GIS原理篇 terrain 基于TIN的表面数据（地形数据）
一、什么是terrain
Terrain 数据集是一种多分辨率的基于 TIN 的表面数据结构，它是基于作为要素存储在地理数据库中的测量值构建而成的。通常，terrain 数据集利用激光雷达、声纳和摄影测量源进行构建。Terrain 存储在地理数据库的要素数据集中，其中包含用于构建 terrain 的要素。
与拓扑相似，terrain 具有参与要素类和规则。用作 terrain 数据源的通用要素类包括以下三项：
- 利用数据源（激光雷达或声纳）创建的 3D 离散多点的多点要素类
- 在摄影测量工作站使用立体影像创建的 3D 点和线要素类
- 用于定义 terrain 数据集界限的研究区域边界
terrain 数据集规则用于控制如何使用要素来定义表面。例如，包含道路的路面边缘线的要素类可以通过将其要素用作硬隔断线的规则来进行控制。这样，就会产生在表面上创建线性不连续 terrain 的预期效果。
规则还可以指示在一系列比例尺下要素类的参与方式。只有在对中到大比例的表面制图表达时才可能需要路面边缘要素。可通过规则来指定在使用小比例时不显示这些要素，从而改善性能。
地理数据库中的 terrain 数据集引用原始要素类。它不会实际地将表面存储为栅格或 TIN。相反，它会对数据进行组织以获得较快的检索速度，并会动态生成 TIN 表面。在组织过程中，会创建 terrain“金字塔”，用于只从数据库中快速检索构建具有所需细节层次 (LOD) 的给定感兴趣区域 (AOI) 表面所需的数据。可以相对于当前显示比例使用适当的金字塔等级，也可以在分析功能中由用户进行选择，以便使用适当的分辨率等级来满足精度要求。
Terrain 数据集及其支持的工具集合，使得基于矢量的表面测量值的存储和维护变得容易，而且还能够使用从这些测量值生成的表面。所提供的地理处理功能用于将数据从外部源加载到地理数据库要素类中。编辑工具和地理数据库工具用于维护和更新随时间变化的数据。交互显示和查询工具可以浏览和使用 terrain 表面。可以基于感兴趣区域 (AOI) 和细节层次 (LOD) 从 terrain 中提取 TIN 和栅格。这一系列工具为表面生成和使用提供了全套的解决方案。
二、基本地形数据集词汇
| 术语 | 描述 |
|---|---|
| 不规则三角网 (TIN) | 一种将地理空间分割为连续的不重叠三角形的矢量数据结构。每个三角形的折点都是具有 x、y 和 z 值的采样数据点。这些采样点通过线相连，从而构成 Delaunay 三角形。TIN 既可用于存储和显示表面模型，又可以用作按地形需要而构建的背景结构。 |
| Terrain 数据集 | Terrain 数据集是一种多分辨率的基于 TIN 的表面数据结构，它是基于作为要素存储在地理数据库中的测量值构建而成的。 |
| LAS 数据集 | LAS 数据集存储对磁盘上一个或多个 LAS 文件以及包含表面约束的要素的引用。LAS 数据集允许您方便快捷地检查 LAS 文件，并提供了包含在 LAS 文件中激光雷达数据的详细统计数据和区域 coverage。 |
| 地形数据集与 TIN | TIN 和地形数据集都是用于显示表面数据的极佳方法。两种表面格式都拥有各自的用途及优势。下表将对 TIN 和地形数据集进行比较。 地理数据集由地理数据库所支持，而 TIN 则直接存储在磁盘上，不能存储在地理数据库中。terrain 数据集与其创建所依据的源测量值之间保持着联系。而 TIN 创建完毕后即与源测量值失去联系。 建议的 TIN 最大限制为 5 百万个点，而 terrain 数据集则没有大小限制。 TIN 能以 3D 模式在 ArcScene 中显示，而 terrain 数据集则不能。 对地形数据集的编辑是通过修改源测量值实现的。对 TIN 的编辑是通过修改三角测量实现的。 |
| Delaunay 三角测量 | 一项通过点数据集创建出连续的互不重叠的三角形网的技术。每个三角形的外接圆内部都不包含点数据集中的点。Delaunay 三角测量是以俄罗斯数学家 Boris Nikolaevich Delaunay 的名字命名的。 |
