基于ArcView剖面圖的繪制

趙官正

摘要：地形剖面圖在現代生產和科研方面都有著廣泛的應用，地形剖面圖能直觀地描述沿特定方向的地形起伏變化，在地形地貌分析中具有重要的作用，在實際的地貌分析中剖面圖能準確地反映出高程變化的統計特征，有助于地形與地貌之間空間關系的提取和分析。本文以江西省興國縣龍崗鎮為例，通過對相關數據的采集分析處理建立該鎮的DEM，利用ArcView軟件實現剖面圖的自動繪制，在繪制的剖面圖上可以很直觀地看出龍崗鎮的地形為西北部和東南部地勢較高而中間部分地勢較為平坦。

關鍵詞：DEM；ArcView；GIS；剖面圖；龍崗鎮

地形剖面圖能直觀地描述沿特定方向的地形起伏變化，在地形地貌分析中具有重要的作用。因而在建筑、地質勘探、填挖方量計算、管線鋪設、軍事等領域剖面圖都有廣泛的應用，傳統的手工繪制剖面圖的方式不僅速度慢精確度不高而且耗費的成本較大，在當前生產中已經逐步淘汰。隨著軟件技術的發展，利用功能強大的GIS軟件便可快速準確高效的自動繪制剖面圖，為生產和科研提供決策和技術支持。

目前，大部分GIS（地理信息系統）軟件都提供了地形剖面圖的繪制功能，如ArcGIS將其集成到3D分析模塊中，MapGIS將其集成到空間分析子系統里。運用這些軟件繪制出的地形剖面圖能反映一條剖面線上的高程連續變化，描述線狀地形的起伏特征。ArcView軟件是國內外GIS工作者在進行GIS研究中常用軟件，該軟件功能強大，利用該軟件可以進行地圖顯示、屬性查詢、空間查詢、空間分析等功能。方世民、吳沖龍等人利用ArcView繪制武漢市喻家山地質圖的圖切剖面圖來反映地下的地層和構造特征；闞璦珂、朱利東、龔建輝、陳中林等人利用ArcView繪制青藏高原東部的帶狀剖面圖來進行地貌分析，前人在分析云南縱向嶺谷區的地貌形態特征時，通過對研究區域的不同緯度斷面建立平行的地貌剖面來進行地勢曲線圖譜分析。國外的學者在進行地形地貌的分析時也是通過繪制剖面圖來進行分析。本文擬在前人工作的基礎上研究在ArcView平臺上繪制剖面圖的技術方法和具體的繪制步驟，結合具體的實例研究來充分體現出這種方法繪制剖面圖的優越性。

1.研究區概況

興國縣隸屬于江西省贛州市，位于江西省中南部，贛州市北部，東倚寧都縣，東南鄰于都縣，南連贛縣區，西鄰萬安縣，西北接泰和縣，北毗吉安市青原區、永豐縣，連接吉泰盆地。在東西部地形的起伏較大，地勢較高，而在中部地勢相對較為平坦，地形起伏小。本文以此地區作為研究目標。

2.剖面圖的制作思路和過程

2.1制作思路

地形剖面能夠直觀反映地勢起伏變化大小及變化趨勢，從幾何上看剖面就是一個空間平面上的曲邊梯形，地形剖面的研究主要研究平面與地形表面形成的交線即剖面線，從剖面線中研究區域的地貌形態、輪廓形狀、地勢變化、地質構造、地表切割強度、內插高程值等。由剖面線就可繪制地形剖面圖。

由于剖面線由起始點和終止點連線與一個平面的相交而成，求剖面實際上可轉化為求剖面線與DEM網格交點的平面和高程坐標。所以在繪制特定區域的剖面圖時首先應獲取該區域的相關數據資料，如行政區劃圖，地形圖，遙感影像圖等，然后對獲取的數據資料進行處理，以便能制作出該區域高精度的DEM模型，高精度的DEM模型是繪制精確地形剖面圖的重要前提，DEM是運用地形高程數據實現對地面地形的數字化模擬，在GIS空間分析中通過建立高精度，高可靠性的DEM，能很好地反映出地形變化信息，作為空間分析基礎。

