基于MapGIS的離散點(diǎn)追蹤剖分等值線技巧探討

1、基于MapGIS的離散點(diǎn)追蹤剖分等值線技巧探討【摘要】等值線圖是在二維平面上把一種空間分布現(xiàn)象中具有相同數(shù)值的點(diǎn)連接而成的圖形。它是數(shù)據(jù)與圖像的結(jié)合，使人能夠很好地看到數(shù)據(jù)變化的趨勢，直觀地看到計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，因此它是眾多領(lǐng)域成果表示的重要圖件之一。本文通過對MapGIS軟件DTM模塊中根據(jù)不均勻離散點(diǎn)做等值線的探討，指出了運(yùn)用DTM模塊繪制等值線時(shí)應(yīng)注意的一些問題，詳細(xì)介紹了繪制等值線的方法步驟以及筆者在工作中的經(jīng)驗(yàn)技巧?！娟P(guān)鍵詞】MapGIS,DTM，不均勻離散點(diǎn)，等值線1、前言MapGIS是具有自主版權(quán)的大型基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)軟件。在計(jì)算機(jī)軟、硬件支持下，集數(shù)字制圖、數(shù)據(jù)庫管理及空間分析

2、為一體的空間信息系統(tǒng)，是進(jìn)行現(xiàn)代化管理與決策的先進(jìn)工具。它的主要功能包括數(shù)據(jù)采集與編輯、空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、數(shù)據(jù)輸出等。等值線圖是一種應(yīng)用非常廣的圖形，它是在二維平面上把一種空間分布現(xiàn)象中具有相同數(shù)值的點(diǎn)連接而成的圖形。它是數(shù)據(jù)與圖像的結(jié)合，使人能夠很好地看到數(shù)據(jù)變化的趨勢，直觀地看到計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，因此它是眾多領(lǐng)域成果表示的重要圖件之一。DTM（數(shù)字地面模型）的發(fā)展應(yīng)用為各種地形特征及專題屬性的定量分析和不同類型專題圖的自動繪制提供了基本數(shù)據(jù)。MapGIS的DTM分析模塊就是從離散數(shù)據(jù)構(gòu)造出相互連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以此作為地形的數(shù)字模型基礎(chǔ)，然后利用計(jì)算機(jī)自動生成各類專業(yè)地學(xué)圖件并進(jìn)行各類

3、專業(yè)分析。因此采用MapGIS的DTM分析模塊，根據(jù)離散高程點(diǎn)（或者其他特征點(diǎn)）繪制等值線是一種很科學(xué)有效的方法。2、用MapGIS做等值線的流程準(zhǔn)備工作原始數(shù)據(jù)很可能是最基本的文本或表格，比如包含離散點(diǎn)的x，y坐標(biāo)和特征值以及其他屬性字段的Excel或者txt文件。因此首先應(yīng)當(dāng)對基本數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，篩選出滿足專題圖需要的屬性字段（x,y坐標(biāo)和特征值這三個(gè)字段必不可少，其他屬性可選擇性保留），做成txt文件。這樣這些原始數(shù)據(jù)就可以通過MapGIS的“用戶文件投影變換”功能生成需要的離散點(diǎn)文件，為后續(xù)做等值線提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。形成高程文件的方法選擇MapGIS的DTM分析模塊可以完成從點(diǎn)文件中提取”高

4、程”點(diǎn)，然后通過空間插值形成高程文件。軟件提供兩種模型供選擇，分別為GRD模型和TIN模型。對于不規(guī)則分布、密度極不均勻的點(diǎn)文件，采用TIN模型能得到較好的效果。TIN模型實(shí)質(zhì)上是將原始數(shù)據(jù)點(diǎn)按一定規(guī)則分解成三角形剖分，然后在此基礎(chǔ)上追蹤出等值線圖或進(jìn)行其他分析。與GRD模型相比，其最大好處是不必先對原始離散數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，而是直接對非網(wǎng)格化數(shù)據(jù)或網(wǎng)格化數(shù)據(jù)進(jìn)行等值線追蹤或分析。做等值線的流程從離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)，到一幅完整的等值線圖，基本流程如圖1所示：圖1MapGIS繪制等值線圖件基本流程3、常見問題與解決方案3.1考慮實(shí)際地形地貌影響以筆者做過的廣州市第四紀(jì)軟土層分布圖為例，由于已知信息量

5、有限（均為稀疏的離散鉆孔點(diǎn)），且分布不均；另一方面由于研究區(qū)還要考慮河流、高山等實(shí)地地形地貌，再加上地質(zhì)構(gòu)造分布的地區(qū)差異性等，這都使得計(jì)算機(jī)自動繪制等值線圖變得很困難。比如，根據(jù)珠江兩岸的鉆孔點(diǎn)做軟土等值線，僅僅依靠離散的鉆孔點(diǎn)的話，做出的等值線很可能會跨越河流，這顯然不符合實(shí)際；再如，廣州東北部為中低山區(qū)，而已有鉆孔點(diǎn)都散落在山間平地內(nèi)，如果不考慮地形的影像，計(jì)算機(jī)生成的等值線就會很自然地穿過山丘為了克服這個(gè)難題，筆者嘗試了這樣一種方法：首先根據(jù)投影生成的鉆孔點(diǎn)文件，總體檢驗(yàn)鉆孔中所含軟土的大致分布是否符合廣州整體地形，同時(shí)也把握了軟土分布的整體概況；然后用先前取得的廣州市的地形圖或地質(zhì)圖

