基于MAPGIS的DEM制作技术研究.pdf

第36卷 第4期陕西师范大学学报自然科学版Vol. 36 No. 4 2008年7月Journal of Shaanxi Normal University Natural Science EditionJul. 2008 文章编号16722429120080420089204 收稿日期2007211230 基金项目国家自然科学基金资助项目40771019 ;陕西师范大学研究生培养创新基金资助项目 作者简介高孟绪,男,硕士研究生,研究方向为资源环境遥感与地理信息系统. 3 通讯作者任志远,男,教授,博士研究生导师. 基于MAPGIS的DEM制作技术研究 高孟绪, 任志远 3 , 薛 亮, 贺伟光 陕西师范大学 旅游与环境学院,陕西 西安710062 摘 要结合具体的项目工程,主要以MAPGIS软件对DEM制作的过程和遇到的技术问题进行 了探讨研究,比较分析了不同数据转换方式的差异,有效地实现了从DGN格式数据到最终DEM 的生成,并在制作过程中优化了数据流程. 关键词数字高程模型;地形图;数据转换; MAPGIS 中图分类号 TP319 文献标识码 A Study of DEM drawing technology based on MAPGIS GAO Meng2xu , REN Zhi2yuan , XUE Liang , HE Wei2guang College of Tourism and Environment Science , Shaanxi Normal University , Xi′an 710062 , Shaanxi , China Abstract With a project , the drawing were researched by MAPGIS and the other GIS software , and the author analyzed the difference during different data conversion. Furthermore , The author produce DEM from data of DGN at successfully , and make the process as effective as possible. Key words digital elevation modelDEM ; relief map ; data conversion ; MAPGIS 数字地形模型Digital Terrain Model , DTM 是地形表面形态属性信息的数字表达,是带有空间 位置特征和地形属性特征的数字描述,它最初是为 了高速公路的自动设计而提出来的[1],后来在测绘 中被用于绘制等高线、 坡度坡向图以及地图的修测 等,在遥感应用中用作分类的辅助数据,同时在地理 信息系统也有着重要应用.当数字地形模型中地形 属性为高程时称为数字高程模型Digital Elevation Model , DEM ,由于高程是地理空间中的第三维坐 标,对于传统的二维数据结构是一种必要的补充,因 此数字高程模型是各种地学分析、 工程设计和辅助 决策的重要基础性数据,有着广泛的应用领域[226]. 随着计算机软硬件技术的飞速发展,4D产品 DL G、DRG、DEM、 DOM在城市规划建设、 政府 宏观决策等多个领域得到广泛的应用,而DEM是 建立DTM的基础数据,其他的地形要素都可由 DEM直接或间接产生,如坡度、 坡向等.但如何以经 济、 方便的方式从间接介质如纸质地形图中生产 高精度的数字高程模型DEM ,一直是人们思考和有 待解决的问题.本文结合具体的项目工程,主要以 MAPGIS软件对DEM制作的过程和遇到的技术问 题进行探讨. 1 数据来源与技术路线 1. 1 数据来源与技术平台 项目区的1∶1万的纸质地形图基本等高距为 5 m ,项目区的DGN格式原始数据,该数据文件中 等高线已在DGN软件中进行了矢量化,同时保留 有高程控制点. 技术平台主要为地理信息系统软件MAPGIS 6. 7、ArcView 3. 3和遥感软件ERDAS IMAGINE 8. 5 ,其中MAPGIS是由中地数码生产的一款优秀 的国产GIS平台软件,主要用于城市规划、 测绘、 地 质查勘、 矿山测量等领域,其图形数据按点、 线、 面文 90 陕西师范大学学报自然科学版第36卷 件分别存储,利用工程文件把各种文件组织在一起. ArcView是美国环境系统研究所ESRI生产的一 款优秀的桌面GIS软件,可以方便地制作各种专题 地图,同时也具有较强的空间查询和分析功能[7]. ERDAS IMAGINE是美国ERDAS公司开发的专 业遥感图像处理与GIS软件,以模块化的方式提供 给用户,并最大限度地满足用户的专业应用要求. 