高海麗，李德平，陳玉冬，宇潔瑩

（1.湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081）

洞庭盆地西部地勢(shì)圖編制

高海麗1，李德平1，陳玉冬1，宇潔瑩1

（1.湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081）

利用水文分析方法劃分出洞庭盆地西部范圍，基于DEM數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)，收集制圖區(qū)域資料進(jìn)行分析，利用ArcGIS軟件，采用分層設(shè)色加暈渲法表示地勢(shì)圖。比例尺的選擇、色層表的確定、陰影參數(shù)的設(shè)置是地勢(shì)圖編制的關(guān)鍵，決定著最終效果圖的質(zhì)量。

地勢(shì)圖；西洞庭盆地；DEM；Landsat8

1 洞庭盆地西部流域劃分

1.1 洞庭盆地概況

洞庭盆地位于湖南省北部，兩湖平原南部，主要由長(zhǎng)江通過(guò)松滋、太平、藕池、調(diào)弦四口輸入的泥沙和洞庭湖水系湘江、資水、沅江、澧水等帶來(lái)的泥沙沖積而成。洞庭盆地區(qū)域包括由湖槽和洲灘組成的洞庭湖區(qū)和湖區(qū)外圍的垸田、洪道以及盆地周緣的一些臺(tái)地[1]。本研究區(qū)“洞庭盆地”范圍以盆地形成和發(fā)育過(guò)程中的地層為根據(jù)，依據(jù)1∶500 000湖南省地質(zhì)圖白堊紀(jì)以來(lái)地層[2]劃定，在行政區(qū)上共包含澧縣、臨澧縣、津市、常德市、安鄉(xiāng)縣、岳陽(yáng)縣等19個(gè)縣市，其范圍如圖1所示。

圖1 洞庭盆地范圍示意圖

洞庭盆地地貌類型復(fù)雜多樣，湖泊、平原、山地和丘陵兼?zhèn)洹Ｅ璧刂胁康暮０屋^低，多為海拔50 m以下的河湖平原，湖區(qū)部分僅有赤山島一處地勢(shì)較高；平原外圍分布著海拔200～500 m的丘陵；最外圍是中低山區(qū)，且山地逐漸向中部和東北部?jī)A斜[3]。由于地形地貌因素的影響，整個(gè)水系呈扇形展布，形成了以湖泊為中心的向心狀水系[4]。洞庭盆地西部地貌類型兼具山地與平原，海拔垂直變化大，但從大的區(qū)域尺度圖中不能清晰表現(xiàn)局部的地貌細(xì)部特征，因此劃分出洞庭盆地西部，為洞庭盆地西部地區(qū)大比例尺地勢(shì)圖制作奠定基礎(chǔ)。

1.2 洞庭盆地西部范圍劃定

因洞庭盆地有湘、資、沅、澧和長(zhǎng)江水匯流注入，流域眾多，因此本文主要根據(jù)流域來(lái)劃分出洞庭盆地西部的地理范圍。流域又稱集水區(qū)域，是指流經(jīng)其中的水流和其他物質(zhì)從一個(gè)公共的出水口排出從而形成的一個(gè)集水區(qū)域，出水口即流域內(nèi)水流的出口，是整個(gè)流域的最低點(diǎn)。流域間的分界線即為分水嶺。分水線包圍的區(qū)域稱為一條流域或水系的流域，流域分水線所包圍的區(qū)域面積就是流域面積。本文流域劃分采用洞庭盆地DEM為數(shù)據(jù)源劃分出洞庭盆地西部的地理范圍。其中選用的數(shù)據(jù)為GDEM DEM數(shù)據(jù)，本數(shù)據(jù)集利用ASTER GDEM第一版本（V1）的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工得來(lái)，空間分辨率為30 m，數(shù)據(jù)時(shí)期為2009年，數(shù)據(jù)范圍為整個(gè)洞庭盆地。