6、作為底圖（注意如果取得的地形圖的比例尺和目標(biāo)等值線比例尺不一致，需要實(shí)現(xiàn)將底圖進(jìn)行校正和投影變換），對含軟土鉆孔點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)。具體做法是，優(yōu)先考慮已有鉆孔點(diǎn)的整體分布，根據(jù)地形圖或者地質(zhì)圖將鉆孔點(diǎn)分為若干區(qū)，做輔助線作為區(qū)的邊界將該區(qū)內(nèi)鉆孔點(diǎn)包含在內(nèi)。比如東北部山區(qū)、大學(xué)城西南軟土區(qū)、珠江北岸、珠江南岸等。分區(qū)的目的就是要在這些不同區(qū)的邊界添加輔助線加以干涉，以后沿輔助線添加虛擬鉆孔點(diǎn)以避免等值線在兩個(gè)區(qū)的邊界處異常。大區(qū)分割完畢后，針對區(qū)中個(gè)別異常點(diǎn)，再詳細(xì)參照地形圖或者地質(zhì)圖進(jìn)行研究，搞清楚這些點(diǎn)所在位置的地形或地質(zhì)，以重新在這些異常點(diǎn)周圍沿地質(zhì)或地形圖做邊界線。比如大范圍的軟土區(qū)可能會出現(xiàn)

7、個(gè)別點(diǎn)鉆孔內(nèi)無軟土，通過對照地形圖發(fā)現(xiàn)，該異常點(diǎn)周邊是一個(gè)丘陵，基本不含軟土，這種情況下就在該若干異常點(diǎn)周圍沿丘陵邊界附加輔助邊界線，形成軟土大區(qū)內(nèi)一個(gè)小區(qū)。所有大區(qū)和小區(qū)勾畫完畢后，就可以運(yùn)用MapGIS7.0的“沿線生成點(diǎn)”功能，沿區(qū)邊界線按一定步長生成密布虛擬鉆孔點(diǎn)，并賦予實(shí)際軟土厚度值（比如山地周邊巖石出露區(qū)賦為0）。這樣,就能保證計(jì)算機(jī)生成的等值線在這些區(qū)的邊界上跟實(shí)際地形和地質(zhì)情況匹配。所有輔助點(diǎn)做完之后，將已有的鉆孔點(diǎn)和輔助點(diǎn)合并為一個(gè)點(diǎn)文件，即為做等值線所需的基礎(chǔ)點(diǎn)文件。這樣根據(jù)基礎(chǔ)點(diǎn)文件再插值追蹤剖分等值線后，就能考慮實(shí)際地形地貌影響，做出的等值線能較好地吻合實(shí)際情況。本例中

8、做得輔助點(diǎn)與實(shí)際鉆孔點(diǎn)分布如圖2所示：hMJ=!rrh耳11圖2實(shí)際鉆孔點(diǎn)與輔助點(diǎn)分布示意圖（其中三角形為實(shí)際含軟土鉆孔點(diǎn)，圓形為實(shí)際不含軟土鉆孔點(diǎn)地形等高線周邊小黑點(diǎn)為虛擬鉆孔點(diǎn)）3.2局部等值線出現(xiàn)相交情況從原理上講，等值線是不能出現(xiàn)相交情況的。但是如果離散點(diǎn)文件非常不均勻，疏密相差很大時(shí)，就容易在密集的點(diǎn)處出現(xiàn)等值線相交的情況。這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)在進(jìn)行空間插值后，追蹤剖分等值線時(shí)選用的線型多為高次樣條曲線，這樣當(dāng)某個(gè)位置離散點(diǎn)比較密集時(shí)，就很容易出現(xiàn)多條樣條曲線在個(gè)別密集地方不能協(xié)調(diào)而產(chǎn)生了交叉，如圖3所示。圖3等值線相交情況示意圖這種情況下，根據(jù)筆者作圖的經(jīng)驗(yàn)可采取以下措施進(jìn)行修正：（1）

9、講離散點(diǎn)進(jìn)行抽稀，即選出特征值比較奇異（如與周圍點(diǎn)相比顯著偏大或者偏?。┑狞c(diǎn)，將其刪除，重新剖分等值線；（2）有時(shí)候只是出現(xiàn)等值線交叉，但是等值線之間的區(qū)并沒有相交，這時(shí)可將等值線套的區(qū)“弧端提取線”，用提取的線替代原來的等值線即可。等值線設(shè)置技巧在等值線剖分設(shè)置窗口，選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，能讓等值線盡可能的滿足要求。筆者認(rèn)為有以下幾點(diǎn)比較重要。（1）等值線的線參數(shù)設(shè)置：為了使剖分的等值線更加圓滑流暢，建議將默認(rèn)的“折線”改為“曲線”；（2）等值線間隔設(shè)置：剖分等值線時(shí)默認(rèn)的間距一般都不合適（比如都不是整數(shù)），用戶要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置步長，甚至為了效果明顯可以設(shè)定不等間距；（3）色階的設(shè)置：同樣的等值線間距和線條，如果等值區(qū)顏色設(shè)置不同，生成的等值線圖將有較大的差別，因此建議用戶根據(jù)做圖要求，設(shè)定合適的色彩剃度，以最大可能地反映變化趨勢。4、結(jié)論（1）基于MapGIS靈活的編輯功能和強(qiáng)大的分析功能，采用該軟件能根據(jù)已有的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)快速繪制各種等值線；（2）根據(jù)實(shí)際情況并結(jié)合軟件的實(shí)際特點(diǎn)，靈活運(yùn)用各種功能，不斷積累經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)技巧，能達(dá)到事半功倍的效果，也有利于做出效果良好的圖件。參考文獻(xiàn)吳信才.MapGIS地理信息系統(tǒng)M.北京：電子工業(yè)出版社