《DEM及地學(xué)分析》第二章DEM數(shù)據(jù)組織與管理第一節(jié)概述DEM數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)模型----觀測(cè)數(shù)據(jù)按照一定的結(jié)構(gòu)組織----借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和地形重建

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)組織與管理GIS中的空間數(shù)據(jù)模型

認(rèn)知角度

基于對(duì)象（Objectbased）的模型基于網(wǎng)絡(luò)（Networkbased）的模型基于場(chǎng)（Fieldbased）的模型表達(dá)角度矢量數(shù)據(jù)模型(VectorModules)柵格數(shù)據(jù)模型組合數(shù)據(jù)模型(CompositeModules)

DEM數(shù)據(jù)組織與管理空間數(shù)據(jù)模型的表達(dá)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般通過系列圖表、矩陣以及計(jì)算機(jī)碼的數(shù)據(jù)記錄來說明

DEM數(shù)據(jù)組織與管理需利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)一定結(jié)構(gòu)組織在一起的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和調(diào)度需根據(jù)地形數(shù)據(jù)的地理分布建立統(tǒng)一的空間索引需設(shè)計(jì)恰當(dāng)而有效的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和管理策略

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一般遵循的基本原則適用性：滿足主要用戶的需求

運(yùn)行性：快速顯示和查詢，保持正常運(yùn)行

更新性：方便地?cái)U(kuò)充和進(jìn)行數(shù)據(jù)更新

相關(guān)性：要與其他基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品的相關(guān)性

相容性：與其他類型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)兼容

先進(jìn)性：采用科學(xué)的技術(shù)手段

高質(zhì)量：與原始資料一致，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范

完備性：有完備的元數(shù)據(jù)內(nèi)容

安全性：有嚴(yán)密的權(quán)限控制機(jī)制

DEM數(shù)據(jù)組織與管理第二節(jié)DEM數(shù)據(jù)模型DEM數(shù)據(jù)組織與管理鑲嵌數(shù)據(jù)模型

空間對(duì)象可用相互連接在一起的網(wǎng)格來覆蓋和逼近，或者說用在二維區(qū)域上的網(wǎng)絡(luò)劃分來覆蓋整個(gè)研究區(qū)域鑲嵌數(shù)據(jù)模型按照網(wǎng)格形狀可分為規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型（正方形）和不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)組織與管理規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型概念存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理要求網(wǎng)格單元應(yīng)具有簡(jiǎn)單的形狀和平移的不變性

DEM數(shù)據(jù)組織與管理

構(gòu)造規(guī)則鑲嵌模型的方法用數(shù)學(xué)手段將研究區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，把連續(xù)的地理空間離散為互不覆蓋的網(wǎng)格，然后對(duì)網(wǎng)格單元附加相應(yīng)的屬性信息

DEM數(shù)據(jù)組織與管理構(gòu)造規(guī)則格網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)比較優(yōu)點(diǎn)1.空間關(guān)系（鄰接、方向、距離等）變得明確，計(jì)算簡(jiǎn)單2.算法成熟缺點(diǎn)數(shù)據(jù)冗余而給數(shù)據(jù)管理帶來不便

DEM數(shù)據(jù)組織與管理格網(wǎng)柵格和點(diǎn)柵格不同觀點(diǎn)比較DEM數(shù)據(jù)組織與管理不規(guī)則鑲嵌數(shù)據(jù)模型概念不規(guī)則三角網(wǎng)（簡(jiǎn)稱TIN）

DEM數(shù)據(jù)組織與管理●表示方法：將區(qū)域劃分為相鄰的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點(diǎn)都將落在三角面頂點(diǎn)、線或三角形內(nèi)。落在頂點(diǎn)上其高程與頂點(diǎn)相同；落在線上則由兩個(gè)頂點(diǎn)線性插值得到；落在三角形內(nèi)則由三個(gè)頂點(diǎn)插值得到?！裆煞椒ǎ河刹灰?guī)則點(diǎn)、矩形格網(wǎng)或等高線轉(zhuǎn)換而得到?！馮IN允許在地形復(fù)雜地區(qū)收集較多的信息，而在簡(jiǎn)單的地區(qū)收集少量信息，避免數(shù)據(jù)冗余?！駥?duì)于某些類型的運(yùn)算比建立在數(shù)字等高線基礎(chǔ)上的系統(tǒng)更有效，如坡度、坡向等的計(jì)算。DEM數(shù)據(jù)組織與管理第三節(jié)DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)DEM數(shù)據(jù)組織與管理規(guī)則格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單矩陣結(jié)構(gòu)概念

