淺析GIS軟件在數(shù)字地圖中的應(yīng)用技巧與方法

張文佳，祝培剛

（1.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013；2.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250014）

21世紀(jì)以來，第四產(chǎn)業(yè)——信息產(chǎn)業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中起到重要的作用，其地理信息（Geographical Information System，GIS）作為新興邊緣科學(xué)，集多學(xué)科為一體，系統(tǒng)由四部分構(gòu)成，其中一部分則為軟件系統(tǒng)。MAPGIS和ARCGIS這兩種軟件有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)編輯能力和存儲(chǔ)分析能力，可以處理數(shù)字地球表面信息，獲取地質(zhì)工作中最全地面實(shí)時(shí)情況，幫助了解地球領(lǐng)域的方方面面，在自然資源、地理測(cè)繪、資源開發(fā)管理、區(qū)域規(guī)劃、國防建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

1 數(shù)字地圖與軟件概述

線劃地圖和影像地圖是最常見的地圖形式，首先線劃地圖作為一種傳統(tǒng)的地理信息載體，其圖件以地質(zhì)要素為主，地形要素為輔，MAPGIS是工具型的地理信息系統(tǒng)軟件，成圖的顏色比較真實(shí)，CYMK的印刷格式，地質(zhì)圖件效果比較好。地質(zhì)界線、地質(zhì)構(gòu)造、斷層接觸關(guān)系、巖脈、各種地物分布和地形的起伏情況，都能精確并直觀地在線劃地圖中呈現(xiàn)。

隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，國土資源管理工作的創(chuàng)新，礦政管理方面的加強(qiáng)，影像地圖漸漸在工作中發(fā)揮作用，最常用軟件是ARCGIS，它采用成色格式是RGB格式，成圖顏色效果一般，空間分析及數(shù)據(jù)應(yīng)用方面卻比較完善，其數(shù)據(jù)庫組織嚴(yán)謹(jǐn)，采集數(shù)據(jù)能簡(jiǎn)單入庫。例如礦產(chǎn)資源管理方面，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，結(jié)合GIS技術(shù)，對(duì)礦山開采實(shí)施監(jiān)管，圖件主要以影像地圖為主，包含航空像片和衛(wèi)星影像等，ARCGIS軟件通過三維立體可視化就能監(jiān)測(cè)礦山開采，提取礦山圖斑和相關(guān)數(shù)據(jù)。

針對(duì)工作出現(xiàn)的上述兩類地圖，利用地理信息軟件與技術(shù)方法，對(duì)其圖件進(jìn)行圖像處理與編輯、空間分析和整飾。

2 地質(zhì)圖的鑲嵌融合

2.1 鑲嵌融合

鑲嵌融合功能是MAPGIS圖像處理中一個(gè)重要組成部分，此功能可以完成影像的幾何校正和影像鑲嵌，還能有效地解決高精度DRG數(shù)據(jù)產(chǎn)生的問題。

2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MSI

工作中數(shù)據(jù)輸入有數(shù)字化儀、掃描矢量化、其他數(shù)據(jù)源的轉(zhuǎn)換等多種方式，單擊圖像處理功能選擇圖像分析，數(shù)據(jù)輸入需要轉(zhuǎn)換的圖件，添加數(shù)據(jù)源文件后選擇轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型，對(duì)話框中點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換即生成1.MSI文件。

2.3 生成標(biāo)準(zhǔn)圖框

首先生成與1.MSI文件比例尺經(jīng)緯度相一致的標(biāo)準(zhǔn)圖框。此圖框同時(shí)生成三個(gè)文件，分別為點(diǎn)1.wt、線1.wl、面1.wp。

2.4 校正文件與參照文件

圖像鑲嵌配準(zhǔn)是由兩部分文件組成:校正文件和參照文件。

校正文件是需要幾何校正和坐標(biāo)參照處理的文件，只能是MSI圖像。

參照文件是在進(jìn)行校正文件處理時(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)文件，包含MSI圖像和圖形文件。

2.5 影像文件鑲嵌配準(zhǔn)

校正文件類型是msi影像文件，可將之前轉(zhuǎn)換后的1.msi 文件與按照比例尺、坐標(biāo)系生成的參照文件（標(biāo)準(zhǔn)圖框）進(jìn)行鑲嵌融合，控制點(diǎn)信息是主要處理對(duì)象。

