基于ArcGIS的河道地形圖高程數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

劉少聰 陳細潤 胡創(chuàng)

摘要：高程是描述河道數(shù)字化地形圖的基礎數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響河道地形圖的成果應用，因此河道數(shù)字化地形圖的高程數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查尤為重要。但在河道地形圖生產(chǎn)過程中，由于地形數(shù)據(jù)量大且復雜，高程數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查與修改工作十分困難。以溪洛渡庫區(qū)部分河道地形圖為例，利用ArcCIS軟件提取河道地形圖中的高程數(shù)據(jù)，借助ArcGIS中的3D analyst工具建立河道數(shù)字高程模型，并對其分層設色;通過顏色對比，可以快速、準確地找到異常的點或線，高效完成河道地形圖高程數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工作。

關鍵詞：高程數(shù)據(jù)檢查;河道地形圖;ArcGIS軟件;3D analyst;數(shù)字高程模型

中圖法分類號：P228

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j .cnki.slsdkb.2020.10.002

1 概述

水下地形數(shù)據(jù)與常規(guī)的地形數(shù)據(jù)不同[1]，水下地形圖在生成過程中，其等高線是不連續(xù)的，高程點的位置在高程值的小數(shù)點位置上。由于河道地形測量數(shù)據(jù)量大，加之在數(shù)字化地形圖生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)水深值存在測量誤差和等高線人工修正等人為錯誤，因此高程點、測量控制點以及等高線首曲線、計曲線和水邊線為質(zhì)量檢查的主要項目，其他項目為次要檢查項目。現(xiàn)階段河道數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查仍采用人工檢查方式，已難以適應河道數(shù)字化地形圖發(fā)展的需要。因此，需要采用一種新方法對河道數(shù)字化地形圖中的高程數(shù)據(jù)進行快速、準確的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。

ArcMap是ArcGIS軟件中一個可用于數(shù)據(jù)輸入、編輯、查詢、分析的應用程序，具有基于地圖的所有功能，可實現(xiàn)地圖制圖、編輯和分析等功能。ArcGIS3D analyst擴展模塊提供了一組功能全面的工具集，可完成各種任務。其中，地理處理工具可以創(chuàng)建并修改不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）、柵格和地形表面，然后從這些對象中提取信息和要素。本文利用ArcMap應用程序提取河道地形圖中的高程數(shù)據(jù)，借助Arc-Map中的3D analyst工具創(chuàng)建不規(guī)則三角網(wǎng)，生成河道數(shù)字高程模型（DEM），再對其分層設色，通過顏色對比，快速準確地找到異常的點或線，高效完成河道地形圖高程數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工作。

2 高程數(shù)據(jù)檢查方法

根據(jù)《國家基本比例尺地圖圖式第1部分：1：500、1：1000、1：2000地形圖圖式》[2]《長江河道觀測技術(shù)河道資料匯總與提交導則》[3]要求及要素內(nèi)容，將河道地形圖劃分為28個圖層，主要包括首曲線層、計曲線層、實測點層、水邊線層等，具體圖層劃分見表1。

首曲線層、計曲線層、實測點層和水邊線層中數(shù)據(jù)的主要錯誤有：高程賦值錯誤，高程值為0或9 999，同一點出現(xiàn)不同高程值等。這些錯誤在Arc-GIS軟件中有一個共同特點，即出現(xiàn)錯誤的高程數(shù)據(jù)與周圍正確的高程數(shù)據(jù)相比，數(shù)值差異性較大，ArcCIS軟件就是利用這個特點進行高程數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。

提取河道數(shù)字化地形圖中的高程數(shù)據(jù)，并對已賦值高程屬性的點和線進行內(nèi)插，構(gòu)建TIN模型，由TIN轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)的數(shù)字高程模型，參數(shù)設置見表2。

對DEM分層設色，檢查人員通過顏色對比可以快速、準確地找到異常的線或點，具體檢查步驟見圖1。

2.1 等高線高程值錯誤檢查

在ArcGIS軟件中，由首曲線、計曲線、水邊線和實測點構(gòu)建的DEM為平滑有序的曲面[4]。假設河道地形圖有一條等高線賦值錯誤或未對其賦值，可以很清楚地看到DEM顯示的暈色面中有一個顏色異于周邊色彩的條形色帶，通過識別屬性可以查看該條等高線的高程值。為了確定該等高線在河道地形圖中的位置，在ArcGIS軟件中打開實測點層和等高線層確定賦值錯誤的等高線位置，或通過識別等高線屬性信息查看該等高線的位置坐標。

2.2 等高線重合檢查

等高線重合主要是指兩個不同賦值的等高線重合。在ArcCIS軟件中，假如河道地形圖有兩個不同賦值的等高線重合，ArcCIS構(gòu)建DEM后，對其進行分層設色，顯示的暈色面與2.1中相一致，并通過ArcScene三維模塊顯示，該等高線區(qū)域為垂直的提坎;為了確定該等高線在河道地形圖中的位置，可以在ArcGIS軟件中通過識別該等高線屬性信息查看其位置坐標。

2.3 實測點高程錯誤檢查

假如河道地形圖有一個實測點高程值錯誤，由于該實測點高程與其周圍實測點和等高線的高程值差距較大，DEM顯示的暈色面同樣會出現(xiàn)一個顏色異于周邊色彩[5]的區(qū)域，該區(qū)域即是實測點高程錯誤的表現(xiàn)。由于河道地形圖中的實測點數(shù)量多且分布密集，難以通過在ArcGIS軟件中打開實測點層和等高線層確定該賦值錯誤實測點的位置。實測點定位可以解決該問題，即在顯示的DEM暈色面狀態(tài)下，識別該賦值錯誤的實測點的屬性信息，確定該實測點的位置坐標，然后通過該坐標在EPS軟件中搜索其位置，并對錯誤的實測點進行改正。