本節(jié)主要選用ArcGIS的水文分析模塊，來(lái)進(jìn)行洞庭盆地流域的劃分，主要包括地表徑流模擬過(guò)程中的水流方向的確定、洼地填平、匯流累計(jì)量的計(jì)算、河網(wǎng)的提取及流域分割等，最后生成集水流域。將劃分好的集水流域圖與洞庭盆地矢量圖疊加，右側(cè)以赤山島為界，大致沿南北-西北方向，根據(jù)分割的集水流域劃分出洞庭盆地西部的范圍（圖2）。

圖2 洞庭盆地西部范圍

圖3 技術(shù)路線圖

2 研究方法和技術(shù)路線

1）研究方法。地勢(shì)圖有3種表示方法：等高線法、分層設(shè)色法和暈渲法[5]。用分層設(shè)色法可以使高程分布規(guī)律、山脈系統(tǒng)和大地貌單元一目了然，在分層設(shè)色基礎(chǔ)上再加暈渲，可以增強(qiáng)地貌立體感。本文在分析區(qū)域內(nèi)地形、地貌特征和水系分布情況的基礎(chǔ)上，采用分層設(shè)色法和暈渲法2種方法組合的疊加效果來(lái)表示，突出顯示各高程帶的范圍及不同高程帶內(nèi)地貌單元的特征。

2）技術(shù)路線。技術(shù)路線如圖3所示，首先確定制圖目的和方法，在此基礎(chǔ)上收集區(qū)域資料和已有數(shù)據(jù)資料，對(duì)資料進(jìn)行分析；然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理過(guò)程主要包括4個(gè)方面：①1∶200萬(wàn)湖南省柵格地圖校正后，進(jìn)行居民點(diǎn)、行政邊界、山峰等的矢量化；②將下載的Landsat8數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌、裁切后導(dǎo)入ArcGIS中進(jìn)行水域的矢量化操作；③修正、完善DEM數(shù)據(jù)；④由完善后的DEM數(shù)據(jù)生成表面陰影圖。經(jīng)上述處理后將圖層進(jìn)行疊加，最后經(jīng)符號(hào)化設(shè)計(jì)與地圖整飾后，輸出成果圖。

3 資料準(zhǔn)備

本文所使用的數(shù)據(jù)主要包括DEM數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)和地理底圖數(shù)據(jù)。其中DEM數(shù)據(jù)主要用于表示地勢(shì)起伏，來(lái)源于“地理空間數(shù)據(jù)云”網(wǎng)站http:// www．gscloud．cn/提供的GDEM數(shù)據(jù)，其地圖投影為WGS_1984_UTM_Zone_49N。遙感影像數(shù)據(jù)主要用于提取研究區(qū)內(nèi)的水系信息，采用最新的Landsat8數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時(shí)間為2013-08-07，地圖投影為WGS_1984_ UTM_Zone_49N，本數(shù)據(jù)同樣由“地理空間數(shù)據(jù)云”網(wǎng)站下載得來(lái)。地理底圖數(shù)據(jù)主要用于提取一些重要的居民點(diǎn)、交通線和境界線等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素，采用的是從“天地圖·湖南”網(wǎng)站http://www．dzmap．cn/ apps/web．html下載的《1∶200萬(wàn)的湖南省標(biāo)準(zhǔn)地圖》，因前2種數(shù)據(jù)地圖投影均為WGS_1984_UTM_ Zone_49N，因此我們對(duì)該柵格圖進(jìn)行校正時(shí)也采用該投影，以保證坐標(biāo)系統(tǒng)的一致，同時(shí)也減少了工作量。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 基礎(chǔ)地理底圖的編制

地勢(shì)圖的地理底圖主要包括河流、湖泊等自然地理要素以及一些重要的居民點(diǎn)、交通線和境界線等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素，這些要素構(gòu)成地勢(shì)圖的基本骨架。本地勢(shì)圖的編制主要利用ArcGIS軟件來(lái)制作。

