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        基于DEM的洪水淹沒面積量算

        2013-11-24 12:29:34
        江西測(cè)繪 2013年2期
        關(guān)鍵詞:三角網(wǎng)多邊形洪水

        (江西省基礎(chǔ)測(cè)繪院 江西南昌 330001)

        1 引言

        我國是一個(gè)洪水多發(fā)性國家,每年因洪水淹沒造成的損失難以估計(jì)。特別是我們江西鄱陽湖地區(qū)更是洪水多發(fā)區(qū)。如果在洪水到來之前,我們能憑洪水的水位來計(jì)算洪水淹沒的面積的話,我們就可以有效組織、指揮抗洪搶險(xiǎn),盡量減少災(zāi)害損失的關(guān)鍵,具有十分重要的意義。

        2 不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)

        在數(shù)字地形建摸中,不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN-Triangulated Irregular Network)通過從不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)點(diǎn)生成的連續(xù)三角面逼近地形表面。即按地形特征采集的點(diǎn)根據(jù)一定規(guī)則連接成覆蓋整個(gè)區(qū)域且互不重疊的許多三角形,構(gòu)成一個(gè)不規(guī)則三角網(wǎng),通常稱為不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)。TIN模型的優(yōu)點(diǎn)是它能以不同層次的分辨率來描述地形表面;能較好地顧及地貌特征點(diǎn)、線,逼真地表示復(fù)雜地形起伏特征,并能克服地形起伏變化不,大地區(qū)產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)的問題,因此量算出來的面積精度高。DEM的別的建模形式也能用于面積量算,但精度較低。由于我們要求量算的面積精度高,故鄱陽湖地區(qū)選用不規(guī)則三角網(wǎng)DEM 進(jìn)行洪水淹沒面積的量算。

        3 洪水淹沒面積的量算方法

        先把制作DEM的矢量數(shù)據(jù)的點(diǎn)、線、多邊形和范圍線構(gòu)成的面轉(zhuǎn)換成SHP格式的點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù),再把SHP格式的點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)添加到ARCGIS 界面下,用ARCGIS的3D分析工具進(jìn)行構(gòu)TIN。TIN 構(gòu)好之后,進(jìn)行面積的量算。

        (1)由矢量數(shù)據(jù)創(chuàng)建TIN 方法:在ARCGIS中,可以使用一種或多種輸入數(shù)據(jù)一步創(chuàng)建TIN模型,也可以分步創(chuàng)建,并可以通過向已有TIN模型中添加要素實(shí)現(xiàn)對(duì)已有模型的改進(jìn)。TIN表面模型可以從格網(wǎng)點(diǎn)、隔斷線與多邊形中生成。格網(wǎng)點(diǎn)用來提供高程,作為生成三角網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)。

        點(diǎn)集:它是TIN的基本輸入要素,決定了TIN表面的基本形狀。TIN表面可以有效地對(duì)異質(zhì)表面建模型。在變化大的地方,使用較多的點(diǎn),對(duì)于較平坦的表面,使用較少的點(diǎn)。

        隔斷線:它可以是具有高度的線,也可以是沒有高度的線。在TIN中構(gòu)成一條或多條三角形的邊序列。隔斷線有“軟”隔斷線和“硬”隔斷線兩種。“硬”隔斷線用來表示表面上的不連續(xù)性,如溪流與河道可作為“硬”隔斷線加在TIN中以表示表面在其所在處的突然變化,從而可以改進(jìn)TIN表面的顯示與分析?!败洝备魯嗑€即添加在TIN表面上用以表示線性要素但并不改變表面坡度的邊。比如,要標(biāo)出當(dāng)前分析區(qū)域的邊界,可以在TIN表面上用“軟”隔斷線表示出來,不會(huì)影響表面的形狀。多邊形表面要素有四種類型:裁切多邊形;刪除多邊形;替換多邊形;填充多邊形。在創(chuàng)建TIN的過程中,多邊形要素被集成到三角形中,作為三條或更多的三角形邊所組成的閉合序列。在TIN表面中使用隔斷線與多邊形,可以更好地控制TIN表面的形狀。

        多邊形:它是用來表示具有一定面積的表面要素,如湖泊、水體,或用來表示2 區(qū)域的邊界。邊界可以是群島中單個(gè)島嶼的海岸線或某特定研究區(qū)的邊界。

        創(chuàng)建TIN的步驟:①選擇創(chuàng)建TIN所用的要素圖層;②選擇要使用的其它要素;③對(duì)每個(gè)要素,進(jìn)行以下操作:先進(jìn)入3D分析---創(chuàng)建/修改TIN---從要素到創(chuàng)建TIN 進(jìn)入構(gòu)TIN 界面,再分別勾上點(diǎn)、線、面,點(diǎn)、線、面分別對(duì)應(yīng)的選擇(即選擇幾何字段;選擇高程字段;選擇要素合成方式,包括點(diǎn)集、隔斷線或多邊形;選擇標(biāo)志值字段)如下圖;④設(shè)置好存放路徑及名稱,點(diǎn)擊確定系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)進(jìn)行創(chuàng)建TIN。

