南京大学城市与资源学系 数字地面模型课堂笔记3.docVIP

5.1.2 整体渐变地面特性的格网结构 在诸如地表起伏形态等整体渐变的地面特性，在采用格网结构时，有比较适用的降维和压缩方法。 格网结构数据的存储 —— 降维存储 整体渐变地面特性的格网结构，除了可采用行次序降维存储外，在大多数情况下，采用块次序降维存储，将更有利于数据压缩和后续处理。 上图为格网结构按块次序降维的一种存储形式，图中所注数字表示每个格点面元的存储次序。 格网结构的数据压缩 整体渐变地面特性的取值通常为数值，而且相邻格点面元的地面特性取值具有高度的相关性，这有利于进一步第提高数据压缩比。具体办法是先对格网数据进行差分运算，再用行程码或四分树压缩差分结果。 5.2 数字地面模型的矢量数据结构[2] 定义 在线性代数中，将一组元素的有序集合称为矢量，平面直角坐标系(x,y)是二维矢量，空间直角坐标(x,y,z)是三维矢量。数字地面模型的矢量结构，是指用二维坐标来描述地面特性空间分布的数据存储形式，可以是手扶跟踪数字化作业的直接结果，也可由扫描矢量化或者其它数据结构转换而来。 散点数字地面模型用离散点集的坐标存储。线状分布的数字地面模型用沿线点列的有序坐标串存储。 有关拓扑数据结构的一些基本概念 两相临图斑之间的有向边界称为弧，由有关弧连环而成平面多边形周界，即图斑周界。弧可以是直线，但大多数情况下是一条折线。组成折线弧的每一条直线段称作段，段的端点称为节点，而弧的端点称作结点。当弧的首尾结点重合时，围成的图斑称作单岛。弧一般以它的两个结点以及被它分隔的两个图斑来描述。 这种考虑点、线、面间连接和相邻关系的数据描述和组织方式，是以拓扑几何学原理为基础的，称作拓扑数据结构。 5.2.1 平面矢量数据结构 平面矢量数据结构包括： 　( 平面多边形矢量结构； 　( 线状地面特性的矢量结构； 　( 等值线矢量结构； 　( 散点矢量结构； ( 平面多边形矢量结构 平面多边形矢量结构用于组织土壤、植被、土地利用、行政区等局部等值地面特性的二维空间分布数据，它分为两个层次：第一层次体现点、线、面之间连接和相邻的拓扑关系，第二层次以弧段为单位，存储弧段点列的平面坐标串，实现弧段的显式地理空间定位。 常用的平面多边形矢量结构有： 　1. 对偶独立地图编码系统(DIME); 　2. 改进型DIME结构； 　3. ARC/INFO的平面多边形矢量结构； 第六章　数字地形分析 简介 DEM的应用分为两个部分，第一类是直接应用，即将DEM本身作为测图自动化的重要组成部分和地理信息数据库的基础；第二类是将DEM经过某种变换产生满足各专业应用需求的各种派生产品。长期以来，人们习惯于用等高线、坡度与坡向、剖面、汇水面积、填挖方和三维透视等派生图形或数据来表达实际地形的各种特征。产生这些派生产品的过程称为地形分析。 6.1 地形分析 1. 地形分析发展的三个阶段 地形分析是地形环境认知的一种重要手段，传统的地形分析是基于二维平面地图进行的。从基于纸质地图的地形分析到基于数字地图的地形分析，大量的人工计算和绘制被计算机所替代，地形分析的手段、功能发生了一次飞跃；可视化技术和虚拟现实技术的发展，使得建立三维实时、交互的防真地形环境成为可能，同时也需要实现三维地形环境中的地形分析。三维地形环境中的地形分析，要求将地形分析的结果以可视化的形式更精确、更直观地表达出来，相比于基于数字地图的地形分析而言，又是一个飞跃。 2. 地形分析的分类(按复杂程度) 6.2 基本地形因子计算 1. 简介——从数字地形模型到数字地貌模型 DEM是地形的数学模型，通过对函数的推导可以得出许多地形因子。例如，对函数求一阶导数并进行组合，可得到一系列因子如坡度/坡向、变差系数、变异系数等；如果求二阶导数并进行组合可得到坡度变化率、坡向变化率、曲率、凸凹系数等。这些地形因子一般称作地貌因子。从数字地形模型到数字地貌模型是一个推导、派生和组合的过程，可由计算机自动完成。将二维地理空间定位的非地貌地面特性数字数据集合与数字地貌模型结合便构成了数字地面模型。 从实际应用的角度出发，所有这些地形因子的计算主要是基于格网DEM进行的。 2. 数字高程模型的标准矢量 根据空间矢量的分析原理，建立数字高程模型每一个格网点的标准矢量。 对于每个由相邻四个格网点确定的地表微分单元，其基本矢量a, b的计算公式如下： 基本矢量 a, b完全确定了微分单元在空间的特征。由a，b可得地表单元法矢量ni,j : 3. 坡度的计算 (1) 方法１ 地表单元的坡度矢量(从数学上是地表单元的法矢量 ni,j 与Z轴的夹角，而两矢量的数量积与模的乘积之商。 坡度矢量的模等于地表函数在该点的切平面与水平面的夹角的正切，其方向等于在该切平面上沿最大倾斜方向的某一矢量在水平面的投影方向。 (2) 方法２ 对网格单元内的地面