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terrain
Terrain
什么是terrain数据集？
地理数据»数据类型
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。
在ArcGIS中使用terrain数据集的概述
处理数据源（如立体捕获的摄影测量要素）和3D数据（如激光雷达、声纳和海洋测深学数据）的离散多点集合时，在地理数据库中使用terrain数据集可能有助于您更好地管理这些信息。
人们越来越多地使用激光雷达和其他传感器来采集高程观测的高分辨率数据集和大规模的点数据集。
地理数据库适用于管理这些关键数据资产，还可将这些数据资产和其他数据源集成到terrain数据集中。
Terrain数据集有助于进行以下操作：
∙将基于3D的离散多点观测与其他数据源（例如，使用立体摄影测量方式捕获的3D要素）相集成，从而更准确地表示研究区域的terrain并建立terrain模型。
∙使用ArcGIS3DAnalyst扩展模块在GIS中执行多种类型的3D空间分析。
∙获得基于栅格的数字高程模型，以便在ArcGISSpatialAnalyst扩展模块等建模和分析系统中使用。
Terrain包括金字塔，而金字塔提供了多种细节层次以供在不同的比例下使用。
下表提供了有关ArcGISterrain数据集支持的重要信息的链接，包括若干在ArcGIS中构建和使用terrain的常用工作流。
Terrain数据集任务
任务
详细信息链接
设计terrain数据集
请参阅设计terrain数据集。
在地理数据库中的公用要素数据集内创建一组要素类。
请参阅使用要素数据集。
将3D数据加载到要素类中
请参阅terrain的数据导入和加载工具。
使用ArcCatalog或目录窗口构建terrain数据集
请参阅使用新建Terrain向导构建terrain数据集。
使用地理处理工具构建terrain数据集
请参阅使用地理处理工具构建terrain数据集。
绘制和显示terrain数据集
请参阅显示terrain数据集。
在ArcGlobe和ArcScene中使用terrain数据集
请参阅对ArcGIS中的terrain数据集进行3D可视化。
管理terrain数据集及其要素类数据源的更新
请参阅更新和编辑terrain数据集。
管理版本化地理数据库中的terrain
请参阅terrain数据集的多用户编辑和版本化。
Terrain数据集链接
基本地形数据集词汇
地理数据»数据类型
本主题将对使用ArcGIS地形数据集时会遇到的一些术语进行概述。
Terrain数据集术语
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BorisNikolaevichDelaunay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。
ArcGIS3DAnalyst扩展模块
ArcGIS的扩展模块之一。
ArcGIS3DAnalyst扩展模块提供用于在三维（3D）环境中创建、显示和分析GIS数据的工具。
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。
使用terrain数据集的优势
地理数据»数据类型»Terrain
terrain数据集和相关工具在数据管理、分析和可视化方面具有优势。
terrain数据集的一些主要优势如下：
∙可在地理数据库中存储和管理基于矢量的terrain信息。
∙具有可伸缩和无缝的特性。
集合可以容纳数十亿个点。
∙根据感兴趣区域和精度要求，terrain金字塔允许用户通过优化的数据库查询快速地检索相应子集。
