規(guī)劃設計制圖中地形表現模式研究

2014-04-13 09:00:30孫偉韜王晶晶

自然保護地 2014年2期

關鍵詞：等高線數據源制圖

孫偉韜王晶晶

（1國家林業(yè)局華東林業(yè)調查規(guī)劃設計院浙江杭州 310019；2環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院北京 100012）

規(guī)劃設計制圖中地形表現模式研究

孫偉韜1王晶晶2

（1國家林業(yè)局華東林業(yè)調查規(guī)劃設計院浙江杭州 310019；2環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院北京 100012）

在規(guī)劃設計中準確而又具有藝術表現力的表達地形地貌，歷來是平面制圖的一項重要內容。當前主要表現手段有等高線法、分層設色法和數字地貌暈渲法三種。依據不同的需求，綜合使用三種表現技術，可以有效的提高圖件表現力和準確性，便于使用者閱讀使用。

地形地貌；尺度；DEM；制圖

在林業(yè)生態(tài)工程規(guī)劃設計工作中，對地形地貌的研究分析及發(fā)布表達是一項非常重要工作內容。為了能在規(guī)劃設計成果中獲得滿意的效果，對地形地貌進行準確適宜的表現，成為一個值得研究的問題。

1 目前地形地貌表現的模式

平面制圖中用于地形地貌表現的方法主要有等高線法、分層設色法和數字地貌暈渲法三種。等高線表現法是最基本最常見的地形地貌表達方式，其數據處理簡單，信息表達準確性高，但是立體感不強，直觀性較差，非專業(yè)用戶閱讀理解上有一定難度，容易產生誤讀誤判。分層設色法依據等高線表達的高程不同，用不同顏色區(qū)劃不同的高程，比單純使用等高線形象，但是也存在可用色系少，難以表現中小地形變化等不足。數字地貌暈渲法主要指采用計算機數字化技術，利用DEM（數字高程模型）在平面圖上產生地貌立體效果的技術手段，其優(yōu)點在于地貌表達直觀，立體感強，真實性強，可以很好的表現地形坡度的方向、形狀、長度，山脊和山谷的位置和輪廓，地形的起伏狀態(tài)以及相互關系和位置，同時表示方法上有一定的藝術性。主要不足在于成圖質量受空間基礎數據精度影響大。

2 不同尺度下表現手段的選擇

大尺度表現：一般圖面比例尺在1:15000000至1:500000之間。主要應用于區(qū)域、大流域和全國尺度的自然地理空間格局或者大型跨區(qū)域工程的表現。在進行地形表達時，可以選用90米分辨率DEM數據，以分層設色法或者數字地貌暈渲法進行地形表現較為適宜。

中尺度表現：一般圖面比例尺在1:500000至1:10000之間。主要用于市域、縣域、大型國有林場或者中小流域的規(guī)劃圖、現狀分析圖和調查底圖的表現。在進行地形表達時，采用數字地貌暈渲法進行表現最為適宜。一般地區(qū)級和縣級尺度，成圖比例尺在1:500000至1:100000時，可以運用5～ 30米分辨率DEM數據，進行數字化暈渲。

小尺度表現：一般圖面比例尺在1:500～1:5000，最小不小于1:10000。主要用于森林公園、普通公園、濕地公園、自然保護區(qū)、林場、林區(qū)道路工程、森林防火工程的詳細規(guī)劃、設計。在地形地貌表現形式上，一般采用等高線疊加以1:500或者1:1000 DLG生成分辨率為0.25米或者0.5米 DEM地形數字化暈渲模式進行表現。

表1 不同尺度表現模式

3 地形表現相關要素的選擇

3.1 色彩設置

在地形表達中，利用色彩進行表現，比單色更具表現力。在小比例尺或中比例尺圖面表現時，按高程分級的設置色彩，通常以綠色系為基色來表現地形平坦的地區(qū)，然后再以不同色相來區(qū)分海拔不同；以棕黃色系來表現中山地形地貌；以暗棕色來表現高山地形地貌。在運用數字暈渲地貌時，可進行半透明設置疊合在基礎暈渲地貌圖上，形成更為豐富的效果。美國制圖表現專家Jeffrey s. Nighbert經過研究，提出對地形設色的23級模式，可以作為制圖表現色彩設置的參考。[1]在日常制圖表

