基于ENVI和ArcScene三維地表可視化研究

郁智++朱茂濤

摘要：三維可視化是一種表達工具以及用于理解地表及內(nèi)部元素等許多地質(zhì)現(xiàn)象特征的一種表達方式，它能反映出二維圖像不能和難以表達的信息，而且三維圖像更能通俗的表達出物體的形態(tài)，使人一目了然，三維可視化在最近十年的發(fā)展突飛猛進，在地質(zhì)工作中，三維可視化更是有著不可或缺的地位，高精度的立體三維圖像可以輔助地質(zhì)工作的完成，本文此次研究基于云南會澤鉛鋅礦研究，提取礦區(qū)的三維可視化。

Abstract： 3D visualization is an expression tool and an expression for understanding the features of many geological phenomena such as surface and internal elements. It can reflect the information that two-dimensional images can not express， and 3D image can more easily express the shape of the object so that people can know the shape at a glance. 3D visualization has got rapid development in the last decade， and is indispensable in geological work. High-precision three-dimensional images can assist the completion of geological work. This paper is based on Huize Lead-zinc Ore in Yunnan to extract the 3D visualization of the mining area.

關(guān)鍵詞：3D；三維可視化；提取方法；會澤

Key words： 3D；3D visualization；extraction method；Huize

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0189-03

0 引言

三維可視化作為地質(zhì)工作中一個不可或缺的重要角色，通過計算機的高精度運算，將地形地貌十分準確逼真形象的顯現(xiàn)出來，截止到目前為止，三維可視化在各行各業(yè)都有著不同程度的利用，而在地質(zhì)方面，國內(nèi)外利用三維可視化技術(shù)，運用于提取地形地貌，坡度坡向等專題圖，提取線性構(gòu)造等成功實例不勝枚舉，本文以ASTER數(shù)據(jù)、ETM+數(shù)據(jù)為對象，基于ENVI、ArcScene為平臺建立三維可視化模型。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省曲靖市會澤縣礦山鎮(zhèn)，地理坐標（西安80坐標系）為東經(jīng)103° 43'～103°45'，北緯26°38'～26°40'，鎮(zhèn)政府離縣城60公里，礦山鎮(zhèn)是全國著名的鉛鋅礦產(chǎn)地之一，本次選取的研究區(qū)面積約10km2。

2 數(shù)據(jù)來源

2.1 地形數(shù)據(jù)

本次工作選取的DEM數(shù)據(jù)為基于研究區(qū)ASTER數(shù)據(jù)的band 3N和立體后視波段band 3B提取的高程數(shù)據(jù)，空間分辨率為15m。

2.2 遙感影像數(shù)據(jù)

本次工作遙感影像數(shù)據(jù)采用的ETM+數(shù)據(jù)，ETM+數(shù)據(jù)選用2010年2月07日拍攝的129/42景ETM+數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)標識為LT51290422010038BKT00，影像質(zhì)量優(yōu)秀，云量覆蓋率低于0.1%。ETM+的空間分辨率為30m，為了更好的顯示圖像，本次工作將采用ENVI平臺下的GS融合方法，選用圖像的PAN波段（空間分辨率為15m）與ETM圖像融合，使ETM+圖像的空間分辨率達到15m，更好的清晰的表達三維立體可視化效（圖1）。

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3 研究方法

3.1 建立DEM高程數(shù)據(jù)

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM，它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。DEM數(shù)據(jù)不僅含有地面高程信息，還包含了地貌特性，比如坡度、坡向等信息，同時還能分析地形特征參數(shù)，比如山脊線、山谷線、平原、峽谷、河流和溝谷等信息。

基于ASTER數(shù)據(jù)的band 3N和band 3B波段提取DEM數(shù)據(jù)，基于ENVI軟件平臺下的DEM Extraction工具從立體像對數(shù)據(jù)中提取DEM數(shù)據(jù)。提取時初步自動選點75個，將不符合相關(guān)系數(shù)低于0.7的點刪除，選取余下的57個點（圖2）作為地面控制點提取DEM數(shù)據(jù)（圖3）。

3.2 構(gòu)建二維地形模型

基于已建立好的DEM高程數(shù)據(jù)模型，用于研究地形地貌專題圖件的研究，通過ARCGIS平臺的3D Analyst工具下的柵格表面提取坡度、坡向、山體陰影等專題圖件，通過這些圖件所反映的信息可以清楚的了解本次研究區(qū)的地形地貌信息（圖4、5、6）。

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3.3 構(gòu)建三維地表模型

在ArcScene軟件平臺下構(gòu)建三維地表模型，覆蓋在DEM數(shù)據(jù)上的遙感影像通過不同的波段組合，反映出來的信息也截然不同，通過ETM+數(shù)據(jù)的band3、2、1波段組合構(gòu)建真彩色模型（圖7），色彩組合接近于自然色彩合成圖像以達到人體肉眼的觀測的真實色彩，如圖綠色覆蓋區(qū)為植被，淡藍色覆蓋區(qū)為水體，淺黃色覆蓋區(qū)為出露的巖石，但是視覺效果較差，適合于非遙感地質(zhì)工作者；用ETM+波段的band4、3、2波段組合建立標準假彩色（圖8），植被成紅色，適用于植被與水體和其他地物的區(qū)分，在植被、農(nóng)作物、土地利用和濕地分析的遙感方面，這是最常用的波段組合；用ETM+波段的band5、4、3波段組合建立遙感影像覆蓋（圖9），band5、4、3，視覺效果強于3、2、1波段組合，可用于對水體的區(qū)分；并且利用arcmap下的線性拉伸和夸張系數(shù)，將研究區(qū)以合適的比例大小、山體高度等形象的表現(xiàn)出來，為工程（如公路、鐵路、管線工程等）設(shè)計與施工提供有效合理的依據(jù)。

綜合考慮三維可視化的波段選擇，選取ETM+波段3、2、1的組合方式，該方式更能直接形象的放映出研究區(qū)的地理概況，更加符合人眼的視覺效果，同時三維可視化較于二維圖像，表達出來的空間信息更多，區(qū)域自然地形地貌、水體植被的分布狀況在三維圖像中一目了然，為計算機運算與人類判讀提供良好的互動效果。

4 結(jié)論

①地理信息系統(tǒng)（GIS）及三維可視化技術(shù)的發(fā)展為區(qū)域三維地形景觀構(gòu)建與模擬提供成熟、可行、簡便的操作平臺，對于DEM數(shù)據(jù)的分析利用構(gòu)建三維可視化能表達出二維圖像所不能表達的空間信息，使人更加通俗易懂，高精度的三維立體圖像在地質(zhì)方面能夠起到很重要的輔助作用。

②DEM數(shù)據(jù)精度越高，所表現(xiàn)出來的立體影像越清楚，對于worldview、快鳥數(shù)據(jù)以及Google earth等高精度的DEM數(shù)據(jù)在應(yīng)用中所構(gòu)建的立體影像更是可以達到虛擬現(xiàn)實的效果，二維圖像和三維圖像的結(jié)合在表達內(nèi)容上能達到更好的效果。

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