基于Arcgis Engine的立體災(zāi)害地質(zhì)圖生成方法研究

劉 凱 王丹丹

摘要:災(zāi)害地質(zhì)圖是正確認(rèn)識(shí)研究區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象的一種重要手段。文章提出一種立體地質(zhì)災(zāi)害圖的生成方法,并在Arcgis Engine平臺(tái)基礎(chǔ)上使用C#編程語言開發(fā)出系統(tǒng)原型。利用TIN表面模型將不同來源、不同格式的數(shù)據(jù)集成疊加在一起,生成逼真的三維災(zāi)害地質(zhì)視圖,為在三維可視化框架下開展地質(zhì)災(zāi)害的深入研究奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:Arcgis Engine;TIN;災(zāi)害地質(zhì)圖

中圖分類號(hào):P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)20-0086-02

災(zāi)害地質(zhì)圖是一種專業(yè)地質(zhì)圖件,是展示區(qū)域穩(wěn)定性及地質(zhì)災(zāi)害分布、控制因素、誘發(fā)因素和地質(zhì)災(zāi)害的危害對(duì)象等信息的圖種,重點(diǎn)在揭示地質(zhì)災(zāi)害的分布規(guī)律和成生條件,以達(dá)到空間預(yù)測(cè)和防災(zāi)減災(zāi)的目的。傳統(tǒng)災(zāi)害地質(zhì)圖是以二維平面圖的方式來描述現(xiàn)實(shí)世界中的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象,但是將三維事物以二維的方式來表示,具有很大的局限性,不能精確地反映、分析和顯示有關(guān)信息,致使大量的三維甚至多維空間信息無法加以充分利用。隨著研究和應(yīng)用的深入,對(duì)三維立體災(zāi)害地質(zhì)圖的需求越來越迫切。三維可視化提高了解釋的效率、精度和完整性,有利于不同學(xué)科、不同專業(yè)研究人員之間的溝通。文章探討了利用大比例尺基礎(chǔ)地理遙感影像、等高線及二維地質(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù),將地表災(zāi)害地質(zhì)圖展示成三維立體狀態(tài)的方法,在將C#與Arcgis Engine相結(jié)合以發(fā)掘其在地學(xué)信息系統(tǒng)三維可視化應(yīng)用中的潛力方面做了一些嘗試性的工作。

1Arcgis Engine中的三維開發(fā)組件

1.1基于組件技術(shù)的Arcgis Engine開發(fā)工具包

Arcgis Engine是開發(fā)人員用于建立自定義應(yīng)用程序的嵌入式地理信息系統(tǒng)(GIS)組件的一個(gè)完整類庫。開發(fā)人員可以使用Arcgis Engine將GIS功能嵌入到現(xiàn)有的應(yīng)用程序中,也可以建立能提供給眾多用戶的自定義高級(jí)GIS應(yīng)用程序。Arcgis Engine由一個(gè)軟件開發(fā)工具包(SDK)和一個(gè)為所有Arcgis應(yīng)用程序提供平臺(tái)的運(yùn)行時(shí)(Runtime)組成。Arcgis Engine開發(fā)工具包是一個(gè)基于組件的軟件開發(fā)產(chǎn)品,它提供了一系列嵌入式、應(yīng)用于Arcgis Desktop應(yīng)用程序框架之外的Arcgis可視化組件。用組件開發(fā)出的應(yīng)用程序與傳統(tǒng)的應(yīng)用程序很不相同,每一個(gè)組件都是一個(gè)微小的應(yīng)用程序。這樣,單一整體的應(yīng)用程序就不再存在,它被多個(gè)定制的組件所取代,多個(gè)組件在運(yùn)行時(shí)相互鏈接形成一個(gè)完整的應(yīng)用程序。組件結(jié)構(gòu)最引人注目的優(yōu)點(diǎn)是快速應(yīng)用開發(fā)。我們可以從Arcgis Engine開發(fā)工具包中取出所需的組件,將其快速地組裝在一起,構(gòu)造成所需要的應(yīng)用程序。這種開發(fā)方法一方面能將復(fù)雜的技術(shù)細(xì)節(jié)封裝起來從而簡(jiǎn)化代碼的編寫,另一方面,它的代碼執(zhí)行速度快,占用內(nèi)存小。

1.2三維開發(fā)組件SceneControl

為了能夠快速構(gòu)建一個(gè)具有GIS功能的獨(dú)立應(yīng)用程序,Arcgis Engine開發(fā)工具包給開發(fā)者提供了多個(gè)可視化的組件,如SceneControl、MapControl、TocControl、ToolbarControl和GlobeControl等,在本方法中,我們主要使用SceneControl組件。SceneControl組件對(duì)應(yīng)于ArcGIS桌面應(yīng)用程序產(chǎn)品ArcScene中的“場(chǎng)景”視圖。ArcScene是ArcGIS三維分析模塊3D Analyst所提供的一個(gè)三維場(chǎng)景工具,它可以更加高效地管理三維GIS數(shù)據(jù)、進(jìn)行三維分析、創(chuàng)建三維要素以及建立具有三維場(chǎng)景屬性的圖層。SceneControl組件較好地封裝了三維顯示的技術(shù)細(xì)節(jié),使用它可以方便地構(gòu)建三維場(chǎng)景,開發(fā)人員使用它可以開發(fā)出高效可視化和分析表面數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序。在程序中,用戶能夠從多個(gè)視點(diǎn)查看表面、查詢表面、確定表面上被選位置的可視區(qū)域和通過在表面上疊加?xùn)鸥窈褪噶繑?shù)據(jù)顯示逼真的透視影像。

