规划设计制图中地形表现模式研究

2014-04-13孙伟韬王晶晶

自然保护地 2014年2期

关键词：等高线数据源制图

孙伟韬王晶晶

（1国家林业局华东林业调查规划设计院浙江杭州 310019；2环境保护部环境规划院北京 100012）

规划设计制图中地形表现模式研究

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（1国家林业局华东林业调查规划设计院浙江杭州 310019；2环境保护部环境规划院北京 100012）

在规划设计中准确而又具有艺术表现力的表达地形地貌，历来是平面制图的一项重要内容。当前主要表现手段有等高线法、分层设色法和数字地貌晕渲法三种。依据不同的需求，综合使用三种表现技术，可以有效的提高图件表现力和准确性，便于使用者阅读使用。

地形地貌；尺度；DEM；制图

在林业生态工程规划设计工作中，对地形地貌的研究分析及发布表达是一项非常重要工作内容。为了能在规划设计成果中获得满意的效果，对地形地貌进行准确适宜的表现，成为一个值得研究的问题。

1 目前地形地貌表现的模式

平面制图中用于地形地貌表现的方法主要有等高线法、分层设色法和数字地貌晕渲法三种。等高线表现法是最基本最常见的地形地貌表达方式，其数据处理简单，信息表达准确性高，但是立体感不强，直观性较差，非专业用户阅读理解上有一定难度，容易产生误读误判。分层设色法依据等高线表达的高程不同，用不同颜色区划不同的高程，比单纯使用等高线形象，但是也存在可用色系少，难以表现中小地形变化等不足。数字地貌晕渲法主要指采用计算机数字化技术，利用DEM（数字高程模型）在平面图上产生地貌立体效果的技术手段，其优点在于地貌表达直观，立体感强，真实性强，可以很好的表现地形坡度的方向、形状、长度，山脊和山谷的位置和轮廓，地形的起伏状态以及相互关系和位置，同时表示方法上有一定的艺术性。主要不足在于成图质量受空间基础数据精度影响大。

2 不同尺度下表现手段的选择

大尺度表现：一般图面比例尺在1:15000000至1:500000之间。主要应用于区域、大流域和全国尺度的自然地理空间格局或者大型跨区域工程的表现。在进行地形表达时，可以选用90米分辨率DEM数据，以分层设色法或者数字地貌晕渲法进行地形表现较为适宜。

中尺度表现：一般图面比例尺在1:500000至1:10000之间。主要用于市域、县域、大型国有林场或者中小流域的规划图、现状分析图和调查底图的表现。在进行地形表达时，采用数字地貌晕渲法进行表现最为适宜。一般地区级和县级尺度，成图比例尺在1:500000至1:100000时，可以运用5～ 30米分辨率DEM数据，进行数字化晕渲。

小尺度表现：一般图面比例尺在1:500～1:5000，最小不小于1:10000。主要用于森林公园、普通公园、湿地公园、自然保护区、林场、林区道路工程、森林防火工程的详细规划、设计。在地形地貌表现形式上，一般采用等高线叠加以1:500或者1:1000 DLG生成分辨率为0.25米或者0.5米 DEM地形数字化晕渲模式进行表现。

表1 不同尺度表现模式

3 地形表现相关要素的选择

3.1 色彩设置

在地形表达中，利用色彩进行表现，比单色更具表现力。在小比例尺或中比例尺图面表现时，按高程分级的设置色彩，通常以绿色系为基色来表现地形平坦的地区，然后再以不同色相来区分海拔不同；以棕黄色系来表现中山地形地貌；以暗棕色来表现高山地形地貌。在运用数字晕渲地貌时，可进行半透明设置叠合在基础晕渲地貌图上，形成更为丰富的效果。美国制图表现专家Jeffrey s. Nighbert经过研究，提出对地形设色的23级模式，可以作为制图表现色彩设置的参考。[1]在日常制图表

表2 Jeffrey s. Nighbert 23级地形配色模式表

现时候，可以依据高程差、地形复杂程度等不同情况，根据需要进行选择使用。

3.2 光照设置

光照模拟是进行数字地貌晕渲形成立体地貌表现的重要因素，正是通过太阳入射方位角和太阳高度角的不同，利用对地表光反射和阴影的模拟，产生立体地貌效果。在进行数字地貌晕渲时，根据地形地貌特征不同，必须选择合适的太阳入射方位角和太阳高度角，否则容易丢失重要的地形信息，或者使读者对地形判读产生误差。目前主要的数字地貌晕渲程序工具，均可以实现太阳入射方位角和太阳高度角自定义调整。一般默认太阳入射方位角为315度，太阳高度角为30度。太阳入射方位角的确定，一般可通过计算表现区块各坡向值得，即统计坡度20度以上、坡向在某一方位范围内出现的频率数，选择频率高的坡向值所在的方位来作为太阳模拟光源的入射方位角。太阳高度角则一般选择在30～45度之间。

3.3 数据源

用于数字地貌晕渲的数据源是DEM。目前有三种方式来获取DEM数据。

（1）通过设置在中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站下载免费的DEM数据。目前提供的DEM数据有两种，分别是SRTM数据和ASTER GDEM 数据。SRTM为90米分辨率DEM数据（Shuttle Radar Topography Mission），由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。ASTER GDEM为30米分辨率DEM数据，根据美国太空总署Terra对地观测卫星的观测结果制作完成。[2]其优点是数据获取方便，可以直接下载，且完全免费；不足是这两种数据投影采用的是WGS84，如果与其他数据投影不同，应该进行转换，且分辨率相对较低，只能用于大、中尺度制图表现。

（2）通过测绘局直接购买DEM产品。目前主要产品包括1:10000、1:50000、1:250000的DEM数据产品。其优点在于数据使用方便，无需作投影转换操作，与对应比例的数字地形图有很好的对应关系；缺点是数据获取手续复杂，需要相关部门批准，有保密要求，且费用较高。

（3）利用测绘数据生成DEM数据。目前利用主流的规划设计工具软件，如ArcGIS、MapGIS、湘源控规CAD、SketchUp等，都实现了利用测绘等高线或者高程点生成DEM的功能。该方法优点在与灵活性好，可以根据各种实际测绘成果，按需求生成DEM，尤其适合规划设计项目中大比例成图的需求。主要缺点是操作复杂。单独测绘产品，等高线数据经常有差错，需要进行内业详细检查编辑，并根据实际地形进行修正。主要操作流程为等高线、等高点提取、高程值检验修正、高程栅格内插、成果检验等步骤。[3]

4 表现实例说明

根据表现尺度不同，综合使用不同的数据源和表现方法，可以获得不同的表现效果。

图1是以90米分辨率DEM为数据源，利用数字地貌晕渲技术在1:15000000比例尺下，进行全国尺度地形表现的效果。图2是以90米分辨率DEM为数据源，利用数字地貌晕渲技术在1: 500000比例尺下，进行浙南温州地区地形表现的效果。图3是以1:10000DLG等高线生成1米分辨率DEM，利用数字地貌晕渲技术在1:20000比例尺下，进行温州黄石山森林公园整体地形表现效果。图4是以1:500DLG等高线制生成0.25米分辨率DEM，利用数字地貌晕渲技术在1: 3000比例尺下，进行温州黄石山森林公园局部地形细节表现的效果。