DXF圖形轉(zhuǎn)換為DEM數(shù)據(jù)的方法研究

王穎 王忠慶

【摘要】隨著對遙感及GIS數(shù)據(jù)研究的不斷升溫，數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)的需求量也隨之增大。但現(xiàn)有的DEM數(shù)據(jù)量較少，目前解決這一問題主要依靠第三方軟件，無形之中大大加大了研究成本。為解決這一現(xiàn)存問題，故尋求一種算法，可從AutoCAD的DXF格式圖形文件中快速精準(zhǔn)地提取地形信息，并以較低的成本快速轉(zhuǎn)換為DEM數(shù)據(jù)，可為進(jìn)一步的地形信息分析提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】DXF文件;圖形展示;數(shù)字高程模型;數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

Research on Data Conversion from DXF to DEM

College of Computer and Control Engineering，North University of China ?Wang Ying ?Wang Zhongqing

Abstract：with the researching of remote sensing and GIS is constantly warming，and Digital Elevation Model（DEM）data is also increasingly demanded.But now，the resources of DEM data is small can be used，just depend on the Third-party software，and increase the cost invisibly.In order to solve this problem，we are looking for a method that can extract terrain information fastly and accurately from a DXF file edited by AutoCAD，and use lower cost for the rapid conversion of DEM data.In this way，can provide accurate data for the further analysis of terrain information.

Keywords：DXF file;Graphic display;Digital Elevation Model;Data conversion

引言

遙感數(shù)據(jù)現(xiàn)已在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、測繪、城市規(guī)劃等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但是遙感影像主要反映了表層的二維信息，需要經(jīng)過圖像校正、配準(zhǔn)、拼接等多源處理后才能應(yīng)用于實(shí)際工作中，故其在空間圖像分析中存在很大的不確定性[1]。結(jié)合GIS的特點(diǎn)，為達(dá)到三維可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)的效果，故需使用DEM數(shù)據(jù)。DEM（Digital Elevation Model）為數(shù)字高程模型，是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，并帶有空間位置特征和地形屬性特征。并能克服遙感數(shù)據(jù)限于二維平面分析的缺點(diǎn)，對GIS領(lǐng)域的技術(shù)研究是不可或缺的重要數(shù)據(jù)來源。

1.研究現(xiàn)狀

DEM數(shù)據(jù)可以通過地面測量、空間傳感器采集、數(shù)字?jǐn)z影測量及地圖數(shù)字化等多種方法獲取[2]。但目前，應(yīng)用于具體工程的DEM數(shù)據(jù)下載源少之又少，通過上述方法獲取數(shù)據(jù)，在時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上造成過重的負(fù)擔(dān)，不利于科學(xué)研究。為了高效解決這一問題，常用的手段是借助第三方應(yīng)用軟件——ArcGIS，但使用費(fèi)用也是非常昂貴的。而有考慮到現(xiàn)今大多工程數(shù)據(jù)多用AutoCAD制圖軟件進(jìn)行圖像繪制，并多以DXF格式存儲地形圖。而受AutoCAD制圖軟件本身的功能限制，雖然在DXF文件中涵蓋了地物的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)[3]，但其高程屬性只能以文字的形式體現(xiàn)，而不能以圖形的形式表達(dá)，不利于圖形的處理及應(yīng)用分析?；谝陨戏治?，故需尋求一種解決方法，可由DXF文件生成DEM數(shù)據(jù)。

本研究提供了一個(gè)應(yīng)用軟件，以可視化的方式，實(shí)現(xiàn)從DXF文件到數(shù)字高程數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，由于遙感影像的存儲格式為SHP、TIFF，故選擇將生成的圖形保存為TIFF文件。

2.算法要點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)點(diǎn)灰度顯示

在DXF文件中，由于無法直觀地顯示地理數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，在轉(zhuǎn)換的過程中，考慮采用灰度圖顯示法對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步歸類和展示。

灰度圖又稱灰階圖，是將白色與黑色之間按對數(shù)關(guān)系分為若干等級。本文用灰度圖表示不同的高程值，來表現(xiàn)出地勢的高低起伏。所對應(yīng)的功能可通過工具條中編輯項(xiàng)下的計(jì)算DEM選項(xiàng)實(shí)現(xiàn)。

