基于DEM的地貌暈渲圖制作方法

張 磊

（1．福建省基礎地理信息中心，福建 福州 350003）

基于DEM的地貌暈渲圖制作方法

張 磊1

（1．福建省基礎地理信息中心，福建 福州 350003）

以福建省1∶10 000 DEM為例，介紹了基于大范圍、大數據量DEM的地貌暈渲圖制作方法，為生產中容易出現的問題提供了解決思路，并提出了合成法暈渲圖制作方法及其制作工藝，能有效增強暈渲圖的表現力，更加形象地展現福建省的地形地貌特征。

數字高程模型；暈渲圖；福建省

數字高程模型（DEM）[1]一般采用一組有序數值陣列描述地面高程信息，其數據存儲、處理極為方便，適合于大區域、地形連續、全局性的地形表面建模。DEM數據通過一定的算法，能轉換為各種形式的專題圖產品[2]，可用于各種工程設計[3]，也可與影像數據集成形成三維地形場景。目前，DEM獲取方式有成熟的掃描矢量化、數字攝影測量和比較先進的雷達測量技術[4]，早期通常以數字攝影測量法和地形圖掃描矢量化法為主，其產品內容、數據格式及技術指標按CH/T 1008-2001《基礎地理信息數字產品1∶10 000 1∶5 000數字高程模型》標準規定的要求執行。本文結合福建省1∶10 000 DEM數據特點，為了能在地貌暈渲圖上更加直觀、形象地展現福建省的地形特征，對地貌暈渲圖的制作方法進行了研究。

1 暈渲圖制作流程

福建省1∶10 000 DEM的暈渲圖制作需經過數據整理、格式轉換、數據處理、暈渲圖生產和質量檢查等步驟，見圖1。

1.1 數據整理

數據整理工作主要包括：整理原始數據，檢查數據質量（數據精度、接邊情況等）；處理數據異常、數據缺失等問題；記錄生產中的遺留問題。

由于福建省1∶10 000基礎地理信息數據庫中的DEM數據經過投影變換、重采樣入庫等操作，對數據本身的精度產生了一定影響，因此直接使用建庫前的數據作為數據源進行整合改造。建庫前的DEM數據是依照GB/T 13989-92《國家基本比例尺地形圖分幅編號》分幅存儲，采用了1980西安坐標系和1985國家高程基準。

數據源的質量情況會直接影響后期數據成果的質量，因此需對數據源的質量進行檢查。可利用ArcGIS快速檢查數據是否存在異常[5]，發現問題需按照DEM數據的生產技術進行修改或根據異常值周圍的地形情況進行內插[6]；無法修改的問題需做好生產記錄。

1.2 格式轉換

福建省1∶10 000 DEM數據格式大部分為*．dem，少數為*．grd、*．bil等格式，處理過程中需采用統一的數據格式（如IMG格式），以便多文件數、大數據量DEM數據的批量處理?？上壤肅CGIS軟件將所有數據批量轉換成ASC格式，再利用GIS軟件（ArcGIS、ERDAS、PCI、FME等）將ASC格式批量轉換成IMG格式。

1.3 數據處理

數據處理主要包括拼接和裁切。根據應用需求的不同，可分為3類：依照標準分幅的拼接裁切處理、依照行政單元的拼接裁切處理和依照相關行業標準的拼接裁切處理。

福建省1∶10 000 DEM采用了3°分帶的高斯投影方式，在DEM數據拼接過程中，應盡量避免多次投影重采樣產生誤差累積。可先將數據按照3°帶和4°帶分別進行拼接，最后再拼合成1塊。如需依照行政單元或項目需求范圍進行裁切，應優先采用未進行投影重采樣的數據進行處理。

1.4 暈渲圖生產

由于福建省1∶10 000 DEM的數據范圍和數據量都很大，直接使用拼接的DEM數據進行暈渲圖生產實驗，生產效率低、數據冗余大、生產工期長。因此，選取范圍適中、最具代表性區域進行暈渲圖生產實驗，先確定暈渲圖的制作方法，再進行大范圍的生產。

1.5 質量檢查

檢查暈渲圖的質量是否符合要求，包括數據的精度、暈渲圖的效果等，發現數據精度有損失、產生拉花現象等應立即查找原因并及時修改錯誤，做好檢查記錄。

2 暈渲圖生產實驗

較好的暈渲圖生產方法有等高線法、分層設色法和陰影密度法[7]。等高線法、分層設色法通常利用ArcMap的等高線回放、制圖表達實現；陰影密度法可利用GIS軟件的地形分析功能實現，常用的有ArcGIS的 Hillshade，ERDAS的 Shaded Relief、Painted Relief等工具，主要是從太陽高度角、太陽入射角、高程放大系數3個方面控制暈渲圖的效果。

