄰接關系，TIN內插、檢索、等高線提取、顯示以及局部結構分析都比較方便，不足之處是存儲量較大，而且在TIN的編輯中要隨時維護這種關系

DEM數據組織與管理TIN的點結構

DEM數據組織與管理TIN的點結構

TIN的點結構特點是存儲量小，編輯方便，但三角形及其鄰接關系需實時再生成，計算量比較大，不利于TIN的快速檢索和顯示。

DEM數據組織與管理TIN的點面結構

DEM數據組織與管理TIN的點面結構這種結構存儲量與面結構大致相當，編輯、顯示水比較方便，但由于三角形之間的關系是隱式的，檢索與內插效率不太高。

DEM數據組織與管理TIN的邊結構關聯邊要滿足三個條件：①分布在當前邊的兩側，②關聯邊與當前邊的夾角最??；③關聯邊頂點不重復。這種結構存儲量比較小，非常適合等高線的提取，但編輯、內插以及檢索不太方便。

DEM數據組織與管理DEM數據組織與管理TIN的邊面結構DEM數據組織與管理TIN的邊面結構邊面結構為上述所有結構中存儲量最大的，雖然在檢索、等高線提取等方面比較方便，但不利于動態(tài)更新和維護。

DEM數據組織與管理格網與不規(guī)則三角網結構混合結構由于規(guī)則格網DEM和不規(guī)則三角網各有各的優(yōu)缺點，在實際應用中，在大范圍內一般采用規(guī)則格網附加地形特征數據，如地形特征點、山脊線、山谷線、斷裂線等的形式，構成全局高效、局部完美的DEM可以設計一個一體化的數據結構同時組織這些不同類型的數據

DEM數據組織與管理

DEM數據組織與管理數據的可獲取性；地形曲面特點以及是否考慮特征點、線；目的和應用；原始數據的比例尺和分辨率；

DEM數據組織與管理DEM數據組織與管理第四節(jié)DEM數據庫管理DEM數據組織與管理

DEM數據組織與管理DEM數據庫內容

數據庫結構設計

數據組織方法

元素據

數據庫功能DEM數據組織與管理DEM數據庫的實現方式基于文件系統和空間索引的方式

基于關系型數據庫的方式

DEM數據組織與管理兩種實現方式的比較由于關系數據庫對大數據量的DEM的訪問要比文件系統經過更多的步驟，在同樣的條件下，基于文件系統的數據庫效率因此要高一些，DEM數據庫由于其規(guī)則性比較強，一般采用文件系統和空間索引的方式進行管理。基于文件系統的數據庫管理系統在事務處理、多用戶訪問、網絡協議和安全機制等方面的能力是十分有限的。

DEM數據組織與管理

DEM數據庫結構

DEM數據庫結構實質上就是DEM的數據結構

DEM數據組織與管理DEM數據庫數據組織

工程：一個區(qū)域內的全部DEM數據

圖幅：DEM數據采集、建立、操作和調度的基本單位，每一個圖幅由若干行和若干列格網單元組成

工作區(qū)：當前感興趣的研究區(qū)域，一般情況下工作區(qū)就是圖幅，如果需要，也可將多個圖幅定義為一個工作區(qū)

DEM數據組織與管理DEM數據組織與管理空間索引模式對TIN注意點由于TIN的每個圖幅區(qū)域的邊界不規(guī)則，為避免相鄰圖幅之間的接邊問題，一般在進行數據分幅時，各個圖幅之間要有一定的重疊度

TIN的不規(guī)則性，為快速對點所在三角形進行定位，有必要在圖幅內建立TIN的空間索引，常用的如鏈表+頭指針、四叉樹等

DEM數據組織與管理DEM元數據

元數據（Metadata）是關于數據的數據，是對有關數據體、數據集合等在內容、性能、特征、規(guī)律等方面的解釋和說明。元數據的建立貫穿于數據處理的每一個環(huán)節(jié)，包括數據采集前、數據采集中、數據處理與數據入庫、數據更新等。

DEM數據組織與管理DEM數據組織與管理DEM數據庫系統功能

數據庫管理系統基本服務

（1）數據庫管理

（2）數據庫維護

（3）數據通訊

DEM數據組織與管理DEM數據庫管理系統

DEM數據組織與管理DEM數據庫和矢量數據庫應具備的功能

數據顯示與瀏覽

數據庫查詢

基本DEM分析與應用示范功能