DEM课件：第二讲：数据组织模型.ppt

1、主要内容主要内容DemDem的表达方式的表达方式1规则网数据模型规则网数据模型2不规则三角网数据模型不规则三角网数据模型3数据模型的相互转换数据模型的相互转换4Dem表达方式分类表达方式分类将一个完整曲面分解成方格网或面积上大体相等的不规则格网，每个格网中有一个点的观测值，即为格网值；使用三维函数模拟复杂曲面；DEM表示方法 数学方法 整体 局部 傅立叶级数 高次多项式 规则数学分块 不规则数学分块 图形法 点数据 线数据 规 则 不规则 典型特征 密度一致 密度不一致 三角网 邻近网 山峰、洼坑 隘口、边界 水平线 垂直线 典型线 山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线 Dem的线模式表示的线模

2、式表示描述高程曲线的等高线描述高程曲线的等高线数字化现有等高线地图产生的数字化现有等高线地图产生的DEMDEM比直接利比直接利用航空摄影测量方法产生的用航空摄影测量方法产生的DEMDEM质量要差；质量要差；数字化的等高线对于计算坡度或生成着色数字化的等高线对于计算坡度或生成着色地形图不十分适用。地形图不十分适用。等高线模型等高线模型 等高线通常被存储成一个等高线通常被存储成一个有序有序的的坐标点序列坐标点序列，可，可以认为是一条带有高程值属性的以认为是一条带有高程值属性的简单多边形简单多边形或多边形或多边形弧段。由于等高线模型只是表达了区域的弧段。由于等高线模型只是表达了区域的部分高程值部分高

3、程值，往往需要一种往往需要一种插值方法插值方法来计算落在来计算落在等高线以外等高线以外的的其他其他点点的高程，又因为这些点是落在两条等高线包围的区的高程，又因为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只要使用域内，所以，通常只要使用外包的外包的两条等高线的高程两条等高线的高程进行进行插值插值。 等高线模型数据结构等高线模型数据结构BAFCGEHD 等高线通常可以用二维的等高线通常可以用二维的链表链表来存储，或是用图来存储，或是用图来表示等高线的拓扑关系，将等高线之间的区域表示来表示等高线的拓扑关系，将等高线之间的区域表示成图的节点，用边表示等高线本身下图为一个等高线成图的节点，用边表示等

4、高线本身下图为一个等高线图和它相应的自由树。图和它相应的自由树。Dem的点模式表示的点模式表示v 地理空间对象可用相互连接在一起的网络来覆盖和逼近。地理空间对象可用相互连接在一起的网络来覆盖和逼近。 规则格网模型将区域规则格网模型将区域空间切分为规则的格网单空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一元，每个格网单元对应一个数值。计算机中是二维个数值。计算机中是二维数组，每个格网单元的一数组，每个格网单元的一个元素对应一个高程值。个元素对应一个高程值。 不规则三角网模型根不规则三角网模型根据区域中的有限个点集将据区域中的有限个点集将区域划分为相连的三角面区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点

5、落在网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三三角面的顶点、边上或三角形内。角形内。数据镶嵌模型数据镶嵌模型规则镶嵌数据模型：规则镶嵌数据模型： 用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形表面。用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形表面。不规则镶嵌数据模型：不规则镶嵌数据模型： 用相互关联的不规则形状与边界的小面块集合来逼近不规则用相互关联的不规则形状与边界的小面块集合来逼近不规则分布的地形表面。分布的地形表面。规则网模型规则网模型 规则格网法是把规则格网法是把DEMDEM表示成表示成高程矩阵高程矩阵，此时，此时，DEMDEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据来源于直接规则矩形格

