基于MapGIS利用地形圖制作坡度圖

河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì) 谷振飛 侯偉利

利用MapGIS軟件空間分析功能，對地形圖進(jìn)行空間分析生成數(shù)字高程DEM數(shù)據(jù)，并進(jìn)行坡度計(jì)算分析，通過提取坡度屬性數(shù)據(jù)后制作坡度圖。坡度圖精度和準(zhǔn)確度受地形圖比例尺、矢量化過程、空間分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等因素控制，在準(zhǔn)確度要求不十分嚴(yán)格的情況的下，可滿足宏觀管理和定性分析需要。

地形圖作為基礎(chǔ)圖件，在工作中較為通用和常見，坡度圖適用領(lǐng)域相對較小，但其在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利建設(shè)和軍事方面有非常重要的實(shí)用價(jià)值。坡度圖繪制一般需要專業(yè)軟件和DEM數(shù)據(jù)，制作成本相對較高。在一般定性分析中，可以利用MapGIS軟件生成相應(yīng)比例尺的坡度圖，可滿足宏觀管理和定性分析等相關(guān)工作需要。

1 軟件版本

坡度圖繪制主要基于軟件MapGIS6.7及以上版本，其中MapGIS6.7成本低，普及性較廣，該軟件使用人群基數(shù)大，操作性好，對硬件要求不高，所生成圖件通用性好。另外為了提高工作效率，需要借助輔助性軟件Section、Excel完成部分繪圖工作。

2 制圖思路

利用MapGIS6.7和Section軟件，在地形圖矢量化及相關(guān)處理后，提取數(shù)字高程DEM數(shù)據(jù)，通過MapGIS6.7“空間分析”功能計(jì)算分析得到坡度屬性數(shù)據(jù)；由點(diǎn)、面文件屬性相交分析，提取坐標(biāo)、高程、坡度等屬性數(shù)據(jù)，最后利用MapGIS6.7“平面等值線繪制”功能繪制坡度圖。

3 坡度圖繪制過程

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

首先利用MapGIS6.7編輯子系統(tǒng)“圖形處理”模塊對紙質(zhì)地形圖等高線進(jìn)行矢量化（已有矢量化地形圖，可忽略本步驟）?？煽紤]在通過Section軟件“1輔助工具”中的“等高線功能”，通過插入等高線，提高坡度圖的美觀性和精度值。需要說明的是，通過插值所得的地形線會(huì)增加誤差積累，在地形圖比例尺小的情況下考慮使用。

由MapGIS6.7屬性管理子系統(tǒng)“庫管理”模塊為等高線增加高程屬性，具體步驟為：庫管理→屬性庫管理→文件→裝入線文件（添加等高線）→結(jié)構(gòu)→編輯屬性結(jié)構(gòu)→編輯線屬性結(jié)構(gòu)，在該菜單下為等高線增加高程屬性，為后續(xù)生成數(shù)字高程DEM數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)文件。

3.2 生成DEM數(shù)據(jù)

通過MapGIS6.7數(shù)字地面高程子系統(tǒng)“空間分析”模塊生成等高線區(qū)域內(nèi)數(shù)字高程Grd文件，具體步驟為：①空間分析→DTM分析→文件→打開數(shù)據(jù)文件→線數(shù)據(jù)文件；②處理點(diǎn)線→高程點(diǎn)/線柵格化→確定，其中在“柵格化參數(shù)”對話框內(nèi)，可以調(diào)整數(shù)據(jù)空間范圍和網(wǎng)格間距，一般網(wǎng)格間距默認(rèn)為10（網(wǎng)格間距小，精度高，反之亦然），在“線數(shù)據(jù)相應(yīng)屬性項(xiàng)”中選擇高程屬性字段名稱，“差值有效搜索范圍”一般選擇默認(rèn)值（搜索范圍大數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，反之亦然）。根據(jù)地形圖精度及后續(xù)所繪制坡度圖要求，需再次調(diào)整相關(guān)參數(shù)設(shè)置，相關(guān)參數(shù)太小，容錯(cuò)率降低并增加計(jì)算機(jī)處理分析時(shí)間，參數(shù)設(shè)置以圖面最優(yōu)質(zhì)者為好。

3.3 坡度屬性數(shù)據(jù)提取

通過MapGIS6.7數(shù)字地面高程子系統(tǒng)“空間分析”模塊生成等高線區(qū)域內(nèi)相關(guān)坡度文件，具體步驟為：①空間分析→DTM分析→Grd模型→網(wǎng)格坡向，坡元圖繪制→輸出坡元圖→確定→打開已生成的Grd文件→是否對原數(shù)據(jù)進(jìn)行均值濾波處理→是→規(guī)則網(wǎng)坡度分布圖輸出設(shè)置→確定→保存文件。其中在“規(guī)則網(wǎng)坡度分布圖輸出設(shè)置”對話框內(nèi)，為了圖面的整體美觀性，需勾選“輸出光滑”和“合并小區(qū)”；根據(jù)數(shù)據(jù)處理區(qū)坡向的整體傾向，需在“坡向分級”內(nèi)點(diǎn)選總體坡向；根據(jù)工作實(shí)際需要，可在“統(tǒng)計(jì)分級方式”內(nèi)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，若圖件不需要可不進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

