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※ 专题论述 问题探讨 ※ 钱塘江江道三维GIS模型的研究 林高印 谢 放 （浙江省水利水电勘测设计院 杭州 310002） 【摘要】本文通过对钱塘江江道（包括其主要支流）三维GIS模型的建模实践，简要阐述钱塘江江道三维GIS建模过程，希望对其他江道三维GIS建模有一定的借鉴价值，从而提供能满足防汛精度要求的基础三维平台，为防汛决策提供科学依据。 【关键词】GIS模型 TIN 江道 地形 1 概述 钱塘江为浙江省第一大河流， 全长668km，流域面积5555km2。钱塘江北源为新安江、南源为兰江，南北两源在建德汇合后，下行至浦阳江口东江嘴河段称富春江，东江嘴以下称钱塘江。新安江、兰江、富春江组成了钱塘江的干流。钱塘江的主要支流有江山港、金华江、分水江、浦阳江等。其中江山港与常山港汇合后称为衢江，衢江右纳入金华江后称兰江。金华江是钱塘江的最大支流。钱塘江流域沿江工农业发达，人口众多，市场繁荣，有许多重镇临江而置，沿江两岸村舍较多。浙江省位于亚热带季风气候区，进入2月后冬去春来，雨量渐增，因此钱塘江流域的防洪工作显得较为重要。 为了准确掌握钱塘江两岸地形，满足钱塘江河道管理、规划设计和信息化建设的需要，同时为防洪抗旱指挥提供准确可靠的基本资料，有必要建立钱塘江江道地理信息系统（GIS）。 本次GIS开发基础测绘资料包括1：10000和1：2000地形图。为了获得符合实际最新地形现状，浙江省水利水电设计院测绘分院及钱塘江管理局测绘院在对已有资料的分析、评价和利用的基础上进行了江道测绘工作。 2 数据加工 原始资料CAD图有1：10000和1：2000两种，共477张, 其中包括1：2000地形图453张(其中富春江193张,浦阳江54张,新安江19张,兰江44张,衢江101张,金华江42张,分水江暂缺)；1：10000地形图24张(其中富春江1张,浦阳江1张,新安江1张,分水江1张,兰江7张,衢江9张,金华江4张)。 由于开发的需要, 首先将各条江的1：10000和1：2000两种地形图分别进行拼接和图层处理加工，之后再将各条江的1：10000和1：2000两种地形图叠加并形成各条江的各图层CAD汇总图。 基于测绘资料1：10000及1：2000地形图，将每条江的CAD图形统一分成堤防、等高点、等高线、交通及附属设施、控制点、植被、水边线、说明注记、地貌土质、居民点和恒栅及其他等11个CAD图层。 为了能建立钱塘江江道的三维GIS模型，我们对二维CAD图形的等高线、等高点、堤防等进行高程属性赋值。 3 江道三维GIS模型的建立 3.1 TIN的构建 3.1.1 TIN的构建基本原理 通过矢量化地形图的等高线及等地形等高点获得三维离散点数据，再将离散点转换成TIN（三角形网面），通常采用的方法是Delaunay三角剖分法，实现Delaunay三角剖分法，由Bowyer-Watson算法完成。 Bowyer-Watson算法的基本思想：①假定已生成了连接若干个顶点的Delaunay三角网格；②加入一个新的节点，找出所有外接圆包含新加入节点的三角形，并将这些三角形删除，形成一个空腔；③将空腔的节点与新加入的节点连接，形成新的Delaunay三角网格；④调整数据结构，新生成的三角形的数据填充被删除三角形的数据，余者添加在数组的尾部；⑤返回第二步，直至所有的节点都加入为止。
图1 三角网Tin 3.1.2 TIN的构建过程 本项目经性价比比较最后选择ArcGis为平台。我们利用ArcScene中的3D工具中的Create/Modify Tin工具生成3D模型Tin。具体过程如下： 1）边界设置 在ArcScene中,生成3D模型Tin的默认范围是一种方格, 但由于江道范围是不规则的,所以需要重新设置构建Tin的边界。先在AUTOCAD中沿江道的走势绘制一个闭合的边界(即构建Tin的范围)。打开ArcScene 3D工具中的Create/Modify Tin工具, 加载dwg文件中边界的Polygon文件，将其Triangulate属性设置为hard clip，其它两项设置为None。然后分别加载等高点、等高线、堤防的Polyline文件及Point文件，将Height source设置为Elevation, 另外属性按照默认格式即可。这样，模型在构建Tin后自动切除边界以外的部分。 2）模型高程分层设置颜色 选择Tin层的属性维护，选择symobogy, 将Elevation中的Color Ramp设置为某一种颜色组，将classes设置为默认值（如32），并在classify中设置其不同的高程段的颜色。这样模型的立体感就产生了。 3）文字和建筑物等的显示 首先在AUTOCAD中将文字和建筑物等赋上高程值, 然后利用ArcScene的数据加载工具，将其Dwg Polygon文件加载到ArcScene中便可显示。
图2 金华江段三维gis模型 3.2 DEM（数字高程模型）的生成 将3D模型Tin做好之后，利用ArcGis工具toolbox中的Tin to Grid和Grid to DEM工具，将Tin转换成3D模型DEM 格式的文件。 3.3 三维GIS模型的基本应用 模型建立后可以进行三维直观漫游，为钱塘江领域的防汛提供基础平台；同时，可对模型上的任何地物及堤防等进行高程查询，并可进行包括坡度分析的三维分析，为防汛提供基础决策数据。也可在此三维平台上建立防汛指挥系统，为防汛系统提供科学决策的地形基础资料。 4 结语 1）由于钱塘江防汛对江道的高程精度要求较高，数十厘米的误差就可能造成防汛决策上的失误。我们在建模实践中发现按1：2000可以对地形进行很有效的控制，误差可以控制在允许的范围内。因此我们建议对江道按1：2000的地形图精度进行等高点实测，以便对江道地形进行有效控制。 2）建议沿着堤防、陡坎等高程突变处进行实测断面，以便对堤防、陡坎等的形态进行有效控制。我们在建模实践中发现按常规地形图测量数据建模，模型对堤防、陡坎等突变处没有有效地显示，同时也会减弱模型的立体感。 3）对不同高程进行科学分层并设置合适颜色，会大大增加模型的立体感。建议采用国家标准高程色带并结合本地区实际情况进行高程分层设色。 (收稿日期：2004-12-15；Email：lingaoyin@yahoo.com.cn) 参考文献 [1] 凌云.地面数字模型的建立及在工程设计中的应用,《工程地质计算机应用》1997.4 [2] 周杰,丁贤荣,汪德爟.平面散点集Delaunay三角剖分的一种高效方法,《工程地质计算机应用》2003.2 [3] 左仁广, 汪新庆.计算机辅助地质调查三联点地质模型的研究,《工程地质计算机应用》2004.1 |
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