張躍飛 冷曉雷 陸玉明
(河南省地質(zhì)測繪總院,河南 鄭州 450006)
人類自古以來就開始研究洪水的災(zāi)害,分析研究的方法有好多種,而結(jié)合ERDAS IMAGINE 軟件進(jìn)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(shù)據(jù),其方法的準(zhǔn)確程度,需要進(jìn)一步研究。依靠海量的實地數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)可靠性的保障。但是預(yù)演和推算可以借助衛(wèi)星以及雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)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(qū)、同一時間發(fā)生的洪水災(zāi)害淹沒范圍的監(jiān)測數(shù)據(jù)差距大,獲取數(shù)據(jù)的方法不能覆蓋完整的區(qū)域;二是災(zāi)情的統(tǒng)計主要依據(jù)抽樣調(diào)查,時效性不足;三是災(zāi)情的估算缺乏依據(jù)或者片面。因此需要大區(qū)域的進(jìn)行洪水淹沒的分析對洪災(zāi)的準(zhǔn)確把握十分重要。
隨著GIS 技術(shù)的日趨成熟,很多研究人員將GIS 與水文模擬結(jié)合起來,對水災(zāi)多發(fā)地區(qū)進(jìn)行淹沒分析,從預(yù)警的視角研究水災(zāi)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(yù)演是ERDAS VirtualGIS 的強項,可以在事發(fā)前后進(jìn)行相關(guān)的淹沒區(qū)模擬,從而為決策提供依據(jù)。
ERDAS IMAGINE 可以生產(chǎn)數(shù)字高程模型,可以清楚的確定洪水威脅的地區(qū),對于高程低的地方可以劃為高危險區(qū)域,無論對防災(zāi)減災(zāi)還是災(zāi)后處理都有著參考價值,甚至是經(jīng)濟(jì)開發(fā)選址方面都有一定的作用。
首先要在所要分析的區(qū)域圖上生成DEM,將已有圖件在Arcview中進(jìn)行矢量化處理,盡量多得保持低洼點的高程。平坦區(qū)域可以少采點,然后通過內(nèi)插數(shù)據(jù)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(jìn)行計算,非線性插值就是多次多項式進(jìn)行計算。線性插值出來棱角較多,非線性插值結(jié)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(dǎo)入到ERDAS 軟件中,并另存為IMG 格式。再將該區(qū)域的的多光譜圖像利用生成的IMG 的圖形進(jìn)行幾何校正。
把經(jīng)過投影變換和幾何校正的多光譜圖像在數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中生成DEM。在生成DEM 的時候,像元的設(shè)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(jù)分析的精確程度進(jìn)行調(diào)整。
此次洪水分析只是對低于預(yù)定高程的區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計,對于現(xiàn)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(nèi)。只是根據(jù)DEM 進(jìn)行填充式的分析。
1.3.1 DEM 調(diào)入
三維可視化是以數(shù)字高程模型(DEM)為基礎(chǔ),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(biāo)注等多種數(shù)據(jù),生成三維地形景觀。
DEM 在數(shù)據(jù)預(yù)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,F(xiàn)ile—open—DEM—Select Layer to Add 對話框,選擇需要處理的文件,并設(shè)置參數(shù)。文件的波段及詳細(xì)程度可以按需求進(jìn)行設(shè)置。詳細(xì)程度的設(shè)置對數(shù)據(jù)處理的速度有影響,詳細(xì)程度越高其分辨率越高,體現(xiàn)的地面起伏越多。可以通過多次調(diào)試達(dá)到需要的結(jié)果。圖1 為建立了DEM 的圖形。
圖1
1.3.2 直觀化調(diào)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(xiàn)洪水的淹沒區(qū)域,從感官上給決策者提供判斷的依據(jù)。
在VirtualGIS 視窗菜單條View/Scene Properties—Scene Properties對話框中,Motion 欄目中設(shè)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(shè)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(chuàng)建三維全景視窗
在VirtualGIS 視窗菜單中選擇,View/Create Overview Viewer/ERDAS IMAGINE 創(chuàng)建全景視景窗,可以做到全局的洪水淹沒區(qū)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(shè)置觀測點的位置及觀測目標(biāo)的位置,來設(shè)置視角。
1.3.4 創(chuàng)建洪水層
VirtualGIS 視窗菜單下File/New WaterLayer/Creat Water Layer,創(chuàng)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(jìn)行參數(shù)設(shè)置。
用Create Fill Area 模式對前面創(chuàng)建的洪水層進(jìn)行編輯,點擊菜單Water/Create Fill Area/Water Properties 后出現(xiàn)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(zhǔn)的點,那么該點的高程坐標(biāo)就可以提取出來,可以修改洪水淹沒的基準(zhǔn)高程,洪水填充顏色等,多次修改后可以產(chǎn)生不同基準(zhǔn)下的淹沒區(qū)。
對淹沒區(qū)進(jìn)行三維可視化模擬,使得洪災(zāi)情況一目了然,給人直觀的認(rèn)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(xiàn)了較大的淹沒區(qū)域。
1.3.5 洪水面積的統(tǒng)計方法
洪水淹沒區(qū)面積的統(tǒng)計相對淹沒可視化來講,通過數(shù)值的體現(xiàn)可以給分析者一個比較充分的更為理性的認(rèn)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(biāo),才能在要選擇的區(qū)域進(jìn)行分析。
可以在Area Fill Attributes 中看到選擇區(qū)域的洪水面積,然后再更改該區(qū)域的基準(zhǔn)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(xiàn)實的把洪水淹沒區(qū)進(jìn)行三維可視化的模擬,并統(tǒng)計出受災(zāi)面積。
使用ERDAS 對無源淹沒進(jìn)行三維可視化模擬,使得對災(zāi)區(qū)的淹沒范圍一目了然,依據(jù)降雨量對災(zāi)區(qū)進(jìn)行淹沒區(qū)分析,可以及時的對可能淹沒區(qū)域進(jìn)行提前預(yù)警。
洪水淹沒的分析給政府制定防洪、治洪提供了理論依據(jù),從而為進(jìn)一步開展洪水治理工作開拓了更廣闊的前景。
[1]黨安榮,王曉棟,陳曉峰,張建寶.ERDAS IMAGINE 遙感圖像處理方法[M].
[2]孫家抦,舒寧,關(guān)澤群.遙感原理、方法和應(yīng)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).