地形剖面可全面體現地形變化特征，包括區域的地貌特征、輪廓形態、絕對高度和相對高度、地質構造、斜坡特征、地表切割強度和侵蝕因素等。ArcView軟件具有強大的空間分析功能，在ArcView平臺上利用其空間分析的擴展模塊能快速準確的繪制某一區域沿特定方向的地形剖面圖。

為了對某一特定的區域進行地形分析，直觀反映出這一區域地形的高低起伏變化，從而推導出該地區的地貌形態，地形剖面的內插是繪制地形剖面圖的關鍵，通過DEM格網與剖面線交點的平面位置和高程，計算剖面線上相鄰點的水平距離和高程，調整水平和垂直比例尺即可繪出所需的地形剖面圖，首先應建立該地區的DEM模型，利用ArcView軟件的3Danalyst擴展模塊利用該地區的DEM沿一定方向來繪制剖面圖，提取該地區在選取方向上的高程特征。利用ArcView GIS軟件的擴充模塊ArcView 3D Analyst可快速準確繪制地形剖面圖。繪制的方法和步驟如下：

（1）圖形分析：分析工作底圖的地形變化、地質構造、水系分布、植被分布等信息，根據研究目的選取選擇剖面線位置和方向。

（2）繪制剖面線：將地形圖的剖面線與地形等高線相交各點一一投影到相應標高的位置，按實際地形用曲線連接相鄰點即得到地形剖面。

（3）完成剖面圖繪制：按照制圖的要求修改高程和水平距離的數值，表明單位。

（4）圖件修整：按生產或研究需要整飾圖面，添加所需要素。

本文中研究的是在ArcView平臺上繪制地形剖面圖，由ArcView本身的擴展模塊很容易實現剖面圖的繪制，在制作好特定區域的DEM圖上根據生產需要或研究靶區需要，通過人機交互的方式，快速準確的繪制地形剖面圖，輸出電子圖件或打印紙質圖件

2.2剖面圖的繪制過程

在ArcView平臺上繪制剖面圖的具體步驟為：

（1）數據采集，獲取所要研究區域的行政區劃圖，地形圖。為了保證所繪圖形的準確性和現勢性應該選取近期的行政區劃圖和地形圖。

（2）數據處理，空間分析對底圖格式要求必須為矢量格式，首先應將底圖數據矢量化后導入ArcView軟件中。

（3）制作DEM，利用底圖數據在ArcView平臺上繪制出所研究感興區域的DEM。

（4）激活制圖區域的GRID或TIN主題層。

（5）點擊Interpolate Line的工具按鈕。

（6）參考GRID或TIN主題的內容，沿特定方向繪制剖面線。

（7）新建一個新的Layout圖層。

（8）點擊Profile Graph工具。

（9）利用鼠標左鍵建立一個用于放置生成剖面線圖的矩形區域。

（10）修改添加缺省設置，再點擊OK，完成剖面圖繪制。

（11）對于已經制作好的剖面圖進行必要的修飾，最后打印輸出。

為了使繪制的剖面圖能夠客觀準確地反映所研究區域的地形高低起伏的變化特征，在以上各個步驟中非常關鍵的一步就是建立精確度很高的DEM模型，這就需要在建模的過程中考慮到能夠影響DEM模型精度的各個因素，從而對DEM模型的精度有一個很好的控制，影響DEM模型精度的因素有很多，比如：原始數據的精度，DEM原始數據的獲取有影像圖，地形圖，地面本身及其他數據源，這些數據的獲取方式一般有地面測量、攝影測量、立體遙感、GPS、手扶跟蹤數字化、地形圖掃描、激光掃描干涉雷達等，無論通過何種方式獲取數據建立DEM，同時獲取地形點特征點和等高線或規則格網點可以提高工作效率和DEM精度，建模方法的選取也在一定程度上影響DEM質量。

