等值線分析系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用之等值線填充

董秀強(qiáng)，魏慶杰

（河北省承德水文水資源勘測(cè)局，河北承德067000）

等值線分析系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用之等值線填充

董秀強(qiáng)，魏慶杰

（河北省承德水文水資源勘測(cè)局，河北承德067000）

等值線圖被廣泛應(yīng)用于水文、氣象、地質(zhì)及地形圖中，文章詳細(xì)介紹了應(yīng)用基于GIS的等值線分析系統(tǒng)，對(duì)繪制好的等值線進(jìn)行色彩填充的原理、方法和步驟，并借助地理信息系統(tǒng)求任意閉合區(qū)域面積的功能，輕松求出研究區(qū)內(nèi)暴雨籠罩面積或平原區(qū)地下水漏斗的面積。填充后的等值線圖比單純的等值線圖更加直觀，更便于非專業(yè)人員理解。

等值線分析系統(tǒng)；等值線填充；應(yīng)用功能；等值線間面積

等值線圖被廣泛用于水文、氣象、地質(zhì)、油田等領(lǐng)域，是人們?cè)谘芯孔匀豢茖W(xué)領(lǐng)域中一些要素值在空間上分布規(guī)律的一種不可缺少的手段。等值線完成后，如果能用一種算法，將不同的區(qū)域以不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，就可以明顯地表現(xiàn)出數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，使等值線圖的數(shù)值變化更加一目了然。

1 算法原理

基于任意兩條等值線都不相交的前提，平面等值線的填充算法思路如下：

1）生成閉口等值線。等值線有開(kāi)口的和閉口的兩種，閉口等值線可以直接用于填色，而開(kāi)口等值線必須想辦法形成封閉區(qū)域才能用于填色。所繪的任何等值線都位于繪圖區(qū)域內(nèi)，矩形網(wǎng)格法區(qū)域?yàn)榫匦?，即邊界為矩形；三角形法的區(qū)域?yàn)槎噙呅危催吔鐬槎噙呅?。因此，開(kāi)口等值線和繪圖區(qū)域的邊界可形成封閉區(qū)域。在生成封閉區(qū)域時(shí)，必須按照一定的規(guī)則，如順時(shí)針或反時(shí)針，所生成的封閉區(qū)域可以重疊，但不能相交［1］。

2）計(jì)算封閉多邊形的面積，并按面積由大到小排序

3）按面積由大到小填充多邊形封閉區(qū)域。

4）將封閉多邊形按從大到小進(jìn)行裁剪，即刪除封閉區(qū)域的重疊部分。

2 等值線填充

用基于GIS的等值線分析系統(tǒng)打開(kāi)一個(gè)已繪制好的等值線，先對(duì)其進(jìn)行行政區(qū)裁剪，使其外圍邊界過(guò)于復(fù)雜。

點(diǎn)擊“等值線數(shù)據(jù)—等值線填充（等值線法）”。程序?qū)⑺械戎稻€按等值線值進(jìn)行排序，遍歷等值線，將手工繪修改時(shí)中間斷開(kāi)的等值線進(jìn)行合并，確保每一條閉合的等值線開(kāi)始和終了結(jié)點(diǎn)是重合的；而每一條開(kāi)等值線的開(kāi)始和終了結(jié)點(diǎn)都是唯一的。按順時(shí)針?lè)较驅(qū)⑺虚_(kāi)等值線的開(kāi)始和終了結(jié)點(diǎn)連接在一起，形成一個(gè)等值線的外邊界，如圖1。此時(shí)，可能有一部分等值線沒(méi)有被包含在邊界內(nèi)，一定要手工修改一下邊界，使所有的等值線都包含在邊界內(nèi)［2］。

圖1 自動(dòng)生成的等值線外邊界

修改好外邊界后，再點(diǎn)菜單上“等值線數(shù)據(jù)—等值線填充（等值線法）”，程序則自動(dòng)計(jì)算出各等值線序列，并給出默認(rèn)的填充顏色，如圖2?？梢詥螕簟疤畛漕伾卑粹o，設(shè)置最大最小填充顏色，即自動(dòng)計(jì)算填充的漸變色，也可以雙擊某一顏色，單獨(dú)設(shè)置某一個(gè)填充顏色。