terrain金字塔提供了一种基于已知垂直或水平分辨率的比例尺相关泛化的形式。
∙可以随时间推移对terrain进行修改。
∙可以在局部进行编辑，因而无需重新构建整个模型。
∙在ArcSDE中，可以对terrain进行版本管理。
与处理其他数据类型一样，版本管理功能提供了一种在多用户环境中编辑数据和推导假设方案的行之有效的方法。
∙使用ArcSDE时，可以集中管理terrain数据集并允许多名用户访问大型数据集合。
∙用于生成栅格数字高程模型（DEM）的强大平台。
∙用于处理多种输入数据类型的高质量插值。
∙可以使用数据细化工具去除不相干或冗余的采样。
∙terrain图层便于terrain表面的交互式显示和查询。
在显示范围内平移和缩放时，图层的表面表示将自动更新。
TIN根据地理数据库中存储的测量值和详细程度（LOD）信息而动态构建。
∙支持的几何
▪点
▪多点
▪线
▪多边形
∙支持的数据类型
▪立体捕获的摄影测量要素
▪裸露地面激光雷达
▪第一次/所有回波激光雷达
▪声纳
▪海洋测深学数据
Terrain数据集概念
地理数据»数据类型»Terrain
如果您了解terrain的主要概念，则可以轻松地设计、创建和处理terrain。
Terrain使用TIN数据结构来呈现表面
terrain数据集是一种将地理数据库要素类用作数据源的基于TIN的数据集。
不规则三角网（TIN）是以多个三角形相连的网络进行表面建模（例如高程）的数据结构。
TIN由一系列具有x、y和z值的数据点组成，并且将地理空间分割为若干个不重叠的相连三角形（称为面）。
每个三角形的结点都是高程点或表面点。
每个三角形结点都有一个x,y坐标和一个z表面值。
任何表面值都可在一个面内或者沿一条边进行插值。
Terrain使用金字塔表示多个级别的分辨率
terrain数据集是多分辨率TIN。
它具有一系列TIN，其中每一个TIN都在特定的地图比例尺范围内使用。
当地图范围较大时使用粗粒度TIN（例如，将比例尺缩小到可以看见整个研究区域的程度）。
当放大地图比例尺并将视线集中于特定的地图范围时，则使用较多的表面点并提高详细程度。
在创建terrain数据集的过程中，将定义金字塔等级数、每个金字塔等级对应的地图比例尺工作范围，以及每个金字塔等级的相对精度。
有两种方法可用于创建金字塔等级：
Z容差和窗口大小。
每个金字塔等级的详细程度均依据Z容差或您要在该地图比例尺下处理的窗口大小定义。
以下显示的是包含5个Z容差金字塔等级的terrain数据集示例：
含有五个金字塔等级的terrain数据集示例
金字塔等级
Z容差（英尺）
地图比例尺范围
详细程度
1
1
小于1:
10,000
2
2.5
1:
10,000到1:
15,000
3
5
1:
15,000到1:
30,000
4
10
1:
30,000到1:
50,000
5
20
1:
50,000到1:
100,000
terrain数据集中的金字塔等级示例
地形可伸缩性
地理数据»数据类型»Terrain
对于较大的项目，伸缩能力极为重要。
地形数据集是专为实现这一目的而设计的。
它们可以处理包含数亿甚至数十亿个点的项目。
较大的点集合（如激光雷达）通常会给数据库带来问题，地形工具会使对这类数据集的使用变得容易。
可伸缩性主要通过两种方式实现：
地形金字塔和多点形状类型。
地形金字塔化用于改善性能。
这通过采用与比例尺相关的方式来减少数据而实现。
金字塔仅引用构建近似精度的表面所需的数据。
对于比例尺较小的应用而言，动态表面构建、显示和分析的速度较快，因为所需的只是经过细化的数据子集。
不会以任何形式对原始数据执行移动或平均操作。
会保持测量的准确位置信息。
可使用两种类型的金字塔构建地形数据集：
z容差和窗口大小。