DEM數據質量的控制可以從以下幾個方面入手：首先應減少數據采集時的誤差引入；其次對采集到的數據作誤差處理以提高可靠性；最后減少表面建模時的誤差引入。在本文中采用的數據是地形圖，用等高線地形圖生成DEM的方法已十分成熟。為了提高DEM模型的質量，應選用比例尺較大，等高距較小，等高線密度較大的地形圖。

生成DEM時，可以有兩種生成格式——TIN格式和Grid格式，本文選用的是TIN格式，因為TIN模型在某一特定分辨率下能用更少的空間和時間更精確地表示更加復雜的表面，獲得龍崗鎮的地形圖，通過描繪等高線和加載高程點數據，等高線數據和高程點數據的密度越高分部越均勻，生成的DEM模型就越逼真。可打開ArcView軟件，加載了3D Analyst擴展模塊，在菜單Surface/Create TIN from Features…（從要素生成不規則三角網絡），隨即進行相應的設置，即可得到研究區域的DEM模型。

3.結果與討論

3.1龍崗鎮A—B剖面圖的實現

（1）做出研究區的DEM圖，格網距離為10m，從DEM上可以較為直觀看出研究區的地形變化特征。

（2）做出的研究區的剖面線，從A點到B點（圖1）在這里應該注意繪制剖面線時的起點和終點應表明，否則繪制的剖面圖會有很大誤差。

（3）做出的剖面圖（圖1）。

從繪制的坡面圖中可以很直觀地看出龍崗鎮的地形是東西高中間低，最高點的高程是780m而最低點的高程是244.6m，山體的落差較大。在東西部都是山丘且東部山丘的海拔比西部的要高，在東西部地形的起伏較大，地勢較高，而在中部地勢相對較為平坦，地形起伏小。

3.2作用及意義

該方法的應用，利用了平臺的自身功能，利用DEM圖直接繪制出沿某一方向的剖面圖，制作容易，方法簡便，縮減了時間，降低了成本，適用于時間緊任務急的應用項目，尤其適用于那些無法進行實地考察地區。利用ArcView平臺作圖，圖形精度高，制作簡單快速，為在ArcView平臺下制作剖面圖提供了一種可選擇的途徑。通過繪制的剖面圖高程變化特征可以很清楚地看到沿特定剖面線走向的地形高低起伏的變化特征，反映該區域的地貌起伏的總體趨勢，對于分析該地區的地貌提供很直觀的信息。例如，當要在某個地區修筑一條鐵路或是公路，為了節省資源和資金，減小施工的難度，首先要對這一區域的地形進行分析，我們通過繪制的剖面圖來分析該區域的地形起伏情況，選擇可以施工的最佳路徑；當需要在某一區域安置一個哨所或是無線電信號發射塔，這時需要選擇一個安置點，使得這個視野的覆蓋范圍最大，這時通過剖面圖的繪制可以清楚地看到在一條剖面線上高程值最大的點，另外剖面圖在建筑、地質勘探、填挖方量計算、管線鋪設、軍事等領域都有廣泛的應用。

4.結論

通過繪制的剖面圖高程變化特征可以很清楚地看到沿特定剖面線走向的地形高低起伏的變化特征，反映該區域的地貌起伏的總體趨勢，對于分析該地區的地貌提供很直觀的信息。但是利用這種方法繪制的現狀剖面圖只能定性的描述某一區域沿某一方向上地形的起伏變化特征，描述得只是現狀地形的起伏特征，無法定量描述缺少統計分析的功能。尤其是研究區域后期的地質構造運動或后期人工活動所導致的微地貌變化，在很大程度上影響了地形剖面圖分析地形變化的精度，因此怎樣利用統計學方法進行地貌分析還需要進一步的研究和探討。

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