第二讲：数据组织模型

主要内容Dem的表达方式1规则网数据模型2不规则三角网数据模型3数据模型的相互转换4Dem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的线模式表示描述高程曲线的等高线●数字化现有等高线地图产生的DEM比直接利用航空摄影测量方法产生的DEM质量要差；●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。等高线模型等高线通常被存储成一个有序的坐标点序列，可以认为是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。由于等高线模型只是表达了区域的部分高程值，往往需要一种插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程，又因为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只要使用外包的两条等高线的高程进行插值。等高线模型数据结构BAFCGEHD等高线通常可以用二维的链表来存储，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成图的节点，用边表示等高线本身下图为一个等高线图和它相应的自由树。Dem的点模式表示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空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。计算机中是二维数组，每个格网单元的一个元素对应一个高程值。不规则三角网模型根据区域中的有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。数据镶嵌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。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分布的地形表面。规则网模型规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，此时，DEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，高程矩阵已成为DEM最通用的形式。高程矩阵特别有利于各种应用。规则网模型的相关概念格网——Cell每一个网格（cell）具有唯一的行（row）和列（column）标识，给出某一格网中的x、y地理坐标，可以定位一个网格。无效值——NODATA当一个网格位置没有适当的信息时，把可以无效值（NODATA）赋给网格。NODATA和0（零）不是一回事：0是一个值为0的有效值，NODATA则表示该网格的值不知道。在进行分析操作时，NODATA具有不同的结果。网格值——CellValue每一个网格都有一个表示其地理特征的值。格网的理解对于每个格网的数值有两种不同的解释。第一种是格网栅格观点，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。第二种是点栅格观点，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高程值，这样就需要用一种插值方法来计算每个点的高程。规则网模型数据结构ASCIIFORMATFORGRIDINARC/INFOncolsxxxxxxxx,xxxxxxnrowsxxxxxxxxx,xxxxxxllcornerxxxxxxxxx,xxxxxyllcornerxxxxxxxxx,xxxxxcellsizexxxxx,xxxxNODATEVALUE-9999XXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXX…XXXXX.XXX…规则网数据结构(X0,Y0)DxDy)1,,2,1()1,,2,1(00NXiDYjYYNXiDXiXXii规则网模型的缺点地形简单的地区存在大量冗余数据；如不改变格网大小,则无法适用于起伏程度不同的地区；对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向被夸大；由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征,如山峰、洼坑、山脊等；不规则三角网模型TIN（TriangulatedIrregularNetwork)表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点(各三角形的顶点)连接成相互连续的三角面(在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等—Delaunay)。因为TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，从而减少了地形较平坦地区的数据冗余。不规则三角网模型相关概念结点——Nodes构成TIN的基本成份，输入数据源的控制点。边——Edges每个结点通过边与最邻近的点结合。三角形——Triangles描述部分TIN表面的特征，三角形三个结点的xyz坐标值可用于推算有关三角面的地形因子信息。拓扑关系——Topology一个TIN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。不规则三角网模型数据结构12345T1T2T3T4T5E1E2E3E4E10E9E7E8E6E56IDXYZ1………2………3………4………5………6………点信息ID起点终点1122233264365346467568459161015边信息ID边1边2边31E1E3E92E2E3E43E4E5E64E6E7E85E7E9E10面信息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。混合数据模型一般地区采用规则格网DEM数据结构（还可以根据地形特点采取不同密度的格网），局部地区沿地形特征处增加地形特征线和特殊范围线，如地形特征点、山脊线、山谷线、破折线、断裂线、坡脚线、水体边界线、测区范围边界线等。等高线转换为规则网等高线规则网TEXTTEXTTEXTTEXT等高线转换为不规则三角网对有限个离散点，每三个邻近点联结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可计算各格网点高程，生成DEM。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不规则三角网转换为规则网