6、网采样点或由不规则离散数据点内插产生。点内插产生。 结构简单结构简单，计算机对矩阵的，计算机对矩阵的处理处理比较比较方便方便，高程，高程矩阵已成为矩阵已成为DEMDEM最通用最通用的形式。高程矩阵特别的形式。高程矩阵特别有利于有利于各各种应用。种应用。 规则网模型的相关概念规则网模型的相关概念格网格网 Cell Cell 每一个网格（每一个网格（cellcell）具有唯一的行（）具有唯一的行（rowrow）和列（）和列（columncolumn）标识，给出某一格网中的标识，给出某一格网中的x x、y y地理坐标，可以定位一个网格。地理坐标，可以定位一个网格。无效值无效值 NODATA NODA

7、TA 当一个网格位置没有适当的信息时，把可以无效值当一个网格位置没有适当的信息时，把可以无效值（NODATANODATA）赋给网格。）赋给网格。 NODATA NODATA和和0 0（零）不是一回事：（零）不是一回事：0 0是一个值为是一个值为0 0的有效值，的有效值， NODATANODATA则表示该网格的值不知道。则表示该网格的值不知道。 在进行分析操作时，在进行分析操作时，NODATANODATA具有不同的结果。具有不同的结果。网格值网格值 Cell Value Cell Value 每一个网格都有一个表示其地理特征的值。每一个网格都有一个表示其地理特征的值。 格网的理解格网的理解v对于

8、每个格网的数值有两种不同的解释。第对于每个格网的数值有两种不同的解释。第一种是一种是格网栅格观点格网栅格观点，认为该格网单元的数，认为该格网单元的数值是其中所有点的高程值，即格网单元对应值是其中所有点的高程值，即格网单元对应的地面面积内高程是均一的高度，这种数字的地面面积内高程是均一的高度，这种数字高程模型是一个不连续的函数。高程模型是一个不连续的函数。v第二种是第二种是点栅格观点点栅格观点，认为该网格单元的数，认为该网格单元的数值是网格中心点的高程或该网格单元的平均值是网格中心点的高程或该网格单元的平均高程值，这样就需要用一种插值方法来计算高程值，这样就需要用一种插值方法来计算每个点的高程。

9、每个点的高程。规则网模型数据结构规则网模型数据结构ASCII FORMAT FOR GRID IN ARC/INFOASCII FORMAT FOR GRID IN ARC/INFOncols xxxxxxxx,xxxxxxncols xxxxxxxx,xxxxxxnrows xxxxxxxxx,xxxxxnrows xxxxxxxxx,xxxxxxllcorner xxxxxxxxx,xxxxxxllcorner xxxxxxxxx,xxxxxyllcorner xxxxxxxxx,xxxxxyllcorner xxxxxxxxx,xxxxxcellsize xxxxx,xxxxcellsi

10、ze xxxxx,xxxxNODATE VALUE -9999NODATE VALUE -9999XXXXX.XXX XXXXX.XXX XXXXX.XXXXXXXX.XXX XXXXX.XXX XXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXX规则网数据结构规则网数据结构(X0,Y0)D xD y规则网模型的缺点规则网模型的缺点v地形简单的地区存在地形简单的地区存在大量冗余数据大量冗余数据；v如不改变如不改变格网大小格网大小, ,则则无法适用无法适用于起伏程度于起伏程度不同的地区；不同的地区；v对于某些特殊计算如对于某些特殊计算如视线视线计算时，格网的计算时，格网的轴轴线方向被夸大线方向

11、被夸大；v由于栅格过于粗略，由于栅格过于粗略，不能精确不能精确表示地形的关表示地形的关键特征键特征, ,如山峰、洼坑、山脊等；如山峰、洼坑、山脊等； 不规则三角网模型不规则三角网模型 TINTIN（Triangulated Irregular NetworkTriangulated Irregular Network) )表示法利用所表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照有采样点取得的离散数据，按照优化组合优化组合的原则，把这些离的原则，把这些离散点散点( (各三角形的顶点各三角形的顶点) )连接成相互连续的连接成相互连续的三角面三角面( (在连接时，在连接时，尽可能地确保每个三角形都是尽可