為了保證高程值顯示的平滑性以及延展性，不能在圖形中單單表示圖形點(diǎn)的高程值，這樣無法準(zhǔn)確地反應(yīng)出地形信息的變化趨勢。故采用建立Delaunay三角網(wǎng)的方法，實(shí)現(xiàn)計(jì)算每等間隔點(diǎn)的高程值。Delaunay三角網(wǎng)是由一系列連續(xù)三角形構(gòu)成的網(wǎng)狀的平面控制圖形，是三角測量中布設(shè)連續(xù)三角形的兩種主要擴(kuò)展形式，同時(shí)向各方向擴(kuò)展而構(gòu)成網(wǎng)狀，具有較高的圖形強(qiáng)度，點(diǎn)位分布均勻、各點(diǎn)之間相互牽制[4]。使用Delaunay三角網(wǎng)建立三角網(wǎng)格對于信息點(diǎn)離散的圖形可以保持良好的嚴(yán)密性與唯一性，滿足系統(tǒng)需求。

三角網(wǎng)的建立順序是隨機(jī)產(chǎn)生的，在面對實(shí)際工程數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算每等間隔點(diǎn)的高程值的數(shù)量是極為龐大的（為保證建立的DEM數(shù)據(jù)圖形更加平滑連貫，所插入的等間隔采樣點(diǎn)越多，效果越佳。本文示例使用單位間隔）[5]。為減少計(jì)算時(shí)間、提高運(yùn)算速率，在計(jì)算所有點(diǎn)高程值前，對所生成的三角網(wǎng)進(jìn)行排序，即按中心點(diǎn)坐標(biāo)值標(biāo)號排序，以保證計(jì)算每一采樣點(diǎn)的高程值時(shí)，對同一三角網(wǎng)格的提取次數(shù)只有一次。按上述方法，可直接繪制灰度圖，生成結(jié)果如圖1所示。

圖1 高程灰度圖顯示

2.2 創(chuàng)建DEM文件

在生成灰度圖的同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部已創(chuàng)建了相應(yīng)的DEM文件。需要注意的是，由于最后生成的是矢量數(shù)據(jù)，故需要注冊GDAL。GDAL（Geospatial Data Abstraction Library）是一個(gè)在X/MIT許可協(xié)議下的開源柵格空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換庫。它利用抽象數(shù)據(jù)模型來表達(dá)所支持的各種文件格式，還可以通過一系列命令行工具來進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理[6]。具體程序如圖2所示。

圖3 三維展示圖

2.3 三維展示

灰度圖通過色階由黑到白表示出由低到高的高程值，但只是平面圖形，缺乏立體展示性。為豐富本平臺的功能，確保用戶使用的完整性，添加了三維展示模塊，即在用戶生成DEM文件之前，可先對整體圖像進(jìn)行三維預(yù)覽。該模塊以O(shè)SG技術(shù)為基礎(chǔ)，OSG技術(shù)是基于OpenGL技術(shù)三維圖形渲染軟件，可實(shí)現(xiàn)三維圖像的動靜態(tài)展示[7，8]。在灰度圖繪制成功之后，利用保存在迭代器中的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，建立三維場景樹，添加數(shù)字高程數(shù)據(jù)，并按單位采樣間隔生成地表數(shù)據(jù)網(wǎng)格，即可模擬出真實(shí)的地形圖，便于用戶預(yù)覽與使用。展示窗口如圖3所示。

若用戶需對以生成的DEM圖像進(jìn)行修改，可通過本平臺提供的修改模塊進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)將重新計(jì)算高程值。

3.結(jié)束語

本文提出了一種生成數(shù)字高程模型的方法，在極大限度地降低應(yīng)用成本的基礎(chǔ)上，保證了高程數(shù)據(jù)的高效性與準(zhǔn)確性。應(yīng)用本方法可實(shí)現(xiàn)數(shù)萬級點(diǎn)的處理，面對上億點(diǎn)級時(shí)，可考慮更改三角網(wǎng)查找方法，如四叉樹法，可大大提高運(yùn)算速率。

參考文獻(xiàn)

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[7]王銳.最長的一幀.http：//www.chayiba.com/osgchina.org.

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作者簡介：王穎（1989—），女，北京人，碩士研究生，研究方向：電氣傳動自動化。