| 约束型 Delaunay | 除了沿隔断线的地方，约束型 Delaunay 三角测量在其他任何地方都遵循传统的 Delaunay 准则。使用传统的 Delaunay 三角测量方法时，会对隔断线进行增密，以确保生成的三角测量仍遵守 Delaunay 准则。这样，一条输入隔断线线段将导致形成多条三角形边。如果使用约束型 Delaunay 三角测量，不会进行增密，并且每条隔断线线段都作为一条单边添加。 |
| 离散多点 | 由通常是从激光雷达、声纳和摄影测量等数据源中获取的点组成的数据集。 |
| 多点 | 将许多点记录存储在数据库某一行中的多点要素类。 |
| 地形金字塔 | 为提高 terrain 数据集的效率而生成的细节等级地形金字塔通过点减少（又称点细化）过程生成。这样会减少表示给定区域的表面所需的测量值数。有两种金字塔类型：z 容差和窗口大小。 |
| Z 容差金字塔 | Z 容差金字塔会根据垂直精度约束对点进行细化。 |
| 窗口大小金字塔 | 窗口大小金字塔会根据水平采样密度对点进行细化。 |
| 隔断线 | TIN 或地形数据集中用来表示表面（例如，山脊、道路或河流）坡度发生明显突变的线。在 TIN 或地形数据集中，任何三角形都不能与隔断线相交（即，隔断线被强化为三角形边）。隔断线上的 z 值既可以是常量，也可以是变量。 |
| 裁剪多边形 | 多边形用于限定地形表面的边界。当数据区的形状不规则时，便需要使用这些多边形。如果没有裁剪多边形，数据区将成为凸多边形，从而在表面产生错误。三角测量为连接外围点可能要创建狭长的三角形，也会在表面产生错误。 |
| 面 | 在 TIN 或 terrain 数据集中，以三条边和三个结点作为边界的三角形平面。面之间不会相互重叠；每个面都与表面上的其他三个面相邻。面以坡向和坡度来定义平面。 |
| 结点 | TIN 或地形数据集中三角形的三个折点之一，节点与所有相汇于此处的三角形都存在拓扑连接。TIN 或 terrain 数据集中的每个采样点在三角测量中都会变为能够存储高程 z 值和标记值的结点。标记代表用户定义的有关区域的条件。 |
| 三角形 | TIN 表面上的面。TIN 表面上的每个三角形都是由三条边和三个结点来定义的，并且与 TIN 表面上的一到三个三角形相邻。TIN 三角形可用于获取坡向和坡度信息，并可带有标记值属性。标记代表用户定义的有关区域的条件。 |
| 点间距 | 用于构建地形数据集的点之间的最常见距离。 |
| 组 | 组用于为参与地形数据集的线和多边形要素定义多种详细程度。 |
| 锚点 | 锚点在地形数据集的所有金字塔等级中都保持不变。这些点不会被过滤或细化掉。 |
| terrain 概貌 | terrain 概貌是地形数据集的最粗略表示，专门用于在缩放至或超出全图范围时的快速绘制。 |
| 要素数据集 | 共享同一空间参考的数据集的容器；即，这些数据集共用一个坐标系，并且其要素都落在同一公共地理区域内。在同一要素数据集中可以存储具有不同几何类型的要素类。 |
| 激光雷达 | 激光雷达（激光探测及测距）是一项遥感技术，它利用激光对地球表面以 x、y 和 z 测量值方式进行密集采样。激光雷达数据集能生成可通过地形数据集进行显示和分析的离散多点数据集。 |
| LAS 格式 | LAS 是一种用于激光雷达数据交换的开放式/已发布标准文件格式。它是一种二进制文件格式，其中保留与激光雷达数据有关的特定信息。供应商与客户可通过它来交换数据和保留特定于此类数据的所有信息。 |
| 声纳 | 声纳（声音导航和测距）是一种利用声波绘制海底形状的水下制图技术。声纳数据集能生成可通过地形数据集进行显示和分析的离散多点数据集。 |
| 表面要素类型 | 向地形添加要素类时，需要指明其表面要素类型。它将定义在对地形数据集表面进行定义时该要素类所发挥的作用。存在离散多点、隔断线以及若干种面类型。 |
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