基于MapGIS的离散点追踪剖分等值线技巧探讨
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基于MapGIS的离散点追踪剖分等值线技巧探讨
【摘要】等值线图是在二维平面上把一种空间分布现象中具有相同数值的点连接而成的图形。
它是数据与图像的结合，使人能够很好地看到数据变化的趋势，直观地看到计算机模拟的结果，因此它是众多领域成果表示的重要图件之一。
本文通过对MapGIS软件DTM模块中根据不均匀离散点做等值线的探讨，指出了运用DTM模块绘制等值线时应注意的一些问题，详细介绍了绘制等值线的方法步骤以及笔者在工作中的经验技巧。
【关键词】MapGIS，DTM，不均匀离散点，等值线
1、前言
MapGIS是具有自主版权的大型基础地理信息系统软件。
在计算机软、硬件支持下，集数字制图、数据库管理及空间分析为一体的空间信息系统，是进行现代化管理与决策的先进工具。
它的主要功能包括数据采集与编辑、空间数据管理、空间分析、数据输出等。
等值线图是一种应用非常广的图形，它是在二维平面上把一种空间分布现象中具有相同数值的点连接而成的图形。
它是数据与图像的结合，使人能够很好地看到数据变化的趋势，直观地看到计算机模拟的结果，因此它是众多领域成果表示的重要图件之一。
DTM（数字地面模型）的发展应用为各种地形特征及专题属性的定量分析和不同类型专题图的自动绘制提供了基本数据。
MapGIS的DTM分析模块就是从离散数据构造出相互连接的网络结构，以此作为地形的数字模型基础，然后利用计算机自动生成各类专业地学图件并进行各类专业分析。
因此采用MapGIS的DTM分析模块，根据离散高程点（或者其他特征点）绘制等值线是一种很科学有效的方法。
2、用MapGIS做等值线的流程
2.1 准备工作
原始数据很可能是最基本的文本或表格，比如包含离散点的x，y坐标和特征值以及其他属性字段的Excel或者txt文件。
因此首先应当对基本数据进行整理，筛选出满足专题图需要的属性字段(x,y坐标和特征值这三个字段必不可少，其他属性可选择性保留)，做成txt文件。
这样这些原始数据就可以通过MapGIS
的“用户文件投影变换”功能生成需要的离散点文件，为后续做等值线提供基础数据。
2.2 形成高程文件的方法选择
MapGIS的DTM分析模块可以完成从点文件中提取”高程”点，然后通过空间插值形成高程文件。
软件提供两种模型供选择，分别为GRD模型和TIN模型。
对于不规则分布、密度极不均匀的点文件，采用TIN模型能得到较好的效果。
TIN模
型实质上是将原始数据点按一定规则分解成三角形剖分，然后在此基础上追踪出等值线图或进行其他分析。
与GRD模型相比，其最大好处是不必先对原始离散数据进行网格化处理，而是直接对非网格化数据或网格化数据进行等值线追踪或分析。
2.3 做等值线的流程
从离散的数据点，到一幅完整的等值线图，基本流程如图1所示：
图1 MapGIS绘制等值线图件基本流程
3、常见问题与解决方案
3.1 考虑实际地形地貌影响
以笔者做过的《广州市第四纪软土层分布图》为例，由于已知信息量有限（均为稀疏的离散钻孔点），且分布不均；另一方面由于研究区还要考虑河流、高山等实地地形地貌，再加上地质构造分布的地区差异性等，这都使得计算机自动绘制等值线图变得很困难。
比如，根据珠江两岸的钻孔点做软土等值线，仅仅依靠离散的钻孔点的话，做出的等值线很可能会跨越河流，这显然不符合实际；再如，广州东北部为中低山区，而已有钻孔点都散落在山间平地内，如果不考虑地形的影像，计算机生成的等值线就会很自然地穿过山丘……
为了克服这个难题，笔者尝试了这样一种方法：首先根据投影生成的钻孔点文件，总体检验钻孔中所含软土的大致分布是否符合广州整体地形，同时也把握了软土分布的整体概况；然后用先前取得的广州市的地形图或地质图作为底图（注意如果取得的地形图的比例尺和目标等值线比例尺不一致，需要实现将底图进行校正和投影变换），对含软土钻孔点进行分区。
