規(guī)劃設(shè)計(jì)制圖中地形表現(xiàn)模式研究

孫偉韜王晶晶

（1國(guó)家林業(yè)局華東林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院 浙江杭州 310019；2環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院 北京 100012）

規(guī)劃設(shè)計(jì)制圖中地形表現(xiàn)模式研究

孫偉韜1王晶晶2

（1國(guó)家林業(yè)局華東林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院 浙江杭州 310019；2環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院 北京 100012）

在規(guī)劃設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確而又具有藝術(shù)表現(xiàn)力的表達(dá)地形地貌，歷來是平面制圖的一項(xiàng)重要內(nèi)容。當(dāng)前主要表現(xiàn)手段有等高線法、分層設(shè)色法和數(shù)字地貌暈渲法三種。依據(jù)不同的需求，綜合使用三種表現(xiàn)技術(shù)，可以有效的提高圖件表現(xiàn)力和準(zhǔn)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(shè)計(jì)工作中，對(duì)地形地貌的研究分析及發(fā)布表達(dá)是一項(xiàng)非常重要工作內(nèi)容。為了能在規(guī)劃設(shè)計(jì)成果中獲得滿意的效果，對(duì)地形地貌進(jìn)行準(zhǔn)確適宜的表現(xiàn)，成為一個(gè)值得研究的問題。

1 目前地形地貌表現(xiàn)的模式

平面制圖中用于地形地貌表現(xiàn)的方法主要有等高線法、分層設(shè)色法和數(shù)字地貌暈渲法三種。等高線表現(xiàn)法是最基本最常見的地形地貌表達(dá)方式，其數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，信息表達(dá)準(zhǔn)確性高，但是立體感不強(qiáng)，直觀性較差，非專業(yè)用戶閱讀理解上有一定難度，容易產(chǎn)生誤讀誤判。分層設(shè)色法依據(jù)等高線表達(dá)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(xiàn)中小地形變化等不足。數(shù)字地貌暈渲法主要指采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)，利用DEM（數(shù)字高程模型）在平面圖上產(chǎn)生地貌立體效果的技術(shù)手段，其優(yōu)點(diǎn)在于地貌表達(dá)直觀，立體感強(qiáng)，真實(shí)性強(qiáng)，可以很好的表現(xiàn)地形坡度的方向、形狀、長(zhǎng)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(guān)系和位置，同時(shí)表示方法上有一定的藝術(shù)性。主要不足在于成圖質(zhì)量受空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精度影響大。

2 不同尺度下表現(xiàn)手段的選擇

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

中尺度表現(xiàn)：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(guó)有林場(chǎng)或者中小流域的規(guī)劃圖、現(xiàn)狀分析圖和調(diào)查底圖的表現(xiàn)。在進(jìn)行地形表達(dá)時(shí)，采用數(shù)字地貌暈渲法進(jìn)行表現(xiàn)最為適宜。一般地區(qū)級(jí)和縣級(jí)尺度，成圖比例尺在1:500000至1:100000時(shí)，可以運(yùn)用5～ 30米分辨率DEM數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字化暈渲。

小尺度表現(xiàn)：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(hù)區(qū)、林場(chǎng)、林區(qū)道路工程、森林防火工程的詳細(xì)規(guī)劃、設(shè)計(jì)。在地形地貌表現(xiàn)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(shù)字化暈渲模式進(jìn)行表現(xiàn)。

表1 不同尺度表現(xiàn)模式

3 地形表現(xiàn)相關(guān)要素的選擇

3.1 色彩設(shè)置

在地形表達(dá)中，利用色彩進(jìn)行表現(xiàn)，比單色更具表現(xiàn)力。在小比例尺或中比例尺圖面表現(xiàn)時(shí)，按高程分級(jí)的設(shè)置色彩，通常以綠色系為基色來表現(xiàn)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(xiàn)中山地形地貌；以暗棕色來表現(xiàn)高山地形地貌。在運(yùn)用數(shù)字暈渲地貌時(shí)，可進(jìn)行半透明設(shè)置疊合在基礎(chǔ)暈渲地貌圖上，形成更為豐富的效果。美國(guó)制圖表現(xiàn)專家Jeffrey s. Nighbert經(jīng)過研究，提出對(duì)地形設(shè)色的23級(jí)模式，可以作為制圖表現(xiàn)色彩設(shè)置的參考。[1]在日常制圖表