表2 Jeffrey s. Nighbert 23級地形配色模式表

現時候，可以依據高程差、地形復雜程度等不同情況，根據需要進行選擇使用。

3.2 光照設置

光照模擬是進行數字地貌暈渲形成立體地貌表現的重要因素，正是通過太陽入射方位角和太陽高度角的不同，利用對地表光反射和陰影的模擬，產生立體地貌效果。在進行數字地貌暈渲時，根據地形地貌特征不同，必須選擇合適的太陽入射方位角和太陽高度角，否則容易丟失重要的地形信息，或者使讀者對地形判讀產生誤差。目前主要的數字地貌暈渲程序工具，均可以實現太陽入射方位角和太陽高度角自定義調整。一般默認太陽入射方位角為315度，太陽高度角為30度。太陽入射方位角的確定，一般可通過計算表現區(qū)塊各坡向值得，即統(tǒng)計坡度20度以上、坡向在某一方位范圍內出現的頻率數，選擇頻率高的坡向值所在的方位來作為太陽模擬光源的入射方位角。太陽高度角則一般選擇在30～45度之間。

3.3 數據源

用于數字地貌暈渲的數據源是DEM。目前有三種方式來獲取DEM數據。

（1）通過設置在中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站下載免費的DEM數據。目前提供的DEM數據有兩種，分別是SRTM數據和ASTER GDEM 數據。SRTM為90米分辨率DEM數據（Shuttle Radar Topography Mission），由美國太空總署（NASA）和國防部國家測繪局（NIMA）聯合測量。ASTER GDEM為30米分辨率DEM數據，根據美國太空總署Terra對地觀測衛(wèi)星的觀測結果制作完成。[2]其優(yōu)點是數據獲取方便，可以直接下載，且完全免費；不足是這兩種數據投影采用的是WGS84，如果與其他數據投影不同，應該進行轉換，且分辨率相對較低，只能用于大、中尺度制圖表現。

（2）通過測繪局直接購買DEM產品。目前主要產品包括1:10000、1:50000、1:250000的DEM數據產品。其優(yōu)點在于數據使用方便，無需作投影轉換操作，與對應比例的數字地形圖有很好的對應關系；缺點是數據獲取手續(xù)復雜，需要相關部門批準，有保密要求，且費用較高。

（3）利用測繪數據生成DEM數據。目前利用主流的規(guī)劃設計工具軟件，如ArcGIS、MapGIS、湘源控規(guī)CAD、SketchUp等，都實現了利用測繪等高線或者高程點生成DEM的功能。該方法優(yōu)點在與靈活性好，可以根據各種實際測繪成果，按需求生成DEM，尤其適合規(guī)劃設計項目中大比例成圖的需求。主要缺點是操作復雜。單獨測繪產品，等高線數據經常有差錯，需要進行內業(yè)詳細檢查編輯，并根據實際地形進行修正。主要操作流程為等高線、等高點提取、高程值檢驗修正、高程柵格內插、成果檢驗等步驟。[3]

4 表現實例說明

根據表現尺度不同，綜合使用不同的數據源和表現方法，可以獲得不同的表現效果。

圖1是以90米分辨率DEM為數據源，利用數字地貌暈渲技術在1:15000000比例尺下，進行全國尺度地形表現的效果。圖2是以90米分辨率DEM為數據源，利用數字地貌暈渲技術在1: 500000比例尺下，進行浙南溫州地區(qū)地形表現的效果。圖3是以1:10000DLG等高線生成1米分辨率DEM，利用數字地貌暈渲技術在1:20000比例尺下，進行溫州黃石山森林公園整體地形表現效果。圖4是以1:500DLG等高線制生成0.25米分辨率DEM，利用數字地貌暈渲技術在1: 3000比例尺下，進行溫州黃石山森林公園局部地形細節(jié)表現的效果。