本步驟生成的文件包括點(diǎn)文件（*.wt）、線文件（*.wl）和面文件（*.wp），其中面文件（*.wp）空間展布見圖1B所示，其中為了圖面可讀性，對面文件進(jìn)行和合并和簡化處理。面文件為坡度面圖元文件，在每個(gè)坡度面圖元中，具有相同的坡度屬性數(shù)據(jù)，通過圖1中地形圖和坡度面圖元空間對比可知，在每個(gè)圖元中地形線密度及空間展布大致相似，也反映通過MapGIS6.7數(shù)字地面高程子系統(tǒng)“空間分析”計(jì)算所得坡度文件數(shù)據(jù)的正確性。

圖1 地形圖與坡度面圖元空間關(guān)系示意圖

表1 坡度面圖元屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖2 點(diǎn)矩陣及坡度圖示意圖

上一步驟生成的面文件（*.wp）有多個(gè)不規(guī)則面圖元組成，其中每個(gè)面圖元屬性數(shù)據(jù)包括型圖元編號（ID）、面積、周長、形心坐標(biāo)X、形心坐標(biāo)Y、形心高程Z、坡元坡度和坡元坡向等數(shù)據(jù)，面圖元屬性數(shù)據(jù)具體見表1所示。在生成的Grd文件過程中，隨著采樣密度提高，面圖元數(shù)量會(huì)相應(yīng)增加。

另新建點(diǎn)文件（*.wt），空間上點(diǎn)以矩陣形式展布（圖2A），點(diǎn)距以能準(zhǔn)確覆蓋每個(gè)圖元為準(zhǔn)，部分點(diǎn)需要人為挪動(dòng)和增補(bǔ)。通過MapGIS6.7空間分析功能，將點(diǎn)矩陣與坡度面文件進(jìn)行屬性相交分析，賦予矩陣點(diǎn)坡度屬性值，并通過Section軟件導(dǎo)出點(diǎn)屬性文件（*.xls），整理文件內(nèi)容另存為生成txt格式文件，所生成的txt文件包括坐標(biāo)和坡度值。

3.4 坡度圖繪制

通過MapGIS6.7數(shù)字地面高程子系統(tǒng)“空間分析”模塊生成離散坡度Grd文件，具體步驟為：空間分析→DTM分析→Grd模型→離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，在“選擇讀入高程文件”對話框中打開4.3所生成的txt格式坡度文件，在彈出的“離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化參數(shù)設(shè)置”對話框中，對數(shù)據(jù)列、網(wǎng)格參數(shù)和網(wǎng)格化方法進(jìn)行設(shè)置，其中網(wǎng)格間距控制離散數(shù)據(jù)密度，網(wǎng)格化方法決定數(shù)據(jù)離散計(jì)算方法，一般選擇“泛克立格法”或“冪函數(shù)加權(quán)法”，在“選擇”和“搜索”兩個(gè)子對話框中可對相應(yīng)計(jì)算方法參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，本步驟需參數(shù)設(shè)置需多次嘗試性，選擇圖面最優(yōu)質(zhì)者。

最后由MapGIS6.7數(shù)字地面高程子系統(tǒng)“空間分析”模塊生成坡度圖（圖2 B），具體步驟為：空間分析→DTM分析→Grd模型→平面等值線繪制，在“打開文件”對話框中選擇上一步驟生成的Grd格式的坡度文件，在彈出的“設(shè)置等值線參數(shù)”對話框中，對“設(shè)置”、“光滑”和“等值線定層”進(jìn)行選擇和參數(shù)設(shè)置。根據(jù)坡度繪制參數(shù)選擇等值線值和區(qū)參數(shù)，通過本步驟可生成坡度點(diǎn)文件（*.wt）、線文件（*.wl）和面文件（*.wp）。

總結(jié)：（1）使用MapGIS軟件由地形圖制作坡度圖，主思路是通過矢量化和空間分析，生成數(shù)字高程DEM數(shù)據(jù)；并在生成坡度圖元的基礎(chǔ)上，提取坡度屬性數(shù)據(jù)后繪制坡度平面等值線圖；（2）通過本方法繪制的坡度圖精度不高，除受地形圖定位精度和比例尺影響外，在地形圖矢量化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算分析、文件疊置、點(diǎn)矩陣布置等過程中，均會(huì)產(chǎn)生誤差，隨著轉(zhuǎn)換次數(shù)越多，誤差積累越大。主要用于宏觀管理和定性分析需要；（3）在txt格式坡度文件離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化過程中，不同計(jì)算方法和參數(shù)選擇，都會(huì)對坡度圖空間展布形態(tài)有一定的影響，需要多次嘗試選擇并決定，在繪圖過程中應(yīng)引起注意和重視。