利用ERDAS進行洪水淹沒分析

張躍飛 冷曉雷 陸玉明

（河南省地質測繪總院，河南 鄭州 450006）

0 引言

人類自古以來就開始研究洪水的災害，分析研究的方法有好多種，而結合ERDAS IMAGINE 軟件進行的研究還很少。利用虛擬GIS模塊分析洪水層，為洪水損失的計算提供數據，其方法的準確程度，需要進一步研究。依靠海量的實地數據是數據可靠性的保障。但是預演和推算可以借助衛星以及雷達獲取的數據進行分析。

洪水分析的一些要解決的問題：

一是各部門對同一地區、同一時間發生的洪水災害淹沒范圍的監測數據差距大，獲取數據的方法不能覆蓋完整的區域；二是災情的統計主要依據抽樣調查，時效性不足；三是災情的估算缺乏依據或者片面。因此需要大區域的進行洪水淹沒的分析對洪災的準確把握十分重要。

隨著GIS 技術的日趨成熟，很多研究人員將GIS 與水文模擬結合起來，對水災多發地區進行淹沒分析，從預警的視角研究水災覆蓋的范圍。ERDAS 以其強大的GIS 分析功能，在防洪中起到了很大的作用。

對洪水淹沒的預演是ERDAS VirtualGIS 的強項，可以在事發前后進行相關的淹沒區模擬，從而為決策提供依據。

ERDAS IMAGINE 可以生產數字高程模型，可以清楚的確定洪水威脅的地區，對于高程低的地方可以劃為高危險區域，無論對防災減災還是災后處理都有著參考價值，甚至是經濟開發選址方面都有一定的作用。

1 利用ERDAS 中虛擬GIS 分析處理

1.1 數據預處理

首先要在所要分析的區域圖上生成DEM，將已有圖件在Arcview中進行矢量化處理，盡量多得保持低洼點的高程。平坦區域可以少采點，然后通過內插數據的方法生成三維地形表面。生成三維地形表面有兩種差值方法，線性插值和非線性插值。線性插值就是一次多項式進行計算，非線性插值就是多次多項式進行計算。線性插值出來棱角較多，非線性插值結果較為平滑，過渡自然。所以采用非線性插值較為合理。

把處理好的Grid 格式的文件導入到ERDAS 軟件中，并另存為IMG 格式。再將該區域的的多光譜圖像利用生成的IMG 的圖形進行幾何校正。

把經過投影變換和幾何校正的多光譜圖像在數據預處理模塊中生成DEM。在生成DEM 的時候，像元的設置的越大，其分析的精度就越小，處理時間越快，反之則精度大，而處理時間越慢。一般選擇X：20/Y：20 左右。可以根據分析的精確程度進行調整。

1.2 分析范圍的確定

此次洪水分析只是對低于預定高程的區域進行統計，對于現實情況中的上游河水，以及地表水流、低洼池塘等沒有在考慮范圍內。只是根據DEM 進行填充式的分析。

1.3 具體實現的方法及步驟

1.3.1 DEM 調入

三維可視化是以數字高程模型(DEM)為基礎，然后按照工作需要在DEM 上覆蓋遙感圖像、地理要素和文字符號標注等多種數據，生成三維地形景觀。

DEM 在數據預處理模塊中生成后引入圖像，步驟如下：

打開IMG 文件，在VirtualGIS 的下拉菜單中點擊Virtual Viewer視窗，File—open—DEM—Select Layer to Add 對話框，選擇需要處理的文件，并設置參數。文件的波段及詳細程度可以按需求進行設置。詳細程度的設置對數據處理的速度有影響，詳細程度越高其分辨率越高，體現的地面起伏越多?？梢酝ㄟ^多次調試達到需要的結果。圖1 為建立了DEM 的圖形。

圖1

1.3.2 直觀化調整視景特性

ERDAS IMAGINE 擁有的虛擬GIS 模塊具有三維飛行、虛擬世界、視域分析、動畫制作的強大功能。建立三維直觀化的視景為了方便直接的體現洪水的淹沒區域，從感官上給決策者提供判斷的依據。

在VirtualGIS 視窗菜單條View/Scene Properties—Scene Properties對話框中，Motion 欄目中設置漫游的速度、漫游距離等可以直觀的觀察地面的三維視圖。在DEM 欄目中設置垂直比例、地面顏色等，一般的垂直比例要大于1：1，這樣雖然有點失真，但是可以更加直觀的把地形的差異化表示出來。但是不要太大，否則模擬出來的視景較為突兀，缺乏了真實感。如圖2 為1：5 的處置拉伸。

圖2

1.3.3 創建三維全景視窗

在VirtualGIS 視窗菜單中選擇，View/Create Overview Viewer/ERDAS IMAGINE 創建全景視景窗，可以做到全局的洪水淹沒區的瀏覽。在VirtualGIS 視窗菜單中選擇Utilite/Select Properties/Eye(Target)Edit 對話框中可以設置觀測點的位置及觀測目標的位置，來設置視角。

1.3.4 創建洪水層

VirtualGIS 視窗菜單下File/New WaterLayer/Creat Water Layer，創建洪水層，此時就在視窗菜單欄中增加了一項Water 菜單，這里可以對洪水層進行參數設置。

用Create Fill Area 模式對前面創建的洪水層進行編輯，點擊菜單Water/Create Fill Area/Water Properties 后出現對話框，在該對話框中可以點擊Select Point 按鈕，并在虛擬視窗中點擊基準的點，那么該點的高程坐標就可以提取出來，可以修改洪水淹沒的基準高程，洪水填充顏色等，多次修改后可以產生不同基準下的淹沒區。

對淹沒區進行三維可視化模擬，使得洪災情況一目了然，給人直觀的認識。

圖3 淹沒前

圖4 淹沒后

如圖3 與圖4 對比因城市北面較低，淹沒后的城市北面出現了較大的淹沒區域。

1.3.5 洪水面積的統計方法

洪水淹沒區面積的統計相對淹沒可視化來講，通過數值的體現可以給分析者一個比較充分的更為理性的認識。在Creat Fill Area 中能夠得知填充洪水的面積，但是在高程的控制方面不是很完善，它需要知道實地的坐標，才能在要選擇的區域進行分析。

可以在Area Fill Attributes 中看到選擇區域的洪水面積，然后再更改該區域的基準高程，得到新的洪水淹沒面積。通過收集多年的降水及洪水淹沒的實際高程，可以更接近現實的把洪水淹沒區進行三維可視化的模擬，并統計出受災面積。

2 結語

使用ERDAS 對無源淹沒進行三維可視化模擬，使得對災區的淹沒范圍一目了然，依據降雨量對災區進行淹沒區分析，可以及時的對可能淹沒區域進行提前預警。

洪水淹沒的分析給政府制定防洪、治洪提供了理論依據，從而為進一步開展洪水治理工作開拓了更廣闊的前景。

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［2］孫家抦，舒寧，關澤群.遙感原理、方法和應用[M].

［3］李天文，吳琳，曹穎.基于渭河下游DEM 的洪水淹沒分析與模擬[J].水土保持通報，2005（4）.