CN104537717A - 一种河道水下地形专题地图获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种河道水下地形专题地图获取方法，包括以下步骤：步骤1：根据高程点和等高线数据生成的TIN数据创建数字高程模型；步骤2：对步骤1中获得数字高程模型进行优化处理；步骤3：建立光照模型，并利用光照模型对步骤2中优化过的数字高程模型进行光照模型处理；步骤4：模型叠加与渲染并进行显。本发明能够获得更形象、更直观且具有立体感的河道专题地图；同时能直观的体现出河道地形的变化趋势，在实际生产中可用性强，同时具有可欣赏性；再者本发明的制图效率高，生产成本低，可根据专题图参数用程序完成批量制图。

Description

一种河道水下地形专题地图获取方法

技术领域

本发明属于河道制图的技术的领域，本发明涉及一种河道水下地形专题地图获取方法。

技术背景

专题地图(thematic map)，又称特种地图，着重表示一种或数种自然要素或社会经济现象的地图。专题地图的内容由两部分构成：①专题内容。图上突出表示的自然或社会经济现象及其有关特征。②地理基础。用以标明专题要素空间位置与地理背景的普通地图内容，主要有经纬网、水系、境界、居民地等。

河道地形专题地图是反映河道地形信息的特种地图，突出显示河道地形信息。河道地形专题图在河道的开发与整治，涉及防洪、供水、航运等关系社会经济的持续发展与河流生态平衡等重要问题上有着重要的作用。河道地形图是河道总体规划、河道治理、堤防工程建设所必需的数据来源。

研究河床的演变与整治离不开对河道地形的可视化，而目前关于河道地形图都是以河道线划图来描述河道信息，内容形式单一、表达不够直观形象且对专业要求强，为了更直观的显示河道河床地形变化以及河道地形的变化趋势，制作一种具有良好可视化效果的地形图是十分必要的。但是在现有技术中，这一方面还是十分欠缺的。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种能够制图效果好，制图更加精准，可用性强的河道水下地形专题地图获取方法。

技术方案：本发明提供了一种河道水下地形专题地图获取方法，包括以下步骤：

步骤1：通过测量获得水下地形的高程点和等高线数据，选择属性中的高程值为高度源，以等高线为硬隔断线，高程点为离散多点，生成不规则三角网(triangulatedirregular network，下文简称TIN)，创建河道的数字高程模型；

步骤2：对步骤1中获得数字高程模型进行优化处理；

步骤3：模拟太阳光照射效果，设定光源高度角和方位角，在步骤2优化过的数字高程模型的基础上建立光照模型；

步骤4：数字高程模型与光照模型的叠加与渲染并显示。

进一步，所述步骤2中优化处理方法包括以下步骤：

步骤201：利用数字高程模型创建密集等值线；

步骤202：对等值线按照指定的阈值进行优化，删除长度小于阈值的等高线，其中阈值的确定与数据的质量有关，以千分之一的比例确定阈值大小，即低于阈值的数据量为整体数据的千分之一；

步骤203：利用步骤202优化过的等值线，重复步骤1，生成数字高程模型；

步骤204：对步骤203中生成的数字高程模型进行平滑处理；

步骤205：设定临界值，所述临界值为凹陷点深度和倾泻点之间的最大允许差值，将小于临界值且低于其最低相邻像元的所有凹陷点都填充到其倾泻点的高度，从而去除数字高程模型中的细碎地形，其中凹陷点是指未定义流域方向的像元；其周围的像元均高于它，倾泻点是相对于凹陷点的汇流区域高程最低的边界像元。

步骤206：对数字高程模型中的陡坡地形进行优化。

进一步，所述光照模型处理，基于山体的光照阴影理论，结合照明源的角度和阴影，创建河道地貌晕渲，生成河道地形阴影图的方法。

进一步，所述步骤4主要包含以下步骤：

步骤401：设置数字高程模型中的渲染参数；

步骤402：设置河道地形阴影图的渲染参数；

步骤403：将步骤401和402处理的渲染参数进行叠加显示。

有益效果：与现有技术相比，本发明能够获得更形象、更直观且具有立体感的河道专题地图；同时能直观的体现出河道地形的变化趋势，在实际生产中可用性强，同时具有可欣赏性；再者本发明不同于时下流行的三维仿真建模，需要建模、变换、复杂渲染等多项工作，本发明建立基于GIS的模型，制图效率高，生产成本低，可根据专题图参数用程序完成批量制图。

附图说明

图1：本发明的流程示意图；

图2：原始数据图；

图3：数字高程模型优化结果图；

图4：光照模型建立结果图；

图5：数据叠加可视化结果图；

图6：最终成果图。

具体实施方式

以下选取长江南京段八卦洲的部分水下地形数据，数据由南京河道处通过水下地形测量获得。结合附图和实例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和包含不限于此。

如图1所示，本发明提供的河道水下地形专题地图获取方法，包括以下步骤:

步骤1：生成数字高程模型；主要包括以下步骤：

步骤101，如图2所示，从南京河道处获得水下地形测量得到的高程点和等高线数据，选择属性中的高程值为高度源，以等高线为硬隔断线，高程点为离散多点，生成TIN并转换成栅格数据格式，保留数据的高程值，即创建LE河道的数字高程模型。其中，利用河道制图工具集中的生成TIN工具将高程点和等高线数据生成TIN数据。河道制图工具集是为完成本专利河道制图而开发的河道制图专用工具集，可在ArcMap软件中导入使用，该工具集由基于ArcGIS10.2的python脚本语言所编写，包括批量生成TIN，TIN转栅格，提取等高线等功能。