實驗中，分別以3種地貌造型方法制作暈渲圖。考慮到目前暈渲圖主要用于疊加各類專題要素和基礎地理信息要素，需從立體感、細節特征、美觀度和信息承載力4個方面分析，實驗對比分析見圖2和表1。等高線法暈渲圖的立體感較弱，細節特征豐富，但是圖面信息承載力較弱，影響其他地物的判讀；分層設色法暈渲圖的圖面美觀，信息承載力較強，但是立體感較弱，細節特征不豐富；陰影密度法暈渲圖的立體感較強，細節特征較豐富，但是色彩單一，圖面不夠美觀、信息承載力較弱。

圖2 地貌造型方法對比實驗圖

表1 地貌造型方法實驗對比分析表

綜合考慮3種地貌造型方法的表現效果，借鑒王曉延等提出的陰影密度法的5種改進制作方法[8]和陽曦提出的多光源合理應用法[9]，筆者提出采用分層設色法與混合光源陰影密度法相結合的方式即合成法，制作出的暈渲圖山體立體感更強烈，細節特征更豐富，圖面更美觀，信息承載力更強。合成法暈渲圖的生產實驗過程見圖3，實驗效果見圖4。

圖3 合成法暈渲圖生產實驗圖

圖4 合成法暈渲圖實驗效果圖

1）將DEM數據按照多個高程放大系數，進行灰度暈渲圖生成實驗，確定一個能明顯體現地形特征、立體感強烈而又不失真的高程放大系數；

2）按照既定高程放大系數，將DEM數據按照多個太陽高度角、太陽入射角數值生成多個暈渲圖，從不同的視角體現地形特征；

3）依據高程值分布特征，將DEM數據按照一定色系由淺到深，制作色彩分層圖；

4）將多個灰度暈渲圖和色彩分層圖，按照一定的比例合成為一幅彩色的暈渲圖；

5）從總體、局部、細節3個層面[10]評價暈渲圖的表現效果。

如果在前2步生成灰度暈渲圖時，得到的效果比較差，如出現明顯的紗布狀、階梯狀和條紋狀等紋理異常的情況，則需采用未進行投影重采樣的DEM數據，先生成灰度暈渲圖，再進行投影、拼接、合成等步驟。

按照合成法暈渲圖生產技術，利用福建省1∶ 10 000 DEM數據生產的暈渲圖效果見圖5，從山體立體感、細節特征等方面，生動形象地展現出福建省地形地貌的分布特征。

圖5 福建省暈渲圖概圖

3 結 語

本文以福建省1∶10 000 DEM為例，介紹了基于大范圍、大數據量DEM的暈渲圖制作流程，為暈渲圖制作中容易出現的問題提供了解決思路，并通過總結生產經驗和不斷改進生產方法，提出了合成法暈渲圖制作工藝，能有效增強暈渲圖的表現力，更加形象地展現福建省的地形地貌特征，為基于大范圍、大數據量DEM的暈渲圖制作提供借鑒。

[1] 王家耀,崔鐵軍,苗國強．數字高程模型及其數據結構[J]．海洋測繪,2004,24(3):1-4

[2] 李志林,朱慶．數字高程模型[M]．武漢:武漢測繪科技大學出版社,2000

[3] 鄔倫．地理信息系統原理、方法和應用[M]．北京:科學出版社,2001

[4] 陳艷麗．1∶10 000 DLG生產DEM的質量檢查與評定[J]．地理空間信息,2011,9(2):29-31

[5] 郭艷婷． DEM構建過程質量控制和數據檢查[J]．中國科技博覽,2011(35):3

[6] 武廣臣,劉艷,趙琴霞．格網DEM的幾種插值方法實踐[J]．遼寧科技學院學報,2012,14(1):40-41

[7] 陳立,葉積龍．地貌暈渲圖的制作方法探討[J]．安徽農業科學,2010,38(19):10 447-10 448

[8] 王曉延,郭慶勝．基于DEM的地貌暈渲表達方法探討[J]．測繪通報,2003(8):48-50

[9] 陽曦．基于DEM生成小比例尺彩色暈渲圖的相關技術[J]．新疆有色金屬,2011(增刊)：80-81

[10] 吳樊,俞連笙．基于DEM的地貌暈渲圖的制作[J]．測繪信息與工程,2003,28(1):31-32

P284

B

1672-4623（2014）01-0161-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.057

張磊，工程師，主要從事地理信息系統數據的處理及應用。

2013-09-26。