1.msi文件要在MAPGIS圖像處理、圖像分析中打開。

打開MSIPROC60系統(tǒng)，添加需校正圖像1.msi，此圖像在左上角顯示窗口中。點(diǎn)擊鑲嵌融合—打開參照文件（標(biāo)準(zhǔn)圖框），選取參照?qǐng)D像中標(biāo)準(zhǔn)圖框的1.wt、1.wl、1.wp文件。

添加之后的頁面顯示需要鑲嵌配準(zhǔn)的兩張圖件，校正圖件1.MSI與參照?qǐng)D件（標(biāo)準(zhǔn)圖框）。

2.5.1 控制點(diǎn)添加

幾何校正采用了多項(xiàng)式擬合法，為保證配準(zhǔn)精度，實(shí)際的控制點(diǎn)數(shù)至少為理論數(shù)的3倍。在左右兩幅圖件中分別取相同經(jīng)緯網(wǎng)內(nèi)的同一點(diǎn)，參照文件與校正文件的格網(wǎng)間距要保持一致，分別對(duì)兩幅圖添加校正控制點(diǎn)。點(diǎn)擊主界面菜單→鑲嵌融合→添加控制點(diǎn)（校正圖件原圖中）確定控制點(diǎn)位置后按下空格鍵，再確定右側(cè)參照?qǐng)D件相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置，按下空格鍵，即第一個(gè)控制點(diǎn)位置已確定。

選取第一個(gè)控制點(diǎn)，在影像圖下方ID欄中會(huì)依次出現(xiàn)控制點(diǎn)X、Y坐標(biāo)，窗口同時(shí)顯示兩點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值。依次采集兩圖幅四角控制點(diǎn)，根據(jù)圖上各要素分布特征及比例尺去設(shè)置圖上其他控制點(diǎn)的分布位置，最好全部選擇方格網(wǎng)交點(diǎn)。兩幅圖選取的順序按照左下、左上、右下、右上依次添加多個(gè)控制點(diǎn)從而進(jìn)行配準(zhǔn)。

2.5.2 圖像—圖形—控制點(diǎn)列表

此圖選取四個(gè)控制點(diǎn)，校正圖像1.MSI 和參照?qǐng)D像（標(biāo)準(zhǔn)圖框）控制點(diǎn)依次添加后，如圖1所示。

圖1 圖像—圖形—控制點(diǎn)列表顯示模式圖

2.5.3 圖像—圖形—影像校正

進(jìn)行校正瀏覽，點(diǎn)擊影像校正，即可兩張圖像精準(zhǔn)重合。見圖2。

圖2 鑲嵌融合—校正預(yù)覽圖

2.5.4 鑲嵌融合—影像鑲嵌

最后在MSIPROC60 系統(tǒng)頁面中選擇鑲嵌融合，點(diǎn)擊影像鑲嵌，鑲嵌方法選取數(shù)據(jù)覆蓋，確定另存圖件名稱即可。

3 ARCGIS利用DEM數(shù)據(jù)提取等值線

3.1 DEM數(shù)據(jù)

DEM 是數(shù)字化高程模型（Digital Elevation Model），以有序數(shù)的值表示實(shí)際的地形空間特征，呈現(xiàn)實(shí)體地面模型，并被廣泛地應(yīng)用在地形分析研究領(lǐng)域。

3.2 ARCGIS提取DEM數(shù)據(jù)

利用ARCGIS提取DEM相關(guān)數(shù)據(jù)也是一種非常實(shí)用的方法，能夠快速呈現(xiàn)出地質(zhì)區(qū)域范圍內(nèi)的地形資料。

在工作中提取所需經(jīng)緯度范圍內(nèi)的等高線，可以采取以下方法：

首先從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站下載數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)文件，在下拉菜單中選擇30M分辨率的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，在高級(jí)檢索中輸入需要下載的經(jīng)緯范圍，范圍中包含的數(shù)據(jù)為分塊數(shù)據(jù)，選擇需要區(qū)塊下載解壓并保存。

打開軟件ARCGIS，加載下載柵格（網(wǎng)格）數(shù)據(jù)（例如4塊），在內(nèi)容列表圖層中柵格數(shù)據(jù)全部呈現(xiàn)，此時(shí)需要添加邊界范圍作為整圖的參照。