2生成立體災(zāi)害地質(zhì)圖的技術(shù)路線(如圖1)

2.1根據(jù)等高線生成TIN表面模型

等高線地圖是用二維平面表示三維地形的重要工具,等高線是地圖學(xué)中最常用的地理要素,是地理信息系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的數(shù)。利用等高線進(jìn)行三維地形建模與可視化應(yīng)用近年來已成為地學(xué)信息系統(tǒng)的研究熱點(diǎn),其目標(biāo)就是使地形特征和地學(xué)信息表現(xiàn)得更加直觀,生成高真實(shí)感的三維立體圖形。

表面是一個(gè)連續(xù)的值域,其變化可能涉及無數(shù)個(gè)點(diǎn)。這些值可以在三維的X、Y、Z坐標(biāo)系統(tǒng)中用Z軸進(jìn)行表示,所以通常被稱之為Z值。表面模型通過對(duì)表面上不同位置的點(diǎn)進(jìn)行采樣,進(jìn)而對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行插值,對(duì)表面進(jìn)行模擬和近似的擬合。通常使用兩種表面模型:TIN模型和格網(wǎng)(柵格)模型。在三維建模和分析中,與規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)模型相比,TIN模型在某一特定分辨率下能用更少的空間和時(shí)間更精確地表示更加復(fù)雜的表面,且表面唯一。

利用已得到shape格式等高線數(shù)據(jù),通過在創(chuàng)建TIN表面對(duì)話框中選擇等高線圖層、含有高程數(shù)據(jù)的屬性字段和TIN類型來生成TIN表面。在本方法中,供選擇的TIN表面有點(diǎn)、直線和光滑線三種類型,它們都是由Arcgis Engine開發(fā)包提供的。由此生成的TIN表面如圖2所示。

2.2設(shè)置遙感影像與地質(zhì)災(zāi)害矢量數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)高程

數(shù)據(jù)在三維場(chǎng)景中立體顯示的先決條件是必須以某種方式賦予高程值或其本身具有高程信息,這樣的高程值或者高程信息叫做基準(zhǔn)高程。具有三維幾何的要素,在其屬性中存儲(chǔ)有高程值,可以直接使用其要素幾何中或?qū)傩灾械母叱讨?實(shí)現(xiàn)三維顯示。例如文章中的等高線shape文件,其屬性字段中就存儲(chǔ)有高程數(shù)據(jù)。對(duì)缺少高程值的要素,可以通過疊加方式在三維場(chǎng)景中顯示。所謂疊加,即將要素所在區(qū)域的表面模型的值作為要素的高程值。例如文章中的基礎(chǔ)地理遙感影像數(shù)據(jù)和地質(zhì)災(zāi)害矢量數(shù)據(jù),就需要將所在區(qū)域TIN表面的值作為高程值對(duì)其做立體顯示。設(shè)置基準(zhǔn)高程后的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)如圖3所示。

2.3圖層的疊加顯示

設(shè)置了基準(zhǔn)高程的基礎(chǔ)地理遙感影像和地質(zhì)災(zāi)害矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加后(如圖4所示),才能完成制作立體災(zāi)害地質(zhì)圖。在實(shí)現(xiàn)要素或者表面的三維可視化時(shí),有一個(gè)重要的數(shù)據(jù)處理方面的問題需要注意,就是添加到場(chǎng)景中的圖層必須具有統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)才能正確顯示。如果場(chǎng)景中要顯示的數(shù)據(jù)都處于統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)之下,則直接將數(shù)據(jù)添加顯示即可,不需考慮圖層的疊加是否正確。在設(shè)置了基準(zhǔn)高程后,系統(tǒng)自動(dòng)完成圖層的疊加顯示。否則,添加到場(chǎng)景中的圖層就不能夠正確地疊加在一起,而呈“孤立分離”狀態(tài)。文章中所使用的數(shù)據(jù),都經(jīng)過了配準(zhǔn),空間校正和設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)處理工作,是符合本方法要求的合格數(shù)據(jù)。

3結(jié) 語

與二維平面災(zāi)害地質(zhì)圖比較,三維立體災(zāi)害地質(zhì)圖使研究區(qū)域內(nèi)的地形、地貌特征表現(xiàn)的更加生動(dòng)、直觀,對(duì)災(zāi)害體的位置、范圍等信息表現(xiàn)的更加準(zhǔn)確、清晰,并且可以對(duì)視圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)、多角度、多尺度的觀察。當(dāng)然,災(zāi)害地質(zhì)圖的最終目的是為了幫助人們有效地防災(zāi)減災(zāi),避免損失,立體災(zāi)害地質(zhì)圖為此提供了更加有利的研究手段,但是如何在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析挖掘,例如模擬地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生過程,劃定地質(zhì)災(zāi)害影響范圍,開展地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等,還需要進(jìn)一步的研究探索。

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