分析ArcGIS的地形圖數(shù)字化與三維再現(xiàn)

地形圖的數(shù)字化是地學(xué)研究發(fā)展提出的新需求，ArcGIS的出現(xiàn)與應(yīng)用不僅滿足了這一需求，還實(shí)現(xiàn)了地形圖三維再現(xiàn)，使地學(xué)研究突破傳統(tǒng)方法的束縛，加快了其進(jìn)步發(fā)展速度。

1　ArcGIS

ArcGIS是由ESRI研發(fā)的全新GIS軟件，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。該軟件是開放式GIS平臺(tái)，功能全面，包括數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)顯示和自定義分析等。它由若干子系統(tǒng)構(gòu)成，其中，Ar cMap的作用是對(duì)地圖進(jìn)行分析、實(shí)時(shí)顯示與查詢；ArcCatalog的作用是幫助用戶管理各類信息；ArcToolbox的作用是分析、處理數(shù)據(jù)；ArcScene的作用是提供三維場景，能實(shí)現(xiàn)與柵格數(shù)據(jù)等的交互；Ar cGlobe屬于3D分析模塊，可滿足瀏覽全球地理信息等功能要求?；诖耍珹rcGIS在制圖編輯方面具有一體化特征，數(shù)據(jù)管理方便快捷，開發(fā)靈活，且分析功能強(qiáng)大。

2　地形圖數(shù)字化與三維再現(xiàn)

以某研究區(qū)為例進(jìn)行分析，該區(qū)轄24個(gè)鎮(zhèn)，314個(gè)行政村，人口總數(shù)為87萬人。全區(qū)均為亞熱帶季風(fēng)氣候，降水、光照充足。全區(qū)總占地達(dá)3084.6km2，地形狹長，整體地貌相對(duì)復(fù)雜，南、北兩側(cè)較高，中間較低。1∶1000地形圖，采用1956年黃海高程系和西安8 0坐標(biāo)系。

2.1　地圖掃描

掃描是指把紙質(zhì)地圖轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的矢量圖，在數(shù)字化過程中先通過對(duì)紙質(zhì)地圖的掃描來獲取柵格地圖。為減少對(duì)存儲(chǔ)空間的占用，一般將掃描之后獲得圖像以*.jpg的格式進(jìn)行保存。在對(duì)不同地形圖進(jìn)行掃描時(shí)，應(yīng)選擇適宜分辨率，當(dāng)空間要素稀疏時(shí)，分辨率為300dpi；當(dāng)空間要素密集時(shí)，分辨率為600dpi，這樣做的目的是為了更好分辨要素。圖像質(zhì)量決定了矢量化精度以及工作量，所以，紙質(zhì)圖必須清晰，特別是矢量化重點(diǎn)部分，掃描時(shí)將圖紙平整擺放，不能有卷皺，否則將產(chǎn)生偏差。

2.2　數(shù)據(jù)加載

啟動(dòng)軟件，單擊“文件”按鈕，選擇“打開”一欄，然后在對(duì)話框當(dāng)中選定圖像文件，這樣就可以打開相應(yīng)的柵格圖像。在圖像打開之后，應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成灰度圖，操作方法為：單擊“圖像”按鈕，選擇“圖像轉(zhuǎn)換”一欄，然后在對(duì)話框當(dāng)中選定需要的轉(zhuǎn)換類型，以此完成對(duì)圖像的轉(zhuǎn)換。

2.3　等高線圖層的定義

為便于管理與應(yīng)用，應(yīng)以空間數(shù)據(jù)特征為依據(jù)，分層處理所有地理要素，再將其存儲(chǔ)于圖層當(dāng)中。具體操作方法為：在工具欄中找出并點(diǎn)擊“圖層定義”按鈕，將新圖層名稱，即“等高線”輸入至管理窗口，點(diǎn)擊“添加”，生成圖層。為增強(qiáng)視覺效果，定義完成之后可在對(duì)話框中選擇適合的顏色與線型，線粗為1個(gè)像素，可以改成2個(gè)，以提高等高線清晰度。