2.4 實測點重合檢查

實測點重合指同一個實測點有兩個不同的高程值。同樣地，若河道地形圖有一個重合的實測點，該實測點中錯誤的高程值與周圍實測點和等高線的高程值差距較大，則DEM暈色面中異色區(qū)域與2.3中一致，該區(qū)域為實測點錯誤高程值表現(xiàn)。通過實測點定位來識別該實測點的屬性信息，確定其位置坐標，然后根據(jù)坐標在EPS軟件中搜索其位置，而后對該錯誤的實測點區(qū)域進行分析，找出重合的實測點，或通過ArcScene模塊加載TIN模型[6]，則該重合點區(qū)域會呈現(xiàn)兩種顏色。

3 工程應用

3.1 測區(qū)概況

溪洛渡水庫位于金沙江的下游河段，庫區(qū)觀測范圍為白鶴灘壩址到溪洛渡壩址，全長199 km，其中有6條主要支流，分別為尼姑河、西溪河、牛欄江、金陽河、美姑河和西蘇角河。測區(qū)為高山峽谷地帶，山勢陡峻，河谷深切，河道呈“V”形河谷，峰谷高差1000 m以上。測量任務為完成溪渡水庫庫尾變動回水區(qū)河段水道地形測量，施測比例尺為1：2 000，施測高程為兩岸正常蓄水位時20 a一遇洪水水面線以上2m。測區(qū)河段見圖2。

3.2 河道地形圖高程數(shù)據(jù)檢查

經(jīng)過EPS軟件編輯后，溪洛渡庫區(qū)原始數(shù)據(jù)生成符合《國家基本比例尺地圖圖式第1部分：1：500、1：1 000、1：2 000地形圖圖式》《長江河道觀測技術(shù)河道資料匯總與提交導則》要求的地形圖。整個庫區(qū)EPS格式的地形圖按國標生成若干個50 cmx50cm圖幅的CAD圖，每幅圖按要素內(nèi)容劃分為28個圖層，主要包括首曲線層、計曲線層、實測點層、水邊線層等，將溪洛渡庫尾變動回水區(qū)局部河段道地形圖（dwg格式）導人ArcGIS中，提取實測點層、等高線層和水邊線層得數(shù)據(jù)，經(jīng)過實測點、等高線和水邊線數(shù)據(jù)內(nèi)插，構(gòu)建三角網(wǎng)TIN，最終得到DEM模型（見圖3）。

由圖3可發(fā)現(xiàn)以下錯誤：①線1、線2黃色色帶異于周圍色彩，通過ArcGIS軟件的識別功能顯示水邊線與等高線高程賦值為0;②區(qū)域1、區(qū)域5藍色區(qū)域異于周圍的色彩，通過識別位置，查看EPS數(shù)據(jù)與周圍數(shù)據(jù)無異常，進而發(fā)現(xiàn)該處有重合異常點;③區(qū)域2、區(qū)域3藍色區(qū)域異于周圍的色彩，通過識別位置，查找EPS中相應點，檢查水下點原始數(shù)據(jù)，查明水下點高程異常的原因;④區(qū)域4，6，7的色帶異于周圍色彩，通過識別位置，檢查該處EPS數(shù)據(jù)與周圍數(shù)據(jù)無異常，進而發(fā)現(xiàn)這3處均為等高線重合，且重合等高線其中一個賦值為0;⑤EPS中還有一條等高線賦值錯誤，584等高線被賦值為582，該等高線與周圍高程值接近，無法利用該方法發(fā)現(xiàn)錯誤，需要手動檢查。

經(jīng)檢查核對后，對EPS數(shù)據(jù)及CAD高程數(shù)據(jù)進行改正，重新生成DEM，見圖4。

4 結(jié)語

本文詳細闡述了利用ArcGIS軟件檢查河道地形圖中高程數(shù)據(jù)的方法，并對溪洛渡庫區(qū)部分河道地形圖進行了高程數(shù)據(jù)檢查。該方法能方便、快速地完成河道地形圖高程數(shù)據(jù)的檢查任務，但對于錯誤高程值與周圍高程值相近時，該方法并不適用，需手動檢查。

參考文獻：

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[2]GB/T 20257.1-2017國家基本比例尺地圖圖式第1部分：1：500、1：1000、1：2000地形圖圖式[S].

[3]王德厚，譚德寶，“數(shù)字長江”建設與水利科技發(fā)展[J].長江科學院報，2001，18（3）：43-46.

[4]劉剛，李紹虎，河道地形空間數(shù)據(jù)庫高程矢量化數(shù)據(jù)檢查方法[J].長江科學院報，2005（2）：29-31.

[5]杜甘霖，許捍衛(wèi)，錢海峰，等.基于GIS的水下地形矢量數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查方法探討[J].現(xiàn)代測繪，2011，34（6）：42-44. 50.

[6] 王文靜.淺談三維矢量地形要素的數(shù)據(jù)編輯及檢查[J].測繪標準化，2010，26（1）：44-45.

（編輯：李曉漾）

作者簡介：劉少聰，男，工程師，碩士，主要從事金沙江水文泥沙監(jiān)測工作。E-mail： 510595509@qq.com