分析ArcGIS的地形圖數字化與三維再現

地形圖的數字化是地學研究發展提出的新需求，ArcGIS的出現與應用不僅滿足了這一需求，還實現了地形圖三維再現，使地學研究突破傳統方法的束縛，加快了其進步發展速度。

1　ArcGIS

ArcGIS是由ESRI研發的全新GIS軟件，在世界范圍內得到廣泛應用。該軟件是開放式GIS平臺，功能全面，包括數據管理、數據處理、實時顯示和自定義分析等。它由若干子系統構成，其中，Ar cMap的作用是對地圖進行分析、實時顯示與查詢；ArcCatalog的作用是幫助用戶管理各類信息；ArcToolbox的作用是分析、處理數據；ArcScene的作用是提供三維場景，能實現與柵格數據等的交互；Ar cGlobe屬于3D分析模塊，可滿足瀏覽全球地理信息等功能要求。基于此，ArcGIS在制圖編輯方面具有一體化特征，數據管理方便快捷，開發靈活，且分析功能強大。

2　地形圖數字化與三維再現

以某研究區為例進行分析，該區轄24個鎮，314個行政村，人口總數為87萬人。全區均為亞熱帶季風氣候，降水、光照充足。全區總占地達3084.6km2，地形狹長，整體地貌相對復雜，南、北兩側較高，中間較低。1∶1000地形圖，采用1956年黃海高程系和西安8 0坐標系。

2.1　地圖掃描

掃描是指把紙質地圖轉換成對應的矢量圖，在數字化過程中先通過對紙質地圖的掃描來獲取柵格地圖。為減少對存儲空間的占用，一般將掃描之后獲得圖像以*.jpg的格式進行保存。在對不同地形圖進行掃描時，應選擇適宜分辨率，當空間要素稀疏時，分辨率為300dpi；當空間要素密集時，分辨率為600dpi，這樣做的目的是為了更好分辨要素。圖像質量決定了矢量化精度以及工作量，所以，紙質圖必須清晰，特別是矢量化重點部分，掃描時將圖紙平整擺放，不能有卷皺，否則將產生偏差。

2.2　數據加載

啟動軟件，單擊“文件”按鈕，選擇“打開”一欄，然后在對話框當中選定圖像文件，這樣就可以打開相應的柵格圖像。在圖像打開之后，應將其轉化成灰度圖，操作方法為：單擊“圖像”按鈕，選擇“圖像轉換”一欄，然后在對話框當中選定需要的轉換類型，以此完成對圖像的轉換。

2.3　等高線圖層的定義

為便于管理與應用，應以空間數據特征為依據，分層處理所有地理要素，再將其存儲于圖層當中。具體操作方法為：在工具欄中找出并點擊“圖層定義”按鈕，將新圖層名稱，即“等高線”輸入至管理窗口，點擊“添加”，生成圖層。為增強視覺效果，定義完成之后可在對話框中選擇適合的顏色與線型，線粗為1個像素，可以改成2個，以提高等高線清晰度。

2.4　控制點的添加

根據經緯網，利用編輯器插入控制點，對其坐標值或者經緯度進行輸入。在采集過程中，控制點數目根據要求而定，應在圖像當中均勻分布，在確定具體位置時要對圖像進行放大，以便保證準確度。采集完畢后立即保存，獲取控制點文件。

2.5　等高線的數字化

利用軟件可對線段進行自動跟蹤，所以等高線的矢量化能通過交互式跟蹤來實現。然而，盡管軟件有矢量化工具，但因圖像內容趨于復雜，如果只采用現有的工具，會造成拓撲錯誤，使后期編輯困難。對此，本著高效、準確、便捷的原則，必須使用交互式跟蹤完成矢量化。具體操作方法為：激活待矢量化圖層，將圖像調整至適宜大小，單擊“線段編輯”，從底圖其中一段等高線開始進行矢量化。期間，鼠標會在斷開、交接位置停頓，要求操作人員選定后續方向，到達另外一端后停止。

2.6　等高線賦值

完成等高線的屏幕矢量化后，就應當為每一條等高線賦高程值。高程值將自動以屬性數據的格式來存儲。操作方法∶ 單擊工具欄上的等高線標注按鈕，根據底圖上的等高線高程標識來標注一組等高線的高程值，直到每一條等高線都標注完成。

2.7　檢查與修改

為使等高線準確、可靠，應檢查全圖。借助軟件編輯功能，能方便的完成下列操作：補充缺失的等高線；修改錯誤等高線；處理斷開的相同等高線；查看等高線實際情況；檢查等高線賦值；修改等高線賦值。

2.8　數據導出

為對等高線數據進行整理分析與三維顯示，應將其轉換為*.sh p格式。軟件可將數據自動轉換成對應格式的文件，并將屬性值以*.DBF的格式進行保存，同時生成索引文件。具體操作方法為：單擊“文件”，選擇“輸出”按鈕，輸入文件名后選擇保存的類型，點擊“確認”，完成數據導出。數據文件格式如表1所示。

表1　數據文件格式

2.9　三維再現

軟件三維分析模塊主要利用表面表示的方法對三維模型進行構建，基于數字化的等高線圖層，能實現對DEM的創建。其步驟為：啟動ArcScene軟件，對Analyst模塊進行加載。通過對這一模塊的加載，能對地形表面數據施以分析與動態顯示。首先，單擊“Create/Modify TIN”→“Create TIN From Features”，選擇已經導出的數據文件，對Tagvalue field等進行設置，選擇文件名稱與具體位置，最后完成TIN文件的生成與輸出。

3　結束語

地形圖的數字化及其三維再現在目前快速發展的地學研究領域有重要現實意義，借助ArcGIS軟件，采用傳統紙質地形圖進行數字化，生成矢量數據后再完成三維再現，大量減少工作量，為數據獲取提供新方法。