規(guī)則格網(wǎng)DEM的數(shù)據(jù)在水平方向和垂直方向的間隔相等，格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)隱含在行列號(hào)中，故適宜用矩陣形式進(jìn)行存儲(chǔ)，即按行（或列）逐一紀(jì)錄每一個(gè)格網(wǎng)單元的高程值。規(guī)則格網(wǎng)DEM的數(shù)據(jù)文件

數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)體

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)組織與管理行程編碼結(jié)構(gòu)對(duì)于一幅DEM，常常在行（或列）方向上相鄰的若干點(diǎn)具有相同的高程值，因而從第一列開始，在格網(wǎng)單元數(shù)值發(fā)生變化時(shí)依次紀(jì)錄該值以及重復(fù)的個(gè)數(shù)，應(yīng)用時(shí)可利用重復(fù)個(gè)數(shù)恢復(fù)DEM矩陣。

DEM數(shù)據(jù)組織與管理塊狀編碼結(jié)構(gòu)

塊狀編碼方案是行程編碼方案從一維擴(kuò)展到二維的情況，它采用方形區(qū)域作為紀(jì)錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由記錄單元的初始位置（行、列號(hào)）、格網(wǎng)單元高程值和方形區(qū)域半徑（正方形區(qū)域的邊長(zhǎng)`，采用格網(wǎng)間距倍數(shù)表示）所組成的單元組

DEM數(shù)據(jù)組織與管理四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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(gè)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(gè)子區(qū)域，如此遞歸地分割，直到每個(gè)子塊都含有相同的灰度或?qū)傩灾禐橹?。DEM數(shù)據(jù)組織與管理0225555522222555000003332222335500233355003333530003333300003333①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩1112131415161718192021222324252627282930313233363738393435400000333033333530022232222022225255533355西南東南西北東北DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，但并不以四叉樹方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。也就是說，它不像常規(guī)四叉樹那樣存儲(chǔ)樹中各個(gè)結(jié)點(diǎn)及其相互間關(guān)系，而是通過編碼四叉樹的葉結(jié)點(diǎn)來表示數(shù)據(jù)塊的層次和空間關(guān)系。所說的葉結(jié)點(diǎn)都具有一個(gè)反映位置的關(guān)鍵字，亦稱位置碼，以此表示它所處位置。

DEM數(shù)據(jù)組織與管理不規(guī)則三角網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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(guān)系要顯式的表達(dá)出來，即TIN模型不但要存儲(chǔ)每個(gè)頂點(diǎn)的高程，而且還要存儲(chǔ)三角形頂點(diǎn)的平面坐標(biāo)、頂點(diǎn)之間的連接關(guān)系和鄰接三角形等拓?fù)潢P(guān)系。

DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN（TriangleIrregularNetwork）結(jié)構(gòu)DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN的面結(jié)構(gòu)DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN的面結(jié)構(gòu)

TIN模型的面結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是由于存儲(chǔ)了三角形之間的鄰接關(guān)系，TIN內(nèi)插、檢索、等高線提取、顯示以及局部結(jié)構(gòu)分析都比較方便，不足之處是存儲(chǔ)量較大，而且在TIN的編輯中要隨時(shí)維護(hù)這種關(guān)系

DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN的點(diǎn)結(jié)構(gòu)

DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN的點(diǎn)結(jié)構(gòu)

TIN的點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是存儲(chǔ)量小，編輯方便，但三角形及其鄰接關(guān)系需實(shí)時(shí)再生成，計(jì)算量比較大，不利于TIN的快速檢索和顯示。

DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN的點(diǎn)面結(jié)構(gòu)

DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN的點(diǎn)面結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)量與面結(jié)構(gòu)大致相當(dāng)，編輯、顯示水比較方便，但由于三角形之間的關(guān)系是隱式的，檢索與內(nèi)插效率不太高。

DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN的邊結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)邊要滿足三個(gè)條件：①分布在當(dāng)前邊的兩側(cè)，②關(guān)聯(lián)邊與當(dāng)前邊的夾角最??；③關(guān)聯(lián)邊頂點(diǎn)不重復(fù)。這種結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)量比較小，非常適合等高線的提取，但編輯、內(nèi)插以及檢索不太方便。

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN的邊面結(jié)構(gòu)DEM數(shù)據(jù)組織與管理TIN的邊面結(jié)構(gòu)邊面結(jié)構(gòu)為上述所有結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)更新和維護(hù)。

DEM數(shù)據(jù)組織與管理格網(wǎng)與不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)由于規(guī)則格網(wǎng)DEM和不規(guī)則三角網(wǎng)各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，在大范圍內(nèi)一般采用規(guī)則格網(wǎng)附加地形特征數(shù)據(jù)，如地形特征點(diǎn)、山脊線、山谷線、斷裂線等的形式，構(gòu)成全局高效、局部完美的DEM可以設(shè)計(jì)一個(gè)一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)同時(shí)組織這些不同類型的數(shù)據(jù)

DEM數(shù)據(jù)組織與管理

DEM數(shù)據(jù)組織與管理數(shù)據(jù)的可獲取性；地形曲面特點(diǎn)以及是否考慮特征點(diǎn)、線；目的和應(yīng)用；原始數(shù)據(jù)的比例尺和分辨率；

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)組織與管理第四節(jié)DEM數(shù)據(jù)庫(kù)管理DEM數(shù)據(jù)組織與管理

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)組織方法

元素?fù)?jù)

數(shù)據(jù)庫(kù)功能DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)方式基于文件系統(tǒng)和空間索引的方式

基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的方式

DEM數(shù)據(jù)組織與管理兩種實(shí)現(xiàn)方式的比較由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)大數(shù)據(jù)量的DEM的訪問要比文件系統(tǒng)經(jīng)過更多的步驟，在同樣的條件下，基于文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)效率因此要高一些，DEM數(shù)據(jù)庫(kù)由于其規(guī)則性比較強(qiáng)，一般采用文件系統(tǒng)和空間索引的方式進(jìn)行管理?；谖募到y(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在事務(wù)處理、多用戶訪問、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和安全機(jī)制等方面的能力是十分有限的。

DEM數(shù)據(jù)組織與管理

DEM數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

DEM數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上就是DEM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)組織

工程：一個(gè)區(qū)域內(nèi)的全部DEM數(shù)據(jù)

圖幅：DEM數(shù)據(jù)采集、建立、操作和調(diào)度的基本單位，每一個(gè)圖幅由若干行和若干列格網(wǎng)單元組成

工作區(qū)：當(dāng)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(gè)圖幅定義為一個(gè)工作區(qū)

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)組織與管理空間索引模式對(duì)TIN注意點(diǎn)由于TIN的每個(gè)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(jìn)行數(shù)據(jù)分幅時(shí)，各個(gè)圖幅之間要有一定的重疊度

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

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM元數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)（Metadata）是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)體、數(shù)據(jù)集合等在內(nèi)容、性能、特征、規(guī)律等方面的解釋和說明。元數(shù)據(jù)的建立貫穿于數(shù)據(jù)處理的每一個(gè)環(huán)節(jié)，包括數(shù)據(jù)采集前、數(shù)據(jù)采集中、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)入庫(kù)、數(shù)據(jù)更新等。

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)基本服務(wù)

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)管理

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)

（3）數(shù)據(jù)通訊

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

DEM數(shù)據(jù)組織與管理DEM數(shù)據(jù)庫(kù)和矢量數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)具備的功能

數(shù)據(jù)顯示與瀏覽

數(shù)據(jù)庫(kù)查詢

基本DEM分析與應(yīng)用示范功能