關于利用ArcGIS Map繪制地形剖面圖方法的研究

摘 要 文章簡要介紹了地形剖面圖的應用領域和繪制方法，闡述了在ArcGIS Map中生成TIN和DEM數據并在此基礎上生成地形剖面線圖的應用。

關鍵詞 剖面圖;TIN;DEM

前言

地形剖面圖指沿地表某一直線方向上的垂直剖面圖，顯示剖面線上地面地勢起伏狀況。直觀地表現地面的起伏、地勢的變化和坡度的陡緩，形象地顯示出一個地區的地形類型及其特征。它廣泛地應用在礦產資源勘查、平整土地、修筑渠道、建筑鐵路、公路等工程領域，是一種不可或缺的測繪成果資料。

1地形剖面圖的繪制方法

1.1 剖面圖概述

剖面圖亦稱斷面圖，是沿地表某一既定方向的直線，將地表工程點、重要地物點和沿線的地貌形態按比例表示的一條曲線。可以直觀反映該線上地形起伏和坡度陡緩。

剖面圖是在利用實測地形三維數據或在等高線地形圖的基礎上按一定比例尺展繪成剖面圖。

（1）利用全站儀或GPS-RTK等儀器設備實地測得既定剖面線上工程點、地物點、地形變換點的三維數據或到剖面圖起始點的平距、高差。

（2）在既有的地形圖基礎上，根據圖上的等高線、高程點等按照設計的剖面線解析的繪制剖面圖。

剖面圖測量和繪制是按一定的橫向比例尺和縱向比例尺進行。展繪剖面圖的水平比例尺叫橫向比例尺，依其展繪各測點至剖面線端點之距離。為了真實顯示剖面與地表交線（即剖面地形）的形狀，在剖面圖上展繪測點高程所采用的縱向（垂直）比例尺，一般與橫向比例尺一致[1]。

1.2 剖面圖繪制

傳統的剖面圖繪制是按給定的水平、垂直比例尺及剖面長度，將工程點、地物點、地形變換點到剖面線起點的平距、高差逐一展繪在圖紙上。圖紙上的方格網橫線代表高程線（或深度線等），方格網縱線代表剖面長度（或剖面里程）。

習慣按“左西右東”的順序來繪制剖面圖，即剖面以西端點為起點，東端點為終點，逐次繪制。因此，剖面方位也總是從西到東為正向。若剖面恰好位正南北方向時，則按照“左北右南”的原則繪制。

剖面方位角一般注記在東端點的上方，在西端點上方注記剖面反向方位角。故西端點上方注記的方位總是在三、四象限內，東端點上方注記的方位是在一、二象限內。

在礦區勘探期間，正確地設計勘探工程的位置和加密勘探工程，都需要有剖面圖作為依據，借以掌握各工程間相互關系和礦體變化情況。在礦產儲量計算中，各條剖面線間距和同一剖面線上各勘探工程的間距，是控制礦體位置的基本數據。利用這些數據及從剖面圖上量取的各局部礦體的厚度、傾角和長度等資料，便可進行儲量計算。所以勘探剖面圖是提交的礦區勘探報告及審査儲量計算中的重要資料[2]。

本文講述在Arcgis-MAP中利用不規則三角網（TIN）的數字高程模型（DEM）生成指定的剖面線。

1.3 數字高程模型（DEM）

地球表面高低起伏，呈現一種連續變化的曲面，這種曲面無法用平面地圖來確切表示，于是我們就利用一種全新的數字地球表面的方法-數字高程模型的方法。數字高程模型即DEM（Digital Elevation Model），是以數字形式按一定結構組織在一起，表示實際地形特征空間分布的模型，也是地形形狀大小和起伏的數字描述。

