第二章--DEM数据组织与管理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章,DEM,数据组织与管理,王 丽,xuer217,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,TIN,2,、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,5,10,10,10,11,10,20,20,10,10,20,20,20,60,50,30,30,20,20,20,20,20,40,20,20,差分,映射,5,5,0,0,1,10,10,0,-10,0,20,0,0,40,-10,30,0,-10,0,0,20,0,20,-20,0,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,01,02,100,3,7,572,游程序号,编码值,0001,0002,0003,0004,0005,0006,0007,0572,R,1,R,2,R,3,R,4,R,5,R,6,R,7,R,572,索引文件,数据文件,9,9,9,9,0,0,0,0,9,9,9,0,0,0,0,0,0,9,9,0,7,7,0,0,0,0,0,0,7,7,0,0,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,0,0,0,0,7,7,7,7,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,1 2 3 4 5 6 7 8,8 7 6 5 4 3 2 1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,（,4四叉树编码结构,0,1,2,3,4,5,6,9,10,7,8,11,12,15,16,13,14,17,18,0,1,2,3,4,5,6,9,10,7,8,11,12,15,16,13,14,17,18,A,0,B,C,D,5,6,7,8,1,2,3,4,9,10,E,F,11,12,13,14,15,16,17,18,（,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,？,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）,序号,属性,X,Y,Z,1,2,3,4,5,6,号,顶点,1,顶点,2,顶点,3,1,1,6,2,2,2,6,3,3,3,6,4,4,4,6,5,5,5,6,1,坐标表,三角形表,结构简单,拓扑关系隐含,TIN,面结构,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,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,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,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.,V,1,V,2,E,1,E,2,e,1,1,2,-,e,3,e,2,2,3,-,e,4,e,3,2,6,e,2,e,9,e,4,3,6,e,5,e,2,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,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,SDE,DEM,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,（,level of details,）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,2,2,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：,数据显示与浏览,数据库查询,基本,DEM,分析与应用示范,数据分发与提取,空间索引建立,数据通信,数据库更新,数据维护,管理,DEM,元数据库主要功能：,元数据库编辑,元数据查询和显示,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？,