1）自然地理要素的編制。為保證河流、湖泊等地理要素具有一定的精度，本研究選擇從空間分辨率為30 m的遙感影像上提取水系信息。首先將下載得到的2幅Landsat8遙感圖像在ENVI軟件中進(jìn)行鑲嵌、裁剪操作，得到洞庭盆地西部范圍的遙感影像圖，最后輸出為tiff格式添加到ArcGIS中進(jìn)行水系的矢量化提取。

2）社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的編制。居民點(diǎn)、境界線等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素來(lái)源于《1∶200萬(wàn)湖南省標(biāo)準(zhǔn)地圖》，首先在ArcGIS中用Georeferencing工具條對(duì)該柵格圖進(jìn)行校正，然后在帶有坐標(biāo)信息的柵格圖上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)要素的矢量化。將以上得到的各種矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行形狀、尺寸、顏色等的符號(hào)化后加上注記得到矢量要素圖件（圖4）。

4.2 DEM數(shù)據(jù)的處理

1）DEM數(shù)據(jù)預(yù)處理及粗差檢測(cè)。預(yù)處理包含對(duì)5幅DEM的拼接和裁剪，得到洞庭盆地西部的DEM數(shù)據(jù)。其高程范圍為-185～5 109 m，這與所查資料不符，即DEM數(shù)據(jù)中存在異常區(qū)域，即所謂的粗差。DEM生產(chǎn)過(guò)程的誤差來(lái)源包括原始數(shù)據(jù)的采集誤差、建模誤差、系統(tǒng)誤差及偶然誤差等，除此之外還會(huì)出現(xiàn)粗差。粗差實(shí)際上是一種錯(cuò)誤，它與前幾種誤差相比，粗差對(duì)數(shù)字高程模型所反映的空間變化的扭曲極為嚴(yán)重。在有些情況下，粗差還會(huì)導(dǎo)致DEM及其產(chǎn)品嚴(yán)重失真甚至完全不能應(yīng)用。目前常用的DEM數(shù)據(jù)粗差檢測(cè)方法主要有基于趨勢(shì)面、基于坡度信息的檢測(cè)和可視化方法3種[6]。以上3種方法各有特色，因可視化方法是一種比較直觀的方法，所以本研究采用的粗差檢測(cè)方法為先通過(guò)目視效果檢測(cè)，再采用基于可視化的方案檢測(cè)粗差。

圖4 洞庭盆地西部各矢量要素疊置效果圖

2）DEM壞值修復(fù)。目視觀察洞庭盆地西部DEM數(shù)據(jù)，由已知資料和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可知，水域分布范圍處的DEM數(shù)據(jù)存在明顯異常。通過(guò)柵格計(jì)算提取出負(fù)值所在區(qū)域，與水域圖層疊加顯示后發(fā)現(xiàn)負(fù)值區(qū)域全部位于水域范圍內(nèi)，考慮到成果圖中水域覆蓋于DEM之上，不會(huì)影響出圖結(jié)果，我們用水域面數(shù)據(jù)掩膜DEM數(shù)據(jù)得到除水域面積外的DEM數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其高程范圍為8～5 109 m，將其加載到ArcScene中三維顯示（圖5），發(fā)現(xiàn)有異常突起點(diǎn)。經(jīng)與地形圖比對(duì)，得出研究區(qū)范圍內(nèi)海拔最高為605 m，因此我們?cè)跂鸥裼?jì)算器Raster Calculator中用con（[dem]＜605，1）函數(shù)做mask，使圖像中的正常值為1，然后將兩張圖用nibble（[dem],[mask]）函數(shù)修復(fù)（其中[dem]為西洞庭盆地DEM柵格數(shù)據(jù)），得到比較精確的DEM數(shù)據(jù)。

圖5 洞庭盆地西部三維顯示效果

5 地勢(shì)圖制作

編制一幅清晰易讀、層次分明、富有美感的優(yōu)秀地勢(shì)圖的關(guān)鍵在于比例尺的設(shè)定、高程分層和色層表的確定、山體陰影參數(shù)的設(shè)置及符號(hào)化設(shè)計(jì)與地圖整飾等。