1. 2 技术路线 主要技术路线如图1所示. 图1 主要技术路线图 Fig. 1 Technological route of the study 2 数据处理与结果 2. 1 点和线文件的导入 MAPGIS软件自身具有数据转换功能,所以对 于点文件转换采用MAPGIS软件自身的转换功能 进行.在线文件的转换中,虽然可以利用MAPGIS 软件直接进行转换,但转换后的数据丢失了原本 DGN格式保有的丰富的属性信息,不仅需要后期进 行大量的手工编辑工作,而且也很难控制数据质量. 而利用ArcView软件通过SHAPE格式导入线则 可保存有更丰富的属性信息. 在利用ArcView软件进行数据处理过程中,添 加Extensions下的Cad Reader扩展功能,以支持 DGN格式读入,并且加载源文件时,只加载DGN 格式中的line文件,然后借助于 【Theme】 菜单下的 Convert to Shapefile功能将DGN格式的line文件 转换成. shp格式,保存后退出ArcView 3. 3 ,再通 过MAPGIS将转换成SHAPE格式的line文件导 入间接完成线文件的转换.经过这样转换的线文件 保存了更丰富的属性信息. 完成文件转换后,在MAPGIS的文件编辑界面 依次加入前面转换的点和线文件,并建立工程文件, 然后在该工程下进行等高线的编辑工作[8]. 2. 2 高程的编辑 在等高线的编辑中,首曲线和计曲线具有重要 的意义.首曲线,又称基本等高线,即按相应比例尺 地图规定的基本等高距,由零点高程基准面起算 而测绘的等高线.计曲线,又称加粗等高线,为了读 图判读等高线高程的方便而使加粗等高线的高程为 整数倍,由零点起算每隔4根首曲线即5倍于基本 等高距加粗描绘的首曲线.基于首曲线和计曲线对 于高程值的判断赋值很有帮助,所以利用MAPGIS 区分首曲线和计曲线. 由于项目区中的DGN格式的原始数据中对于 等高线的首曲线和计曲线已经分别以编号4和41 作了区别处理,所以可以先使线文件处于可编辑状 态,然后利用 【C检查】 菜单项下的选项,通过结合属性结构选择框中的选项和相 应的属性内容正确判断出编号为4的计曲线和编号 为41的首曲线,并通过选择选项, 分别更改计曲线和首曲线的颜色及所在图层,从而 方便进一步进行高程值的编辑. 对首曲线和计曲线分别赋予不同颜色后,则可 以根据高程控制点并结合纸质地形图对等高线赋 值.在编辑过程中灵活运用各种编辑工具,完成所有 线的高程值赋值后,在MAPGIS下进行 “线拓扑错 误检查” 和 “重叠线检查”,以保证数据质量. 2. 3 文件的输出和再编辑 完成高程赋值后,高程文件的格式为. WL线文 件格式,仍要进一步转换编辑才能最终进行DEM 的生成工作.进入MAPGIS的文件转换界面,将已 经完成高程编辑的. WL线文件载入,进行线文件的 输出转换. 经测试直接用 【O输出】 菜单项下的选项,导出. shp格式文件会发生错 误,而改用选项,选中 EL EVATION高程字段,则可正确得到. dxf格式的 线文件.在MAPGIS中完成高程赋值并正确转出线 文件后,可以利用ArcView 3.3和ERDAS IMAGINE 8.5进一步进行高程值的检查和修改编辑. 2. 3. 1 在ArcView中检查 首先查看有无0值和 高程突变值,在ArcView 3. 3中加载转换成. dxf格 式的line文件,然后转换成. shp格式.在属性表选 中Elevation高程字段,分别按降序和升序排列,查 看有无0值和突变值.修改有错误的值并将多余的 0值删除. 再次 查 看 计 曲 线 是 否 标 对,利 用 Query 第4期高孟绪 等基于MAPGIS的DEM制作技术研究91 Builder工具,在对话框中查询语句 [Layer] “4” 高亮显示计曲线,查看计曲线是来否存在赋值 错误,也可调入DGN格式中的line和annotation 文件进行对比辅助确定错误所在,或利用图例编辑 器通过对不同信息赋不同颜色以辅助查错,对于有 错误的高程值进行修改. 2. 3. 2 在ERDAS IMAGINE中检 查 借 助 ERDAS IMAGINE 8. 5的DataPrep模 块 下 的 【Create Surface】,在打开的3D Surfacing窗口下 中,点击File Read打开新的对话框,然后做如 图2设置以加载数据. 图2 数据加载选项设置 Fig. 2 The option setting of data load 进行正确设置后点OK读入文件,选中Surface - - Surfacing ,在弹出的对话框中输入文件名确定 后开始进行.img文件形式的DEM生成.