圖2 設(shè)置各等值線間的填充顏色

程序自動(dòng)完成所在等值線的區(qū)域填充，并按大小進(jìn)行裁剪，使得每?jī)蓷l等值線間的區(qū)域都是一個(gè)獨(dú)立的對(duì)象，沒(méi)有被其它等值線所覆蓋的地方，并同時(shí)生成填充等值線的圖例，見(jiàn)圖3。

圖3 填充好的等值線

3 等值線的裁剪

填充好的等值線要用研究區(qū)進(jìn)行裁剪，看起來(lái)才更美觀。研究區(qū)可以是一個(gè)行政區(qū)，如邯鄲市，也可以是一個(gè)流域，一條河流某斷面以上的集水區(qū)等。如圖4，打開(kāi)一個(gè)行政區(qū)的外邊界圖。

點(diǎn)擊菜單上的“等值線數(shù)據(jù)—裁剪圖層”，出現(xiàn)對(duì)話框：

此時(shí)可以選擇填充圖（邯鄲市雨量2008區(qū)域圖）和等值線圖（邯鄲市雨量年2008）兩個(gè)圖層同時(shí)進(jìn)行裁剪。成圖效果見(jiàn)圖6。

圖4 行政區(qū)邊界

圖5 裁剪圖層對(duì)話框

圖6 裁剪后的等值線圖層

4 求等值線間面積

求每條等值線間的面積，主要是為了求研究區(qū)內(nèi)的暴雨籠罩面積，地下水埋深面積等，所以只有在用研究區(qū)對(duì)填充圖進(jìn)行裁剪后再求面積，才有實(shí)際意義。

求等值線間面積的算法過(guò)程是先將相同數(shù)值的等值線區(qū)間進(jìn)行合并，然后從小到大逐一輸出各等值線區(qū)間的面積。操作上只要點(diǎn)擊菜單上的“工具—求等值線單面積”即刻輸出結(jié)果，見(jiàn)表1所示。

表1 邯鄲市2008年雨量面積統(tǒng)計(jì)表km2

從表1中可以看出：本地區(qū)2008年降水量＜400 mm的面積為1 086.97 km2，＞500 mm的暴雨面積為4 485.76 km2。用面積加權(quán)求得面平均雨量為482.3 mm。如果使用的是平原區(qū)地下水等值線，即可求出該區(qū)內(nèi)地下水大于某一埋深的漏斗面積。

5 結(jié) 論

填充后的等值線圖比單純的等值線圖更加直觀，更便于非專業(yè)人士理解。用等值線分析系統(tǒng)完成的填充等值線圖完全基于等值線本身。通俗的可理解為：各區(qū)間是在一塊整體的區(qū)域上，用等值線條一塊塊切下來(lái)的，所以和所給的等值線是完全匹配的。切出來(lái)的等值線區(qū)間是完全獨(dú)立的，即不互相交叉，又不互相重疊，相鄰之間也沒(méi)有空隙。所以用其計(jì)算出的等值線間的面積也是最準(zhǔn)確的。統(tǒng)計(jì)的暴雨籠罩面積、地下水埋深面積等也是最為準(zhǔn)確的，而用此面積加權(quán)求取的面平均值的誤差，則與等值線分劃密度有關(guān)—密度越大，誤差越?。?］。

［1］黃石峰.復(fù)雜情況下等值線的生成和處理［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2008.

［2］王鵬.等值線快速繪圖方法研究及系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.成都：電子科技大學(xué)，2011.

［3］韓麗娜.地質(zhì)等值線圖的生成與繪制［D］.西安：西安科技大學(xué)，2006.

Contour Filling of Contour Analysis System App lication

Dong Xiu-qiang and Wei Qing-jie
（Hydrology＆Water Resources Survey Bureau of Chengde，Hebei province.Chengde 067000，China）

The contourmap is used widely in hydrology，meteorology，geology and topographic map.By applying of contour analysis system of GIS，based on the principle，method and procedure of color-filling for finished contour，through using the geological information system to find out the functions of free closing-area to obtain easily the storm area enveloped or groundwater funnel area in the plain.Compared with the single contour map，the contour map filled is more intuitive for the unprofessional staff to understand it.

contour analysis system；contour filling；application function；inter-contours area

TP391.41

A

1007－7596（2015）05－0045－03

2014－10－31

董秀強(qiáng)（1969－），男，河北承德人，工程師，從事水文分析計(jì)算、水資源保護(hù)及水文信息化建設(shè)方面的工作；魏慶杰（1970－），女，遼寧鞍山人，高級(jí)工程師，從事水文分析計(jì)算、水資源保護(hù)等方面的工作。