如果使用z容差金字塔类型，将通过应用基于z容差的用于细化点的过滤器来实现金字塔化。
通过消除不重要的点来生成派生表面，这些表面的精度在相对于全分辨率数据的近似垂直精度之内。
如果使用窗口大小金字塔类型，将通过指定窗口大小过滤器来实现金字塔化。
这种方式是通过将数据划分为相等的区域（窗口），而每个区域只选择一两个点作为代表，来细化每个金字塔等级的点。
这种方式主要控制与高点、低点或平均高度点具有可控偏差的水平采样密度。
此外，线和多边形的强化将基于每个金字塔等级进行控制。
例如，断裂线强化可以限制为最高的一或两个分辨率金字塔等级。
某些要素（如研究区域边界和湖岸线）可能需要以所有比例尺进行表示，但不采用相同的详细程度。
泛化表示可在采用粗糙比例尺时使用，而完整细节只在采用较大比例尺时应用。
下图中，左侧地形是采用粗糙分辨率金字塔等级（通常在比例尺较小时使用）构建的。
右侧地形是采用较高分辨率金字塔等级构建的。
请注意左侧粗糙版本是如何只强化较低分辨率海岸线信息的。
右侧地形包含了具有完整细节的海岸线以及所有其他断裂线。
每个金字塔等级都具有分配的垂直容差或窗口大小以及比例尺阈值。
这用于控制在地图中显示地形数据集时与每个等级关联的比例尺范围。
金字塔等级数、容差及阈值均可由用户定义。
下表提供了z容差地形金字塔定义的示例。
示例中有五个等级以及隐含的全分辨率等级。
全分辨率地形将在比例尺大于1:
5,000时使用。
使用1.0单位z容差过滤器的等级将在比例尺介于1:
5,000和1:
10,000之间时使用，以此类推。
地形金字塔定义
比例尺阈值
Z容差（英尺）
1:
5,000
1.0
1:
10,000
2.5
1:
20,000
5.0
1:
50,000
10.0
1:
100,000
25.0
金字塔表
地形金字塔是累积的。
金字塔内的每个等级未包含其所需的所有测量值的单独且独立的集合。
因而，要从粗糙等级的金字塔转到更细化等级的金字塔，需要向属于粗糙等级的地形添加测量值。
全分辨率等级事实上是所有较低等级测量值与其他一些内容相加的总和。
这有助于改善使用地形时的性能并减少存储开销。
呈现要素类中的地形源数据
地理数据»数据类型»Terrain
地形数据集可由不同类型的数据组成。
其中包括激光雷达点与声纳点、通过立体摄影获取的断裂线和点，以及其他形式的测量数据。
支持的几何类型包括点、多点、线和多边形。
由于能够将多种数据类型并入到表面定义中，因此可提供最大限度的控制能力，以便精确呈现数据。
特定于表面的点可捕获山峰和凹地。
离散多点可添加整体形态和控件。
断裂线可指示各线状要素中出现的坡度突变。
面用于描绘平坦区域或无数据区域。
要素几何的高程源可来自于几何本身或来自于某一属性。
当某一属性与多义线或多边形一同使用时，意味着每个要素都是平坦的，因为每个要素只能使用一个Z值。
地形中要素类数据源的类型
要素类为构建地形数据集提供数据源。
在地形数据集设计中，需要确定每个要素类将在地形中发挥的作用以及如何使用每个数据源。
下面简要回顾了地形数据集中的表面要素类型，即SFType。
离散多点
离散多点SFType用于在一个数据库行中存储多个点。
这些点用于记录特定于表面的山峰和凹地，同时以预先确定的最小间距提供非特定于要素的采样，以满足项目精度要求。
许多新型传感器（如激光雷达）都能够产生大量离散多点，这些离散多点可用于衍生出高分辨率地形数据集。
通常，可将像LAS这种格式的数据文件加载到地理数据库的多点要素类中，这些数据文件随后会用作构建地形数据集所需的数据源。
可以使用地理处理工具将LAS数据集加载到地理数据库中。
断裂线
下面显示的是断裂线，这些线在每个顶点都记录高度值（Z）。
这些断裂线会成为一条或多条三角形边的序列。
断裂线通常用于呈现自然要素（如山脊线或河流）或建筑要素（如道路）。