在Viewer 模块下读入生成的DEM文件并调入. shp格式的线 文件,借助属性值检查并在. shp文件中修改变化明 显的区域. 2. 4 DEM生成 经过转换输出和最终的错误检查和修改后,得 到高程值正确的. shp文件,这时已经完成了等高线 的正确赋值过程,在ERDAS IMAGINE中按照前 面的设置则可以重新生成DEM ,此时生成的DEM 已经符合使用要求,并可从中进一步提取其他相关 信息数据. 3 主要技术分析 3. 1 数据转换 对于点文件转换采用MAPGIS自身的转换功 能,而线文件的转换虽然也可以利用MAPGIS软件 直接进行转换,但转换后的数据却丢失了原本DGN 格式保有的丰富的属性信息,这样在数据的后期使 用过程中不仅需要进行大量的手工编辑工作,而且 也很难控制数据质量. 通过多次尝试优化流程,最终利用ArcView软 件通过SHAPE格式进行转换导入,既保存了原来 DGN格式丰富的属性信息,而且不同图层信息的存 放与ArcView中的属性表有相类似的地方,也更加 方便实用. 通过比较两种不同方法的属性表字段,可以发 现与原DGN格式相比,利用MAPGIS直接转换和 通过ArcView的. Shp格 式 间 接 转 换 再 利 用 MAPGIS转换后,线文件所具有的属性信息发生了 很大变化,如表1所示. 表1 不同转换方式的比较 Tab. 1 the comparison of different conversion 字段类型原DGN格式 利用MAPGIS 直接转换 通过ArcView 间接转换 ID无有有 长度无有有 Shape有无有 Entity有 以属性字 段出现 有 Layer有无有 Level有无有 Elevation有无有 Color有无有 由于利用ArcView间接转换后的线文件在 MAPGIS中保有了原DGN格式的丰富信息,一方 面减少了原来字段的手工添加工作,另一方面使得数 据质量更容易控制,也更有利于高程值的正确编辑. 3. 2 高程编辑 经实验发现,必须将不同图层如首曲线和计曲 线利用MAPGIS软件的更改线参数功能写入相应 信息,否则数据导出后信息将位于同一图层,从而不 利于进一步编辑修改. DEM的制作不同于一般的数据输出,不只是进 行简单的赋值,虽然项目原始数据已经数字化,但还 有许多要修改的地方,比如河流两侧的等高线理论 上要对称等,这些都要在高程赋值时做修编[9].同时 在对高程值进行判断时,如果在局部范围内不能判 断出高程值时,应放眼数据所在的整个地形图,甚至 是相邻图幅,并借助纸质图纸辅助判断. 而且与高程无关的线、 标注等应在高程赋值时 删除掉,对于数字化时过分生硬的线,也应酌情增加 92 陕西师范大学学报自然科学版第36卷 拐点,以利于DEM的最终生成. 4 结论与讨论 本文主要以MAPGIS软件对DEM制作的过 程和遇到的技术问题进行探索与研究,以MAPGIS 软件为主,结合其他地理信息系统相关软件有效地 实现了从DGN格式数据到最终DEM的生成,并在 实际制作过程中通过不断实践尝试优化了数据制作 流程,不仅使得数据的完整性及准确性得到很大的 提高,而且缩短了数据转换时间. 不同地理信息系统软件一般都有自己特定的数 据格式,因此不同软件之间进行数据转化时通常都 会有信息丢失或发生错误的问题产生,所以深入研 究软件自身支持的数据格式,对于不同软件之间数 据的转换将有积极作用[10 ,11]. 随着信息化进程的加快,数据共享的要求越来 越高,因此解决不同软件之间数据转换产生的一系 列问题,以减少通过数据转换带来的数据丢失或产 生数据冗余意义重大,而对于不同软件间通用数据 格式的规范化也有极其重要的意义. 参考文献 [1]朱长青,史文中.空间分析建模与原理[M].北京科学 出版社,2006 1362142. [2] Baishawa A ,Arvind C. Digital terrain model Elevation extractionandaccuracyassessment.Journalof Surveying Engineering , 19975 71276. [3]邬伦.地理信息系统 原理、 方法和应用[M].北京 科学出版社,2001 1332138. [4]黄杏元,马劲松,汤勤,等.地理信息系统概论[ M].北 京高等教育出版社,2001 1412153. [5]吴信才.地理信息系统设计与实现[M].北京电子工 业出版社,2002 1702189. [6]杨族桥,郭庆胜,牛冀平,等. 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