步骤102，利用河道制图工具集中的TIN转栅格工具，采用自然邻域法插值，设置输出栅格的重采样像元大小为1，将TIN不规则三角网转换为数字高程模型。

步骤2：优化数字高程模型；该步骤包括以下子步骤：

步骤201，利用高程模型提取等值线；利用河道制图工具集中的提取等值线工具，先将栅格数据矢量化，再进行拟合，提取等值线，其中等值线间距要小于原等高线的间距。

步骤202，对等值线进行按照指定的阈值进行优化；利用河道制图工具集等值线优化工具，根据等高线的图形长度属性，设定阈值，去除长度小于阈值的细碎等高线，其中阈值的确定与数据的质量有关，以千分之一的比例确定阈值大小，即低于阈值的数据量为整体数据的千分之一。

步骤203，利用步骤202优化过的等值线生成数字高程模型和优化过的等值线结合步骤102生成优化后的数字高程模型；

步骤204，数字高程模型平滑处理；利用河道制图工具集平滑处理工具将河道地形平滑处理。其中平滑处理的模型公式为：

Con(dem>＝0,Int(dem)+0.5,Int(dem)-0.5)

式中，dem为需要平滑的数字高程模型数据。

步骤205，数字高程模型中的异常地形去除；利用河道制图工具集中的异常地形处理工具，设定临界值，即凹陷点深度和倾泻点之间的最大允许差值，将小于临界值且低于其最低相邻像元的所有凹陷点都填充到其倾泻点的高度，从而去除数字高程模型中的细碎地形，实现对数字高程模型的进一步的平滑处理。其中凹陷点是指未定义流域方向的像元；其周围的像元均高于它，倾泻点是相对于凹陷点的汇流区域高程最低的边界像元；

步骤206，对数字高程模型中的陡坡地形优化。在河道的两侧地形变化较快，形成陡坡，在数字高程模型中会形成比较密集的陡坡线，在不影响河道地形趋势的情况下进行陡坡优化处理会有更直观的可视化效果。利用河道制图工具集中的陡坡优化工具，对数字模型中的陡坡区域进行优化。

如图3所示。数字高程模型优化结果图中以颜色深浅表示河道地形，深色表示海拔较低河段，浅色表示海拔较高河段。同时按照海拔差值将河道高程分为18级显示。

步骤3：建立光照模型；根据光照理论模型将生成地形阴影图会使地形图具有直观的立体感。利用河道制图工具集中河道阴影工具，设置方位角、高度角参数。根据人眼的视觉原理产生立体感的二维地图，方位角设置为315°，高度角设置为45°度效果最佳。光照模型建立结果图。如图4所示，凹陷效果表示海拔较低河段，凸起效果表示海拔较高河段。朝阳面等高线为明线，背阴面等高线为暗线。

步骤4：模型叠加与渲染并进行显示；主要包括以下步骤：

步骤401：数字高程模型渲染参数设置；在ArcMap软件中打开数据的图层属性对话框对步骤4中处理过的数据进行唯一值渲染，渲染色带选择浅灰色过渡到深灰色的渐进色。

步骤402：河道地形阴影图渲染参数设置；阴影图渲染在ArcMap软件中打开有生成的阴影图，对阴影图进行拉伸渲染，色带选择浅灰色过渡到深灰色的渐进色。

步骤403：将步骤401和402处理的数据进行叠加显示。在ArcMap软件中打开数字高程模型的图层属性对话框，在显示工具栏中将其透明度设置为30％，叠加在阴影图之上，如图5所示。数据叠加可视化结果图中同时以颜色深浅和表面凹凸对河道的深浅进行显示。色深且凹陷的效果表示海拔较低河段，色浅且凸起效果表示海拔较高河段。还可以进行地图整饰；比如在地图中***比例尺，指北针，图例等。最终成果图如图6所示。

Claims (4)

1.一种河道水下地形专题地图获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过测量获得水下地形的高程点和等高线数据，选择属性中的高程值为高度源，以等高线为硬隔断线，高程点为离散多点，生成不规则三角网，创建河道的数字高程模型；

步骤2：对步骤1中获得数字高程模型进行优化处理；

步骤3：模拟太阳光照射效果，设定光源高度角和方位角，在步骤2优化过的数字高程模型的基础上建立光照模型；

步骤4：数字高程模型与光照模型的叠加与渲染并显示。

2.根据权利要求1所述的河道水下地形专题地图获取方法，其特征在于：所述步骤2中优化处理方法包括以下步骤：

步骤201：利用数字高程模型创建密集等值线；

步骤202：对等值线按照指定的阈值进行优化，删除长度小于阈值的等高线；

步骤203：利用步骤202优化过的等值线，重复步骤1，生成数字高程模型；

步骤204：对步骤203中生成的数字高程模型进行平滑处理；

步骤205：设定临界值，所述临界值为凹陷点深度和倾泻点之间的最大允许差值，将小于临界值且低于其最低相邻像元的所有凹陷点都填充到其倾泻点的高度，从而去除数字高程模型中的细碎地形，其中凹陷点是指未定义流域方向的像元；其周围的像元均高于它，倾泻点是相对于凹陷点的汇流区域高程最低的边界像元；

步骤206：对数字高程模型中的陡坡地形进行优化。

3.根据权利要求1所述的河道水下地形专题地图获取方法，其特征在于：所述光照模型是基于山体的光照阴影理论，结合照明源的角度和阴影，创建河道地貌晕渲，生成河道地形阴影图的处理模型。

4.根据权利要求1所述的河道水下地形专题地图获取方法，其特征在于：所述步骤4主要包含以下步骤：

步骤401：设置数字高程模型中的渲染参数；

步骤402：设置河道地形阴影图的渲染参数；

步骤403：将步骤401和402处理的渲染参数进行叠加显示。