表2 Jeffrey s. Nighbert 23級(jí)地形配色模式表

現(xiàn)時(shí)候，可以依據(jù)高程差、地形復(fù)雜程度等不同情況，根據(jù)需要進(jìn)行選擇使用。

3.2 光照設(shè)置

光照模擬是進(jìn)行數(shù)字地貌暈渲形成立體地貌表現(xiàn)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(duì)地表光反射和陰影的模擬，產(chǎn)生立體地貌效果。在進(jìn)行數(shù)字地貌暈渲時(shí)，根據(jù)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(duì)地形判讀產(chǎn)生誤差。目前主要的數(shù)字地貌暈渲程序工具，均可以實(shí)現(xiàn)太陽入射方位角和太陽高度角自定義調(diào)整。一般默認(rèn)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(jì)算表現(xiàn)區(qū)塊各坡向值得，即統(tǒng)計(jì)坡度20度以上、坡向在某一方位范圍內(nèi)出現(xiàn)的頻率數(shù)，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(shù)據(jù)源

用于數(shù)字地貌暈渲的數(shù)據(jù)源是DEM。目前有三種方式來獲取DEM數(shù)據(jù)。

（1）通過設(shè)置在中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站下載免費(fèi)的DEM數(shù)據(jù)。目前提供的DEM數(shù)據(jù)有兩種，分別是SRTM數(shù)據(jù)和ASTER GDEM 數(shù)據(jù)。SRTM為90米分辨率DEM數(shù)據(jù)（Shuttle Radar Topography Mission），由美國(guó)太空總署（NASA）和國(guó)防部國(guó)家測(cè)繪局（NIMA）聯(lián)合測(cè)量。ASTER GDEM為30米分辨率DEM數(shù)據(jù)，根據(jù)美國(guó)太空總署Terra對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果制作完成。[2]其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取方便，可以直接下載，且完全免費(fèi)；不足是這兩種數(shù)據(jù)投影采用的是WGS84，如果與其他數(shù)據(jù)投影不同，應(yīng)該進(jìn)行轉(zhuǎn)換，且分辨率相對(duì)較低，只能用于大、中尺度制圖表現(xiàn)。

（2）通過測(cè)繪局直接購買DEM產(chǎn)品。目前主要產(chǎn)品包括1:10000、1:50000、1:250000的DEM數(shù)據(jù)產(chǎn)品。其優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)使用方便，無需作投影轉(zhuǎn)換操作，與對(duì)應(yīng)比例的數(shù)字地形圖有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取手續(xù)復(fù)雜，需要相關(guān)部門批準(zhǔn)，有保密要求，且費(fèi)用較高。

（3）利用測(cè)繪數(shù)據(jù)生成DEM數(shù)據(jù)。目前利用主流的規(guī)劃設(shè)計(jì)工具軟件，如ArcGIS、MapGIS、湘源控規(guī)CAD、SketchUp等，都實(shí)現(xiàn)了利用測(cè)繪等高線或者高程點(diǎn)生成DEM的功能。該方法優(yōu)點(diǎn)在與靈活性好，可以根據(jù)各種實(shí)際測(cè)繪成果，按需求生成DEM，尤其適合規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目中大比例成圖的需求。主要缺點(diǎn)是操作復(fù)雜。單獨(dú)測(cè)繪產(chǎn)品，等高線數(shù)據(jù)經(jīng)常有差錯(cuò)，需要進(jìn)行內(nèi)業(yè)詳細(xì)檢查編輯，并根據(jù)實(shí)際地形進(jìn)行修正。主要操作流程為等高線、等高點(diǎn)提取、高程值檢驗(yàn)修正、高程?hào)鸥駜?nèi)插、成果檢驗(yàn)等步驟。[3]

4 表現(xiàn)實(shí)例說明

根據(jù)表現(xiàn)尺度不同，綜合使用不同的數(shù)據(jù)源和表現(xiàn)方法，可以獲得不同的表現(xiàn)效果。

圖1是以90米分辨率DEM為數(shù)據(jù)源，利用數(shù)字地貌暈渲技術(shù)在1:15000000比例尺下，進(jìn)行全國(guó)尺度地形表現(xiàn)的效果。圖2是以90米分辨率DEM為數(shù)據(jù)源，利用數(shù)字地貌暈渲技術(shù)在1: 500000比例尺下，進(jìn)行浙南溫州地區(qū)地形表現(xiàn)的效果。圖3是以1:10000DLG等高線生成1米分辨率DEM，利用數(shù)字地貌暈渲技術(shù)在1:20000比例尺下，進(jìn)行溫州黃石山森林公園整體地形表現(xiàn)效果。圖4是以1:500DLG等高線制生成0.25米分辨率DEM，利用數(shù)字地貌暈渲技術(shù)在1: 3000比例尺下，進(jìn)行溫州黃石山森林公園局部地形細(xì)節(jié)表現(xiàn)的效果。

圖1

圖2

圖3

圖4

[1]李少梅．?dāng)?shù)字地貌暈渲理論與技術(shù)的研究[D]．河南鄭州：中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)． 2004：77-78．

[2]中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn) ．

[3]國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室．多尺度數(shù)字高程模型生產(chǎn)技術(shù)規(guī)定[Z]GDPJ 08—2013

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