        (2)量算方法:TIN 構(gòu)好之后,進(jìn)入3D分析--表面分析--面積和體積界面下進(jìn)行面積的量算:首先計(jì)算范圍內(nèi)的總面積:進(jìn)入面積和體積界面下看此圖的最高或最低高程,如下圖最大高程為27.66,則在平面高程度中輸入30,再點(diǎn)擊計(jì)算平面下方的統(tǒng)計(jì)值,點(diǎn)擊計(jì)算統(tǒng)計(jì)值即可得到范圍內(nèi)的總面積(如在平面高度內(nèi)輸入低于最小值的高程如10的話,則點(diǎn)擊計(jì)算平面上方的統(tǒng)計(jì)值,點(diǎn)擊計(jì)算統(tǒng)計(jì)值也可得到范圍內(nèi)的總面積)。只有在計(jì)算的總面積和理論面積(理論面積是直接用范圍線再和別的軟件計(jì)算出來的面積,我們這次的理論面積是用GEOWAY 軟件計(jì)算的)相差很小很?。础居?jì)算面積-理論面積】/理論面積的值小于0.004)的情況下,方可計(jì)算某一高程值的洪水淹沒面積,如果計(jì)算的總面積和理論面積相差較大,則應(yīng)查找原因,一般的是構(gòu)TIN的范圍和范圍線不符,這時(shí)應(yīng)該周圍加一些特征線使得構(gòu)TIN的范圍和范圍線一樣即可。

        某一高程值的洪水淹沒面積的量算:如計(jì)算高程值為19米內(nèi)的洪水淹沒面積,則平面高程度中輸入19米的高程,點(diǎn)擊計(jì)算平面下方的統(tǒng)計(jì)值,點(diǎn)擊計(jì)算統(tǒng)計(jì)值即可如下圖:高程值為19米洪水淹沒的2D 面積為6994064.94 平方米,表面面積為7044942.53 平方米,體積為18553156.64 立方米。我們這次計(jì)算鄱陽湖某一高程值的洪水淹沒面積采用的是2D 面積的值。再計(jì)算高程值為19米外的洪水淹沒面積,量算方法跟上術(shù)方法是一樣的,只是高程值為19米外的洪水淹沒面積應(yīng)點(diǎn)擊計(jì)算平面上方的統(tǒng)計(jì)值。量算為19米外的洪水淹沒面積是為了檢查量算的精度。

        4 量算精度的控制

        (1)總面積量算精度的控制:只有【計(jì)算面積-理論面積】/理論面積的值小于0.004 才算合格。

        (2)某一高程值洪水淹沒面積量算精度的控制:如高程值為19米,只有【(19米內(nèi)的洪水淹沒面積+19米外的洪水淹沒面積)-理論面積】/理論面積的值小于0.004 才算合格。如果大于等于0.004,則應(yīng)查看高程值為19米處的平山角(即構(gòu)成三角網(wǎng)的高程值全為19米),因?yàn)橛么朔椒ㄟM(jìn)行面積統(tǒng)計(jì),它不計(jì)算高程值剛好是19米的面積,這時(shí)應(yīng)在有平三角的地方加一些正確的高程值的特征線消除這些平山角,只要消除了平三角,量算精度就會(huì)合格。每一個(gè)高程值都是如此,即可保證任何高程值的洪水淹沒面積量算的精度都小于0.004。

        5 結(jié)語

        使用ARCGIS的3D分析構(gòu)TIN,進(jìn)行洪水淹沒面積的量算操作簡(jiǎn)單,精度極高,比以前用過的其他軟件方便得多。ARCGIS 具有一個(gè)能為三維可視化、三維分析以及表面生成提供高級(jí)分析功能的擴(kuò)展模塊3D分析,可以用它來創(chuàng)建動(dòng)態(tài)三維模型和交互式地圖,從而更好地實(shí)現(xiàn)了地理數(shù)據(jù)的可視化和分析處理。3D分析不僅可以計(jì)算面積,還可以計(jì)算土方、計(jì)算坡度與坡向,還可以可視化分析、提取斷面、表面陰影分析、表面長(zhǎng)度的計(jì)算等等,其功能之強(qiáng)大,是其它軟件無以倫比的。

        [1]ArcGIS 三維分析使用手冊(cè).

        [2]張祖勛,張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量.武漢:武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社,1996.

        [3]王佩軍,徐亞明.攝影測(cè)量學(xué).武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.

        [4]李志林,朱 慶.數(shù)字高程模型.武漢:武漢大學(xué)出版社,2001,7.

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