12、能地确保每个三角形都是锐角三角形锐角三角形或是三边的或是三边的长度近长度近似似相等相等Delaunay)Delaunay)。 因为因为TINTIN可根据地形的可根据地形的复杂程度复杂程度来确定采样点的来确定采样点的密度密度和和位位置置，能，能充分表示充分表示地形特征点和线，从而地形特征点和线，从而减少了减少了地形较平坦地地形较平坦地区的区的数据冗余数据冗余。 不规则三角网模型相关概念不规则三角网模型相关概念结点结点 Nodes Nodes 构成构成TINTIN的基本成份，输入数据源的控制点。的基本成份，输入数据源的控制点。边边 Edges Edges 每个结点通过边与最邻近的点结合每个结点通过

13、边与最邻近的点结合 。三角形三角形 Triangles Triangles 描述部分描述部分TINTIN表面的特征，三角形三个结点的表面的特征，三角形三个结点的xyzxyz坐标值可用于推算有关三角面的地形因子信息坐标值可用于推算有关三角面的地形因子信息 。拓扑关系拓扑关系 Topology Topology 一个一个TINTIN的拓扑结构由定义每个三角形结点、边的拓扑结构由定义每个三角形结点、边的数和类型，以及与另一个三角形的邻接性信息。的数和类型，以及与另一个三角形的邻接性信息。 不规则三角网模型数据结构不规则三角网模型数据结构1 12 23 34 45 5T1T1T2T2T3T3T4T4T

14、5T5E1E1E2E2E3E3E4E4E10E10E9E9E7E7E8E8E6E6E5E56 6IDIDX XY YZ Z1 12 23 34 45 56 6点信息点信息IDID起点起点终点终点1 11 12 22 22 23 33 32 26 64 43 36 65 53 34 46 64 46 67 75 56 68 84 45 59 91 16 610101 15 5边信息边信息IDID 边边1 1边边2 2边边3 31 1E1E1E3E3E9E92 2E2E2E3E3E4E43 3E4E4E5E5E6E64 4E6E6E7E7E8E85 5E7E7E9E9E10E10面信息面信息规则网

15、与不规则三角网的区别规则网与不规则三角网的区别规则网模型不规则三角网模型优点 能够充分表现高程变化的细节，拓扑关系简单，分析处理算法易于实现，某些空间操作及存储组织灵活方便。 高效率的存储，数据结构简单，与不规则的地面特征和谐一致，可以表示线性特征和迭加任意形状的区域边界，易于更新，可适应各种分布情况的数据。 缺点 数据存储占用巨大的空间，并且在不规则的地形特征和较为平坦的地形特征之间在数据表示方面不够协调 。算法实现比较复杂和困难。 混合数据模型混合数据模型 一般地区采用规则一般地区采用规则格网格网DEMDEM数据结构（还数据结构（还可以根据地形特点采取可以根据地形特点采取不同密度的格网），

16、局不同密度的格网），局部地区沿地形特征处增部地区沿地形特征处增加地形特征线和特殊范加地形特征线和特殊范围线，如地形特征点、围线，如地形特征点、山脊线、山谷线、破折山脊线、山谷线、破折线、断裂线、坡脚线、线、断裂线、坡脚线、水体边界线、测区范围水体边界线、测区范围边界线等。边界线等。 等高线转换为规则网等高线转换为规则网等高线等高线规则网规则网TEXTTEXTTEXTTEXT等高线转换为不规则三角网等高线转换为不规则三角网 对有限个离散点，对有限个离散点，每三个每三个邻近点邻近点联结成联结成三角形，三角形，每个三角形代表一个每个三角形代表一个局部平面局部平面，再根据每个平面方，再根据每个平面方程，可计算程，可计算各格网点各格网点高程，生成高程，生成DEMDEM。 规则网转换为等高线规则网转换为等高线在格网DEM上自动绘制等高线主要包括两个步骤：1、等高线追踪，利用DEM矩形格网点的高程内插出格网边上的等高线点，并将这些等高线点排序；2、等高线光滑，进一步加密等高线点并绘制光滑曲线。 规则网转换为不规则三角网规则网转换为不规则三角网不规则三角网转换为规则网不规则三角网转换为规则网