關(guān)于利用ArcGIS Map繪制地形剖面圖方法的研究

摘 要 文章簡(jiǎn)要介紹了地形剖面圖的應(yīng)用領(lǐng)域和繪制方法，闡述了在ArcGIS Map中生成TIN和DEM數(shù)據(jù)并在此基礎(chǔ)上生成地形剖面線圖的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 剖面圖;TIN;DEM

前言

地形剖面圖指沿地表某一直線方向上的垂直剖面圖，顯示剖面線上地面地勢(shì)起伏狀況。直觀地表現(xiàn)地面的起伏、地勢(shì)的變化和坡度的陡緩，形象地顯示出一個(gè)地區(qū)的地形類型及其特征。它廣泛地應(yīng)用在礦產(chǎn)資源勘查、平整土地、修筑渠道、建筑鐵路、公路等工程領(lǐng)域，是一種不可或缺的測(cè)繪成果資料。

1地形剖面圖的繪制方法

1.1 剖面圖概述

剖面圖亦稱斷面圖，是沿地表某一既定方向的直線，將地表工程點(diǎn)、重要地物點(diǎn)和沿線的地貌形態(tài)按比例表示的一條曲線?？梢灾庇^反映該線上地形起伏和坡度陡緩。

剖面圖是在利用實(shí)測(cè)地形三維數(shù)據(jù)或在等高線地形圖的基礎(chǔ)上按一定比例尺展繪成剖面圖。

（1）利用全站儀或GPS-RTK等儀器設(shè)備實(shí)地測(cè)得既定剖面線上工程點(diǎn)、地物點(diǎn)、地形變換點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)或到剖面圖起始點(diǎn)的平距、高差。

（2）在既有的地形圖基礎(chǔ)上，根據(jù)圖上的等高線、高程點(diǎn)等按照設(shè)計(jì)的剖面線解析的繪制剖面圖。

剖面圖測(cè)量和繪制是按一定的橫向比例尺和縱向比例尺進(jìn)行。展繪剖面圖的水平比例尺叫橫向比例尺，依其展繪各測(cè)點(diǎn)至剖面線端點(diǎn)之距離。為了真實(shí)顯示剖面與地表交線（即剖面地形）的形狀，在剖面圖上展繪測(cè)點(diǎn)高程所采用的縱向（垂直）比例尺，一般與橫向比例尺一致[1]。

1.2 剖面圖繪制

傳統(tǒng)的剖面圖繪制是按給定的水平、垂直比例尺及剖面長(zhǎng)度，將工程點(diǎn)、地物點(diǎn)、地形變換點(diǎn)到剖面線起點(diǎn)的平距、高差逐一展繪在圖紙上。圖紙上的方格網(wǎng)橫線代表高程線（或深度線等），方格網(wǎng)縱線代表剖面長(zhǎng)度（或剖面里程）。

習(xí)慣按“左西右東”的順序來繪制剖面圖，即剖面以西端點(diǎn)為起點(diǎn)，東端點(diǎn)為終點(diǎn)，逐次繪制。因此，剖面方位也總是從西到東為正向。若剖面恰好位正南北方向時(shí)，則按照“左北右南”的原則繪制。

剖面方位角一般注記在東端點(diǎn)的上方，在西端點(diǎn)上方注記剖面反向方位角。故西端點(diǎn)上方注記的方位總是在三、四象限內(nèi)，東端點(diǎn)上方注記的方位是在一、二象限內(nèi)。

在礦區(qū)勘探期間，正確地設(shè)計(jì)勘探工程的位置和加密勘探工程，都需要有剖面圖作為依據(jù)，借以掌握各工程間相互關(guān)系和礦體變化情況。在礦產(chǎn)儲(chǔ)量計(jì)算中，各條剖面線間距和同一剖面線上各勘探工程的間距，是控制礦體位置的基本數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)及從剖面圖上量取的各局部礦體的厚度、傾角和長(zhǎng)度等資料，便可進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算。所以勘探剖面圖是提交的礦區(qū)勘探報(bào)告及審査儲(chǔ)量計(jì)算中的重要資料[2]。

本文講述在Arcgis-MAP中利用不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）的數(shù)字高程模型（DEM）生成指定的剖面線。

1.3 數(shù)字高程模型（DEM）

地球表面高低起伏，呈現(xiàn)一種連續(xù)變化的曲面，這種曲面無法用平面地圖來確切表示，于是我們就利用一種全新的數(shù)字地球表面的方法-數(shù)字高程模型的方法。數(shù)字高程模型即DEM（Digital Elevation Model），是以數(shù)字形式按一定結(jié)構(gòu)組織在一起，表示實(shí)際地形特征空間分布的模型，也是地形形狀大小和起伏的數(shù)字描述。