打開toolbox 工具箱，點(diǎn)擊3D Analyst 工具—Art-Toolbox—數(shù)據(jù)管理工具—柵格—柵格數(shù)據(jù)集—鑲嵌至新柵格功能依次輸入四個(gè)柵格數(shù)據(jù)文件dem1、dem2、dem3、dem4,設(shè)置輸出位置，下拉菜單調(diào)整像素類型，鑲嵌運(yùn)算符，波段數(shù)填寫1，單擊確定。合并后新建文件夾DEM保存，輸出1.img格式文件。

3.3 等值線提取及附顏色

點(diǎn)擊地理處理—ArtToolbox—SpatialAnalyst—地表分析—輸入柵格—等值線列表添加等值線數(shù)目，例如提取1220m、1500m或20m等值線。

等值線提取后如何在影像圖中更加醒目，我們可以修改等值線顏色，首先右鍵點(diǎn)擊contour_dem1屬性—符號(hào)系統(tǒng)—類別—contour—添加所有值，分別修改1220m和1500m的等值線顏色。

4 MAPGIS矢量等值線平面圖生成彩色等值線立體圖

工作區(qū)范圍內(nèi)等值線平面圖，利用MAPGIS軟件可以對(duì)地形圖進(jìn)行處理，呈現(xiàn)立體圖形，方便在地質(zhì)工作中直觀了解地形，以DEM數(shù)據(jù)提取的1220m等值線為例。

4.1 等值線平面圖添加屬性字段

首先圖形處理在輸入編輯中打開工作區(qū)—裝入線文件，編輯線屬性結(jié)構(gòu)Z，增加需要等值線屬性字段“gcx”。按Enter回車鍵選擇雙精度字段類型。

4.2 矢量化—高程自動(dòng)賦值L

用鼠標(biāo)點(diǎn)擊右鍵，在等值線圖頁面上拉一條直線并賦予高程值，已設(shè)置的“當(dāng)前高程”作為基值，逐條自動(dòng)按“高程增量”遞增賦值。工作區(qū)中保存線文件為1.wl，選取工作需要的部分等高線改顏色參數(shù)為黃色。

4.3 DTM分析系統(tǒng)

選取調(diào)整后的等值線黃色區(qū)域，打開MAPGIS 數(shù)字地面模型子系統(tǒng)，添加數(shù)據(jù)文件，把保存的1.wl線文件導(dǎo)入到工作界面，點(diǎn)擊—處理點(diǎn)線—線數(shù)據(jù)高程點(diǎn)提取對(duì)話框，設(shè)置提點(diǎn)方式為抽稀提點(diǎn)，抽稀系數(shù)1.25。線屬性高程數(shù)據(jù)域中選取高程字段gcx。如圖3所示。

圖3 線數(shù)據(jù)高程點(diǎn)提取對(duì)話框圖

4.4 Grd模型/離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化

抽稀提點(diǎn)之后點(diǎn)擊離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，自動(dòng)彈出對(duì)話框，對(duì)未網(wǎng)格化數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，根據(jù)圖件要求設(shè)置，同時(shí)修改網(wǎng)格化參數(shù)相關(guān)選項(xiàng)，如修改網(wǎng)格間距可以調(diào)整網(wǎng)格的疏密程度，最后點(diǎn)擊文件換名，將離散數(shù)據(jù)（1.wl)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格數(shù)據(jù)（1.grd)。

4.5 彩色等值線立體圖

選擇之前生成的網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件1.grd，設(shè)置三維等值體圖參數(shù)，根據(jù)工作需求選取并設(shè)置立體圖投影類型、立體圖投影參數(shù)、制圖精度。再點(diǎn)擊等值線參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)對(duì)話框中按要求設(shè)置等值線套區(qū)和等值線層值。

通過上述五步驟對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，最終生成彩色等值立體圖形，如圖4所示。

圖4 彩色等值線立體圖

此立體圖的呈現(xiàn)，視覺效果會(huì)更加鮮明和形象，突出地形圖工作范圍區(qū)域內(nèi)的地形概況。

5 結(jié)論

MAPGIS軟件和ARCGIS軟件是目前地理信息系統(tǒng)行業(yè)功能最為強(qiáng)大，應(yīng)用最為廣泛的兩種軟件，利用各種技術(shù)方法可以對(duì)數(shù)字圖件進(jìn)行鑲嵌融合、數(shù)據(jù)分析和地圖要素提取與整飾，不僅有利于工作人員提取工作區(qū)內(nèi)所需的地理信息，還可以充分了解地層基本構(gòu)造，對(duì)空間技術(shù)信息有了新的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)數(shù)字化地圖測(cè)繪工作提供有利技術(shù)支持。