2.4　控制點(diǎn)的添加

根據(jù)經(jīng)緯網(wǎng)，利用編輯器插入控制點(diǎn)，對(duì)其坐標(biāo)值或者經(jīng)緯度進(jìn)行輸入。在采集過程中，控制點(diǎn)數(shù)目根據(jù)要求而定，應(yīng)在圖像當(dāng)中均勻分布，在確定具體位置時(shí)要對(duì)圖像進(jìn)行放大，以便保證準(zhǔn)確度。采集完畢后立即保存，獲取控制點(diǎn)文件。

2.5　等高線的數(shù)字化

利用軟件可對(duì)線段進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，所以等高線的矢量化能通過交互式跟蹤來實(shí)現(xiàn)。然而，盡管軟件有矢量化工具，但因圖像內(nèi)容趨于復(fù)雜，如果只采用現(xiàn)有的工具，會(huì)造成拓?fù)溴e(cuò)誤，使后期編輯困難。對(duì)此，本著高效、準(zhǔn)確、便捷的原則，必須使用交互式跟蹤完成矢量化。具體操作方法為：激活待矢量化圖層，將圖像調(diào)整至適宜大小，單擊“線段編輯”，從底圖其中一段等高線開始進(jìn)行矢量化。期間，鼠標(biāo)會(huì)在斷開、交接位置停頓，要求操作人員選定后續(xù)方向，到達(dá)另外一端后停止。

2.6　等高線賦值

完成等高線的屏幕矢量化后，就應(yīng)當(dāng)為每一條等高線賦高程值。高程值將自動(dòng)以屬性數(shù)據(jù)的格式來存儲(chǔ)。操作方法∶ 單擊工具欄上的等高線標(biāo)注按鈕，根據(jù)底圖上的等高線高程標(biāo)識(shí)來標(biāo)注一組等高線的高程值，直到每一條等高線都標(biāo)注完成。

2.7　檢查與修改

為使等高線準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)檢查全圖。借助軟件編輯功能，能方便的完成下列操作：補(bǔ)充缺失的等高線；修改錯(cuò)誤等高線；處理斷開的相同等高線；查看等高線實(shí)際情況；檢查等高線賦值；修改等高線賦值。

2.8　數(shù)據(jù)導(dǎo)出

為對(duì)等高線數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析與三維顯示，應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為*.sh p格式。軟件可將數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)格式的文件，并將屬性值以*.DBF的格式進(jìn)行保存，同時(shí)生成索引文件。具體操作方法為：單擊“文件”，選擇“輸出”按鈕，輸入文件名后選擇保存的類型，點(diǎn)擊“確認(rèn)”，完成數(shù)據(jù)導(dǎo)出。數(shù)據(jù)文件格式如表1所示。

表1　數(shù)據(jù)文件格式

2.9　三維再現(xiàn)

軟件三維分析模塊主要利用表面表示的方法對(duì)三維模型進(jìn)行構(gòu)建，基于數(shù)字化的等高線圖層，能實(shí)現(xiàn)對(duì)DEM的創(chuàng)建。其步驟為：啟動(dòng)ArcScene軟件，對(duì)Analyst模塊進(jìn)行加載。通過對(duì)這一模塊的加載，能對(duì)地形表面數(shù)據(jù)施以分析與動(dòng)態(tài)顯示。首先，單擊“Create/Modify TIN”→“Create TIN From Features”，選擇已經(jīng)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件，對(duì)Tagvalue field等進(jìn)行設(shè)置，選擇文件名稱與具體位置，最后完成TIN文件的生成與輸出。

3　結(jié)束語

地形圖的數(shù)字化及其三維再現(xiàn)在目前快速發(fā)展的地學(xué)研究領(lǐng)域有重要現(xiàn)實(shí)意義，借助ArcGIS軟件，采用傳統(tǒng)紙質(zhì)地形圖進(jìn)行數(shù)字化，生成矢量數(shù)據(jù)后再完成三維再現(xiàn)，大量減少工作量，為數(shù)據(jù)獲取提供新方法。