DEM有三種主要的表示模型：規(guī)則格網(wǎng)模型，等高線模型和不規(guī)則三角網(wǎng)。

不規(guī)則三角網(wǎng)（簡(jiǎn)稱TIN，即Triangulated Irregular Network）是一種表示數(shù)字高程模型（DEM）的方法，它既減少了規(guī)則格網(wǎng)帶來的數(shù)據(jù)冗余，同時(shí)在計(jì)算（如坡度）效率方面又優(yōu)于純粹基于等高線的方法。不規(guī)則三角網(wǎng)能隨地形起伏變化的復(fù)雜性而改變采樣點(diǎn)的密度和決定采樣點(diǎn)的位置，因此它能夠避免地形起伏平坦時(shí)的數(shù)據(jù)冗余，又能按地形特征點(diǎn)如山脊，山谷線，地形變化線等表示數(shù)字高程特征[3]。

TIN 表面數(shù)據(jù)模型由結(jié)點(diǎn)（Node）、邊（Edge）、三角形（Triangle）、包面（Hull）和拓?fù)洌═opology）組成。

在ArcGIS中，TIN 主要是通過矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、Terrain數(shù)據(jù)集來創(chuàng)建。

2應(yīng)用案例

我院承擔(dān)了某地河流和水庫管理范圍劃界實(shí)施項(xiàng)目工作，測(cè)量主要內(nèi)容有

①平面地形測(cè)量：沿河地形條帶圖測(cè)量的比例不低于1∶2000，測(cè)量寬度一般為500m。②河道縱、橫斷面測(cè)量：沿河道中線按150的比例測(cè)量縱斷面，并繪制河道縱斷面圖：沿河道每200～500m按1∶500的比例測(cè)繪橫斷面圖[4]。

坐標(biāo)系采用2000國家大地坐標(biāo)，中央子午線為114°00′，

高程采用1985國家高程基準(zhǔn)。

（1）在Arcmap中添加實(shí)測(cè)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)文件或地形圖矢量數(shù)據(jù)，運(yùn)用3D Andlyst擴(kuò)展模塊—數(shù)據(jù)管理—?jiǎng)?chuàng)建TIN功能將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的Shape文件轉(zhuǎn)換成不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）文件。

（2）在3D Andlyst擴(kuò)展模塊—功能性表面—插值Shape文件導(dǎo)入設(shè)計(jì)剖面線或直接繪制剖面線。圖中剖面線繪制方向應(yīng)與生成剖面線的原則一致。選擇剖面線，以不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）文件為輸入地形表面生成剖面線成果[5]。

（3）成果可以方便快捷的導(dǎo)出圖片和資料兩種模式，圖片包括JPEG、GIF、PNG、PDF等，資料成果包括或txt、XML、HTML文本、EXCEL等多種類型[6]。

3體會(huì)

（1）目前，大多數(shù)單位普遍用CASS軟件的繪制斷面圖，方法有已知坐標(biāo)、里程文件、等高線、三角網(wǎng)法等。主要是用全站儀或RTK實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)或圖上通過解析法獲得的剖面數(shù)據(jù)生成的里程文件，需人工計(jì)算編制里程文件，工作量較大且煩瑣;

（2）ArcMap中根據(jù)實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)或矢量文件能快速的、批量的生成多條剖面線成果，成果圖、表結(jié)合，也可快捷的導(dǎo)出剖面圖的資料文件進(jìn)行編輯生成CASS繪圖軟件的剖面圖里程文件;

（3）ArcMap中的數(shù)字高程模型地形模型（DEM或TIN）能形象、準(zhǔn)確的表示實(shí)地地面形態(tài)、地形陡緩，對(duì)照地形模型（DEM或TIN）很好地進(jìn)行剖面線設(shè)計(jì)和布設(shè)的合理性、成果數(shù)據(jù)檢查;

（4）數(shù)字高程模型地形模型（DEM或TIN）的精度取決于對(duì)地形起伏變化采樣點(diǎn)的密度和采樣點(diǎn)的位置，特別是地形特征點(diǎn)如山脊，山谷線，地形變化線等表示高程特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集[7]。

參考文獻(xiàn)

[1] 牟乃夏，劉文寶，王海銀，等.ArcGIS10地理信息系統(tǒng)教程[M].北京：測(cè)繪出版社，2012：39.

[2] 江寶波，黃德芳.工程測(cè)量學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1990：101.

[3] 鄒斌文，馬維峰，龍昱，等.基于ArcGIS的條帶剖面提取方法在地貌分析中的應(yīng)用[J].地理與地理信息科學(xué)，2011，（3）：46-48.

[4] 張琳.GIS地形分析中的應(yīng)用[J].科學(xué)與信息化，2007，（7）：57.

[5] 成敏瑩.GIS地形分析實(shí)例[J].中國科技信息，2012，（13）：47-48.

[6] 工程測(cè)量規(guī)范：GB50026-2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[7] 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范：GB/T18341-2001[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

作者簡(jiǎn)介

焦宇瑞（1977-），男，山西長(zhǎng)子人;畢業(yè)院校：太原理工大學(xué)，專業(yè)：測(cè)繪工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職單位：山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì)，研究方向：工程測(cè)量工作。