DEM有三種主要的表示模型：規則格網模型，等高線模型和不規則三角網。

不規則三角網（簡稱TIN，即Triangulated Irregular Network）是一種表示數字高程模型（DEM）的方法，它既減少了規則格網帶來的數據冗余，同時在計算（如坡度）效率方面又優于純粹基于等高線的方法。不規則三角網能隨地形起伏變化的復雜性而改變采樣點的密度和決定采樣點的位置，因此它能夠避免地形起伏平坦時的數據冗余，又能按地形特征點如山脊，山谷線，地形變化線等表示數字高程特征[3]。

TIN 表面數據模型由結點（Node）、邊（Edge）、三角形（Triangle）、包面（Hull）和拓撲（Topology）組成。

在ArcGIS中，TIN 主要是通過矢量數據、柵格數據、Terrain數據集來創建。

2應用案例

我院承擔了某地河流和水庫管理范圍劃界實施項目工作，測量主要內容有

①平面地形測量：沿河地形條帶圖測量的比例不低于1∶2000，測量寬度一般為500m。②河道縱、橫斷面測量：沿河道中線按150的比例測量縱斷面，并繪制河道縱斷面圖：沿河道每200～500m按1∶500的比例測繪橫斷面圖[4]。

坐標系采用2000國家大地坐標，中央子午線為114°00′，

高程采用1985國家高程基準。

（1）在Arcmap中添加實測點測量數據文件或地形圖矢量數據，運用3D Andlyst擴展模塊—數據管理—創建TIN功能將實測數據的Shape文件轉換成不規則三角網（TIN）文件。

（2）在3D Andlyst擴展模塊—功能性表面—插值Shape文件導入設計剖面線或直接繪制剖面線。圖中剖面線繪制方向應與生成剖面線的原則一致。選擇剖面線，以不規則三角網（TIN）文件為輸入地形表面生成剖面線成果[5]。

（3）成果可以方便快捷的導出圖片和資料兩種模式，圖片包括JPEG、GIF、PNG、PDF等，資料成果包括或txt、XML、HTML文本、EXCEL等多種類型[6]。

3體會

（1）目前，大多數單位普遍用CASS軟件的繪制斷面圖，方法有已知坐標、里程文件、等高線、三角網法等。主要是用全站儀或RTK實測地形數據或圖上通過解析法獲得的剖面數據生成的里程文件，需人工計算編制里程文件，工作量較大且煩瑣;

（2）ArcMap中根據實測地形數據或矢量文件能快速的、批量的生成多條剖面線成果，成果圖、表結合，也可快捷的導出剖面圖的資料文件進行編輯生成CASS繪圖軟件的剖面圖里程文件;

（3）ArcMap中的數字高程模型地形模型（DEM或TIN）能形象、準確的表示實地地面形態、地形陡緩，對照地形模型（DEM或TIN）很好地進行剖面線設計和布設的合理性、成果數據檢查;

（4）數字高程模型地形模型（DEM或TIN）的精度取決于對地形起伏變化采樣點的密度和采樣點的位置，特別是地形特征點如山脊，山谷線，地形變化線等表示高程特征點的數據采集[7]。

參考文獻

[1] 牟乃夏，劉文寶，王海銀，等.ArcGIS10地理信息系統教程[M].北京：測繪出版社，2012：39.

[2] 江寶波，黃德芳.工程測量學[M].北京：地質出版社，1990：101.

[3] 鄒斌文，馬維峰，龍昱，等.基于ArcGIS的條帶剖面提取方法在地貌分析中的應用[J].地理與地理信息科學，2011，（3）：46-48.

[4] 張琳.GIS地形分析中的應用[J].科學與信息化，2007，（7）：57.

[5] 成敏瑩.GIS地形分析實例[J].中國科技信息，2012，（13）：47-48.

[6] 工程測量規范：GB50026-2007[S].北京：中國標準出版社，2007.

[7] 地質礦產勘查測量規范：GB/T18341-2001[S].北京：中國標準出版社，2001.

作者簡介

焦宇瑞（1977-），男，山西長子人;畢業院校：太原理工大學，專業：測繪工程專業，工程師，現就職單位：山西省地質勘查局二一二地質隊，研究方向：工程測量工作。