DEM的数据组织与管理

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1、第二章DEM的数据组织与管理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。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数据设计基本原则2.2DEM数据模型：镶嵌数据模型镶嵌数据模型（Tessellat

2、ionmodel）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。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。2.2.1规则镶嵌数据模型概念：就是用规则的小面块集合来逼近不规则

3、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。2.2.1规则镶嵌数据模型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（即高程值）。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。2.2.1规则镶嵌数据模型评价优点：（1）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；（2）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。（3）以矩阵形式存

4、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。缺点：是不管地形变化复杂还是简单，均采用相同的结构，导致数据冗余而给数据管理带来不便。2.2.2不规则镶嵌数据模型概念：是指用来进行镶嵌的小面块具有不规则的形状和边界，如图。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（TriangulatedIrregularNetwork，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。2.2.2不规则镶嵌数据模型特点：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

5、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。与规则格网的区别：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。2.3DEM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）逐一记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

6、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数据头和数据体。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。Arcview的文本文件格式（2）行程编码结构DEM行程编码的基本思路是：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记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。行程编码方案实际上是一种栅格数据的压缩方案，能够有效的减少DEM数据存储量，特别是对平坦地区。（3）块状编码结构块

7、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记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。该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，即(行号，列号，格网高程值，区域半径)，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。（4）四叉树结构四叉树数据结构是一种对栅格数据的压缩编码方法。基本思想是将一幅栅格数据层或图像等