SUFER在海底地形表達中的應用

孟靜娟 趙俐紅 陽凡林 管清勝 張登

摘 要：隨著空間信息可視化技術在海底地形表達中的應用越來越多，空間信息手段越來越受到學者們的重視。文章詳述了空間信息可視化技術的理論，并對其在海底地形表達中的具體應用進行系統(tǒng)講解。文章闡述了海底地形表達的發(fā)展現狀及其內涵，列舉了一個小區(qū)域的海底地形的測量數據利用SUFER成圖軟件實現該區(qū)塊海底地形的三維可視化顯示，并評價這種應用的效果。

關鍵詞：空間信息；數字高程模型；海洋；海底地形；應用

引言

當今時代，科技信息飛速發(fā)展，空間信息可視化技術的發(fā)展應用也越來越廣，已經擴展到我國的多個重要領域。地學信息可視化是信息可視化中的重要技術，涉及大多數關系到國防安全的重要領域，地理空間可視化的效果圖更利于工作人員做出正確判斷。空間信息可視化過程非常復雜，需大量時間和精力投入進行專門深入的研究。隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，三維地形繪制技術應運而生。海底地形三維地形模擬可真實再現人眼看不到的海底地形，相比二維模擬具有更好的直觀性和仿真能力，使人能更容易地明白復雜的海底地形。

地理信息系統(tǒng)（GIS）發(fā)展日益迅速，其新技術對海底地形地貌數據的采集和管理利用等有著重要作用。海洋數據的來源廣泛，存儲格式多樣，同一種類型的數據，由于測量儀器不同也各不相同。而由于各單位技術人員在預處理數據時所用的方法、工具的差異也形成了不同的存儲格式，有的數據以文件方式存儲，而有的卻存儲在數據庫或者檔案系統(tǒng)中，還有一些數據由多個分布存儲系統(tǒng)的數據組成。此外，基礎地理數據還有柵格和矢量之分，因而文件存儲格式也不相同。利用GIS可以有效地實現海洋環(huán)境監(jiān)測數據的一體化管理，還可以大大提高海圖測量及成圖的開發(fā)周期及開發(fā)費用。

1 基礎理論

要滿足在海洋環(huán)境領域應用的需求，所采用的空間信息可視化軟件應當具備對冗雜的海洋時空數據有效的表達和分析的能力，而時空數據模型是解決上述問題的基礎，同時也是關鍵所在。GIS研發(fā)技術還有局限性，因為它仍是以傳統(tǒng)空間數據技術為依據，而傳統(tǒng)的技術方法已經滿足不了新時代的發(fā)展要求。GIS系統(tǒng)的一個重要功能就是空間信息可視化，它可以將枯燥的難以理解的抽象事物，利用簡單的圖像曲線等，以三維立體圖形或靜態(tài)或動態(tài)的直觀表現呈現在大家面前。GIS系統(tǒng)可視化發(fā)展經歷了二維到三維，靜態(tài)到動態(tài)，簡單到復雜的發(fā)展過程，SUFER的出現給GIS帶來了新的超越。

2 研究背景及發(fā)展

三維地形的可視化問題的發(fā)展一直受制于主流計算機技術的發(fā)展。當前三維可視化實現對海量數據的管理技術已經相對成熟，但在建模與實時動態(tài)方面還存在許多不足，尤其是在海洋領域的應用效果仍無法滿足需要，主要表現在：

（1）傳統(tǒng)地形三維表達的數據模型主要面向陸地數據，未考慮海洋數據與陸地數據之間存在的差異。

（2）海洋是具有時空效應的多維空間實體，單靠靜態(tài)的表達方法不能完全、詳細準確地表現和描述海洋中的多維對象的空間特征和變化趨勢。

基于上述的研究背景和當前技術，本文采用基礎的測深數據和sufer8.0繪圖軟件來實現小范圍的海底地形地貌的三維可視化操作。

3 具體實現

文章采用sufer8.0軟件實現海底地形的可視化。將測得的某個小范圍的海底沙坑地形的DAT格式的基礎數據文件，基本數據文件是至少包括X、Y、Z三列數據的文件。文章采用的數據有X、Y、Z三列，分別為X、Y坐標和該點對應的水深值。網格文件是繪制等值線圖和表面圖所必須的文件，由基礎數據文件經網格化（Grid）命令處理后轉化得到。其文件的擴展名為.grd。利用GRD格式的文件繪制等深線圖（圖1）。從等深線的分布可以看出來在測區(qū)右側部分深度變化較快，這意味著地形坡度較陡，左側則坡度變化較緩。從二維圖看這種變化還不是很明顯，還需要根據等深線圖來繪制該區(qū)的地形三維立體圖。將等深線圖與海底表面的陰影圖相疊加可以生成三維海底地形圖，從而將海底地貌形象地表示出來。若根據不同的等深線所表征的水深來設置不同的顏色加入等深線中，就可以更加清晰的顯示海底地形地貌（圖2）。

圖1 一區(qū)的等深線圖

圖2 等值線圖與3D陰影圖的疊覆

等值面從三維要素中的提取對直觀表達海洋要素場的分布規(guī)律有著重要作用，為了更直接的表達海洋要素場的分布規(guī)律，從三維要素體中提取等值面并進行可視化是必要的。而等值面的生成比切片/切塊的生成要復雜的多，其數據的組織也不是僅僅通過比較或簡單插值就能得到的。

4 未來展望

隨著三維可視化技術的廣泛應用，另一個倍受關注的多維動態(tài)可視化問題，這個主題是以時間為主導的信息可視化問題?，F階段一方面缺乏有效的描述模型，另一方面在增加時間維之后，信息量急劇增加，現有計算機處理起來還比較困難，所以，時空可視化仍是一個懸而未決的難題。基于這種現狀，今后時空可視化是三維地形可視化發(fā)展的一個極具吸引力的方向，而時空可視化的實現可以模擬仿真自然地理的變化過程，包括追溯歷史和預測未來，會在根本上改變現有可視化的理論。因此，未來用三維可視化技術來實現海底地形的再現的發(fā)展前景將非常廣闊。

參考文獻

[1]毛國梁.基于ArcObjec組件的地圖標注研究[J].地理空間信息，2006，4（3）：58-60.

[2]劉惠媛.三維海底地形繪制方法研究與實現[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2009.

[3]陸守一.地理信息系統(tǒng)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]高俊.地理空間數據的可視化[J].測繪工程，2000，9（3）：1-7.

[5]馬建林.基于多波束和ArcGIS的數字海底地形研究及其實現[D].杭州：浙江大學，2005.