基于ENVI和ArcScene三維地表可視化研究

郁智++朱茂濤

摘要：三維可視化是一種表達工具以及用于理解地表及內部元素等許多地質現象特征的一種表達方式，它能反映出二維圖像不能和難以表達的信息，而且三維圖像更能通俗的表達出物體的形態，使人一目了然，三維可視化在最近十年的發展突飛猛進，在地質工作中，三維可視化更是有著不可或缺的地位，高精度的立體三維圖像可以輔助地質工作的完成，本文此次研究基于云南會澤鉛鋅礦研究，提取礦區的三維可視化。

Abstract： 3D visualization is an expression tool and an expression for understanding the features of many geological phenomena such as surface and internal elements. It can reflect the information that two-dimensional images can not express， and 3D image can more easily express the shape of the object so that people can know the shape at a glance. 3D visualization has got rapid development in the last decade， and is indispensable in geological work. High-precision three-dimensional images can assist the completion of geological work. This paper is based on Huize Lead-zinc Ore in Yunnan to extract the 3D visualization of the mining area.

關鍵詞：3D；三維可視化；提取方法；會澤

Key words： 3D；3D visualization；extraction method；Huize

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0189-03

0 引言

三維可視化作為地質工作中一個不可或缺的重要角色，通過計算機的高精度運算，將地形地貌十分準確逼真形象的顯現出來，截止到目前為止，三維可視化在各行各業都有著不同程度的利用，而在地質方面，國內外利用三維可視化技術，運用于提取地形地貌，坡度坡向等專題圖，提取線性構造等成功實例不勝枚舉，本文以ASTER數據、ETM+數據為對象，基于ENVI、ArcScene為平臺建立三維可視化模型。

1 研究區概況

研究區位于云南省曲靖市會澤縣礦山鎮，地理坐標（西安80坐標系）為東經103° 43'～103°45'，北緯26°38'～26°40'，鎮政府離縣城60公里，礦山鎮是全國著名的鉛鋅礦產地之一，本次選取的研究區面積約10km2。

2 數據來源

2.1 地形數據

本次工作選取的DEM數據為基于研究區ASTER數據的band 3N和立體后視波段band 3B提取的高程數據，空間分辨率為15m。

2.2 遙感影像數據

本次工作遙感影像數據采用的ETM+數據，ETM+數據選用2010年2月07日拍攝的129/42景ETM+數據，數據標識為LT51290422010038BKT00，影像質量優秀，云量覆蓋率低于0.1%。ETM+的空間分辨率為30m，為了更好的顯示圖像，本次工作將采用ENVI平臺下的GS融合方法，選用圖像的PAN波段（空間分辨率為15m）與ETM圖像融合，使ETM+圖像的空間分辨率達到15m，更好的清晰的表達三維立體可視化效（圖1）。

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3 研究方法

3.1 建立DEM高程數據

數字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM，它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。DEM數據不僅含有地面高程信息，還包含了地貌特性，比如坡度、坡向等信息，同時還能分析地形特征參數，比如山脊線、山谷線、平原、峽谷、河流和溝谷等信息。

基于ASTER數據的band 3N和band 3B波段提取DEM數據，基于ENVI軟件平臺下的DEM Extraction工具從立體像對數據中提取DEM數據。提取時初步自動選點75個，將不符合相關系數低于0.7的點刪除，選取余下的57個點（圖2）作為地面控制點提取DEM數據（圖3）。

3.2 構建二維地形模型

基于已建立好的DEM高程數據模型，用于研究地形地貌專題圖件的研究，通過ARCGIS平臺的3D Analyst工具下的柵格表面提取坡度、坡向、山體陰影等專題圖件，通過這些圖件所反映的信息可以清楚的了解本次研究區的地形地貌信息（圖4、5、6）。

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3.3 構建三維地表模型

在ArcScene軟件平臺下構建三維地表模型，覆蓋在DEM數據上的遙感影像通過不同的波段組合，反映出來的信息也截然不同，通過ETM+數據的band3、2、1波段組合構建真彩色模型（圖7），色彩組合接近于自然色彩合成圖像以達到人體肉眼的觀測的真實色彩，如圖綠色覆蓋區為植被，淡藍色覆蓋區為水體，淺黃色覆蓋區為出露的巖石，但是視覺效果較差，適合于非遙感地質工作者；用ETM+波段的band4、3、2波段組合建立標準假彩色（圖8），植被成紅色，適用于植被與水體和其他地物的區分，在植被、農作物、土地利用和濕地分析的遙感方面，這是最常用的波段組合；用ETM+波段的band5、4、3波段組合建立遙感影像覆蓋（圖9），band5、4、3，視覺效果強于3、2、1波段組合，可用于對水體的區分；并且利用arcmap下的線性拉伸和夸張系數，將研究區以合適的比例大小、山體高度等形象的表現出來，為工程（如公路、鐵路、管線工程等）設計與施工提供有效合理的依據。

綜合考慮三維可視化的波段選擇，選取ETM+波段3、2、1的組合方式，該方式更能直接形象的放映出研究區的地理概況，更加符合人眼的視覺效果，同時三維可視化較于二維圖像，表達出來的空間信息更多，區域自然地形地貌、水體植被的分布狀況在三維圖像中一目了然，為計算機運算與人類判讀提供良好的互動效果。

4 結論

①地理信息系統（GIS）及三維可視化技術的發展為區域三維地形景觀構建與模擬提供成熟、可行、簡便的操作平臺，對于DEM數據的分析利用構建三維可視化能表達出二維圖像所不能表達的空間信息，使人更加通俗易懂，高精度的三維立體圖像在地質方面能夠起到很重要的輔助作用。

②DEM數據精度越高，所表現出來的立體影像越清楚，對于worldview、快鳥數據以及Google earth等高精度的DEM數據在應用中所構建的立體影像更是可以達到虛擬現實的效果，二維圖像和三維圖像的結合在表達內容上能達到更好的效果。

參考文獻：

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