5.1 比例尺設(shè)定

比例尺為地圖三要素之一，是地圖設(shè)計(jì)與制作的前提。本研究比例尺的設(shè)計(jì)思路為：首先確定最后成果采用A3（297 mm×420 mm）紙張出圖，然后根據(jù)圖幅大小利用ArcGIS軟件決定最終采用的比例尺大小。在ArcMap的Layout View版面視圖中，在默認(rèn)紙張邊緣以外，右鍵選擇Page and Print Setup命令，設(shè)置紙張類型為A3后確定。在工具欄的比例尺選項(xiàng)中設(shè)置比例尺大小，經(jīng)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，1∶500 000為最適合該圖幅的比例尺。

5.2 設(shè)色原則及色層表的確定

地圖色彩運(yùn)用的總原則是使每一種色相、色調(diào)與色度的設(shè)計(jì)同所表示對(duì)象的實(shí)質(zhì)與特征聯(lián)系起來(lái)，最有效地反映制圖對(duì)象的特征及分布規(guī)律與區(qū)域差異[5]。

專題地圖設(shè)色是利用色彩的色相、明度和飽和度三屬性的變化，形成色彩的立體感，塑造地貌的立體效果。主要方法是隨地形的高低、色彩排列規(guī)律設(shè)色，如越高越暗、越高越亮、越亮越飽和、與光譜色相應(yīng)、綜合設(shè)色等[7]。

在地勢(shì)圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，色層表的建立是直接影響暈渲圖圖面效果的關(guān)鍵[8,9]。對(duì)制圖區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，該區(qū)域高程分布范圍為8～586 m，平均高程為59 m，高程密集區(qū)域?yàn)?2～70 m。為了更好地突出層次差異，更逼真、連續(xù)地體現(xiàn)地貌形態(tài)變化特點(diǎn)，本文最終采用隨著地面海拔高度的增高，色相由綠到黃到紅依次漸變的分層設(shè)色方案。

5.3 山體陰影參數(shù)

山體陰影是根據(jù)假想的照明光源對(duì)高程?hào)鸥駡D的每個(gè)柵格單元計(jì)算照明值，山體陰影圖可以很好地表達(dá)地形的立體形態(tài)[10]。計(jì)算過(guò)程中包括3個(gè)重要參數(shù)值：太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角、表面灰度值，其中光照表面灰度值的默認(rèn)范圍為0～255。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)太陽(yáng)入射方位角為315°、高度角為45°時(shí)效果最好（圖6）。

圖6 洞庭盆地西部地表表面陰影圖

圖7 洞庭盆地西部地勢(shì)圖

5.4 符號(hào)化設(shè)計(jì)與地圖整飾

符號(hào)化設(shè)計(jì)與地圖整飾在地圖生產(chǎn)過(guò)程中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。符號(hào)化的原則是按地理對(duì)象的實(shí)際形狀確定地圖符號(hào)的基本形狀，以符號(hào)的顏色或者形狀區(qū)分事物的性質(zhì)。地圖數(shù)據(jù)的符號(hào)化與注記標(biāo)注，都是為地圖的編制準(zhǔn)備基礎(chǔ)的地理數(shù)據(jù)。地圖整飾體現(xiàn)地圖的整體感，主要包括圖面配置，圖框設(shè)置，圖名、圖例、指北針的放置和比例尺的生成等（圖7）。從圖中可以看出，洞庭盆地西部范圍內(nèi)，東部包括漢壽縣及常德市大部分區(qū)域海拔較低、地勢(shì)平坦，且有大面積湖區(qū)分布，其次地勢(shì)較為低平的地區(qū)位于偏北部澧縣境內(nèi)；西部和西南部臨澧縣及桃源縣境內(nèi)地勢(shì)起伏較大，有低山分布。

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P237.9

B

1672-4623（2015）02-0171-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.060

高海麗，碩士，研究方向?yàn)镚IS應(yīng)用。

2014-03-19。

項(xiàng)目來(lái)源：湖南省普通高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（09K020）；湖南師范大學(xué)地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)校級(jí)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)資助項(xiàng)目。