裁剪多边形
这些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，该数据区将成为凸多边形。
在下图中，左侧的地形未经过裁剪。
因此该数据区未得到正确呈现。
当延伸的地形跨越不含测量数据的较大区域时，能够看到异常。
在右侧添加了一个裁剪多边形，该多边形对地形进行了裁剪，以仅包含收集了测量数据的区域。
擦除多边形
此类多边形定义地形中的洞。
它们用来呈现用户没有数据或不希望发生插值的区域。
它们将显示为空白，在分析时会将它们按NoData区域处理。
替换多边形
替换多边形用于定义高度固定不变的区域。
它们通常用来呈现水体或平坦的人为要素。
当这些区域内部可能存在具有不同高度的其他测量数据而您想要将这些数据重置时，最适合使用替换多边形。
如果您知道这些区域内没有任何相悖的测量数据，请将这些要素以断裂线形式（而不是替换多边形）添加，因为这样会减少三角仪中的工作量，它们的添加速度也会更快。
硬表面或软表面要素类型
线和多边形要素类型的硬和软限定词用于指示在其所处位置的表面上坡度是否发生明显中断。
此信息会影响自然邻域插值器的行为。
它会将地形表面解释为平滑，但与硬断线或硬多边形边界交叉时除外。
自然邻域插值器由地形转栅格、TIN转栅格、“三维分析”工具栏中的交互式插值工具以及“插值Shape”地理处理工具提供。
除离散多点以外的所有SFType均支持硬限定或软限定。
硬要素的示例包括湖岸线、河流、建筑垫层、路边线和路堑。
软要素的示例包括研究区域边界、平滑/起伏地形的山脊线和山谷线、空区域边界以及等高线（等高线也可以添加为离散多点）。
下图为两个栅格表面。
左侧显示的是使用自然邻域插值器基于地形生成的栅格。
地形中的所有线数据均以软线形式添加。
右图同样是通过执行地形转栅格转换而生成的；唯一的不同是位于东北角的对角线，该线在栅格化之前以硬线形式添加到了地形中。
地形数据集中支持的源数据类型
地理数据»数据类型»Terrain
通过摄影测量方式获得的离散多点
∙间距不规则
∙特定于表面的山峰和凹地
∙聚集在一起的伪常规间距点，以达到指定最小采样密度/标准点间距
∙最小属性
∙通常数量适中
通过摄影测量方式获得的隔断线
∙沿线状要素倾斜的特定表面的隔断线
∙自然地貌（如山脊和山谷）
∙因土方工程而产生的Terrain要素（例如，推土机推过的区域）
∙湖岸线、小溪、河岸线
∙路面边缘
∙描绘空区域（通常由植被遮盖）
∙最小属性
∙通常数量适中
GPS点
∙间距不规则
∙可能代表或可能不代表表面特定的山峰和凹地
∙用于对其他数据进行控制、QA和基准测试
∙地产边界控制点
∙每点可能具有重要的属性
∙通常数量较小
激光雷达点
∙间距不规则
∙不特定于表面
∙按照所需的标准点采样，间距在1到15英尺之间（约0.3到5米）
∙通常（并非始终）对其进行过滤以只露出地球点
∙有限属性（通常可用内容对最终用户不太重要）
∙通常数量很大
了解有关激光雷达数据的详细信息
声纳
∙在定义表面的使用上与激光雷达相似
∙密集、不特定于表面、间距不规则的点
点、线、多边形（离散、断裂、裁剪、擦除、替换）
用于生成表面的专题数据类型可以通过不同的几何要素类型存储在地理数据库中。
这些类型包括点、多点、折线和多边形。
用户可通过不同的方式将这些几何类型包含在地形表面中，并通过设置表面要素类型（SFType）来控制要素的使用方式。
下表显示不同SFType的关系、可用于每个SFType的要素类的类型、高度源选项以及专题数据示例。
地形数据集中的表面要素类型
表面要素类型
要素类
要素类中的Z值源
专题数据类型示例
离散多点（x,y,z位置）
点要素类
∙形状几何；每个折点的x,y,z值
或者
∙针对每个形状包含一个z值的属性列
∙点高度
∙测量点
∙GPS点
升级会员 