具体做法是，优先考虑已有钻孔点的整体分布，根据地形图或者地质图将钻孔点分为若干区，做辅助线作为区的边界将该区内钻孔点包含在内。
比如东北部山区、大学城西南软土区、珠江北岸、珠江南岸等。
分区的目的就是要在这些不同区的边界添加辅助线加以干涉，以后沿辅助线添加虚拟钻孔点以避免等值线在两个区的边界处异常。
大区分割完毕后，针对区中个别异常点，再详细参照地形图或者地质图进行研究，搞清楚这些点所
在位置的地形或地质，以重新在这些异常点周围沿地质或地形图做边界线。
比如大范围的软土区可能会出现个别点钻孔内无软土，通过对照地形图发现，该异常点周边是一个丘陵，基本不含软土，这种情况下就在该若干异常点周围沿丘陵边界附加辅助边界线，形成软土大区内一个小区。
所有大区和小区勾画完毕后，就可以运用MapGIS7.0的“沿线生成点”功能，沿区边界线按一定步长生成密布虚拟钻孔点，并赋予实际软土厚度值（比如山地周边岩石出露区赋为0）。
这样，就能保证计算机生成的等值线在这些区的边界上跟实际地形和地质情况匹配。
所有辅助点做完之后，将已有的钻孔点和辅助点合并为一个点文件，即为做等值线所需的基础点文件。
这样根据基础点文件再插值追踪剖分等值线后，就能考虑实际地形地貌影响，做出的等值线能较好地吻合实际情况。
本例中做得辅助点与实际钻孔点分布如图2所示：
图2 实际钻孔点与辅助点分布示意图
（其中三角形为实际含软土钻孔点，圆形为实际不含软土钻孔点地形等高线周边小黑点为虚拟钻孔点）
3.2 局部等值线出现相交情况
从原理上讲，等值线是不能出现相交情况的。
但是如果离散点文件非常不均匀，疏密相差很大时，就容易在密集的点处出现等值线相交的情况。
这是因为计算机在进行空间插值后，追踪剖分等值线时选用的线型多为高次样条曲线，这样当某个位置离散点比较密集时，就很容易出现多条样条曲线在个别密集地方不能协调而产生了交叉，如图3所示。
图3 等值线相交情况示意图
这种情况下，根据笔者作图的经验可采取以下措施进行修正：（1）讲离散点进行抽稀，即选出特征值比较奇异（如与周围点相比显著偏大或者偏小）的点，将其删除，重新剖分等值线；（2）有时候只是出现等值线交叉，但是等值线之间的区并没有相交，这时可将等值线套的区“弧端提取线”，用提取的线替代原来的等值线即可。
3.3 等值线设置技巧
在等值线剖分设置窗口，选用适当的设置，能让等值线尽可能的满足要求。
笔者认为有以下几点比较重要。
（1）等值线的线参数设置：为了使剖分的等值线更加圆滑流畅，建议将默认的“折线”改为“曲线”；（2）等值线间隔设置：剖分等值线时默认的间距一般都不合适（比如都不是整数），用户要根据实际情况设置步长，甚至为了效果明显可以设定不等间距；（3）色阶的设置：同样的等值线间距和线条，如果等值区颜色设置不同，生成的等值线图将有较大的差别，因此建议用户根据做图要求，设定合适的色彩剃度，以最大可能地反映变化趋势。
4、结论
（1）基于MapGIS灵活的编辑功能和强大的分析功能，采用该软件能根据已有的离散点数据快速绘制各种等值线；
（2）根据实际情况并结合软件的实际特点，灵活运用各种功能，不断积累经验和总结技巧，能达到事半功倍的效果，也有利于做出效果良好的图件。
参考文献
[1] 吴信才. MapGIS地理信息系统[M]. 北京：电子工业出版社，2004
[2] 韩丽娜. 地质等值线图的生成与绘制(硕士学位论文)[D]. 西安：西安科技大学计算机系，2006
[3] 胡德鹏，黄晓平，任年海. 基于不规则三角网(T I N)的追踪等值线算法及对等值线光滑算法的研究[J]. 计算机与信息技术，2006（03）
作者简介
郑伟锋(1983.02～ )，男，广州大学土木工程学院结构工程专业硕士研究生。
