SUFER在海底地形表达中的应用

孟静娟 赵俐红 阳凡林 管清胜 张登

摘 要：随着空间信息可视化技术在海底地形表达中的应用越来越多，空间信息手段越来越受到学者们的重视。文章详述了空间信息可视化技术的理论，并对其在海底地形表达中的具体应用进行系统讲解。文章阐述了海底地形表达的发展现状及其内涵，列举了一个小区域的海底地形的测量数据利用SUFER成图软件实现该区块海底地形的三维可视化显示，并评价这种应用的效果。

关键词：空间信息；数字高程模型；海洋；海底地形；应用

引言

当今时代，科技信息飞速发展，空间信息可视化技术的发展应用也越来越广，已经扩展到我国的多个重要领域。地学信息可视化是信息可视化中的重要技术，涉及大多数关系到国防安全的重要领域，地理空间可视化的效果图更利于工作人员做出正确判断。空间信息可视化过程非常复杂，需大量时间和精力投入进行专门深入的研究。随着地理信息系统的发展，三维地形绘制技术应运而生。海底地形三维地形模拟可真实再现人眼看不到的海底地形，相比二维模拟具有更好的直观性和仿真能力，使人能更容易地明白复杂的海底地形。

地理信息系统（GIS）发展日益迅速，其新技术对海底地形地貌数据的采集和管理利用等有着重要作用。海洋数据的来源广泛，存储格式多样，同一种类型的数据，由于测量仪器不同也各不相同。而由于各单位技术人员在预处理数据时所用的方法、工具的差异也形成了不同的存储格式，有的数据以文件方式存储，而有的却存储在数据库或者档案系统中，还有一些数据由多个分布存储系统的数据组成。此外，基础地理数据还有栅格和矢量之分，因而文件存储格式也不相同。利用GIS可以有效地实现海洋环境监测数据的一体化管理，还可以大大提高海图测量及成图的开发周期及开发费用。

1 基础理论

要满足在海洋环境领域应用的需求，所采用的空间信息可视化软件应当具备对冗杂的海洋时空数据有效的表达和分析的能力，而时空数据模型是解决上述问题的基础，同时也是关键所在。GIS研发技术还有局限性，因为它仍是以传统空间数据技术为依据，而传统的技术方法已经满足不了新时代的发展要求。GIS系统的一个重要功能就是空间信息可视化，它可以将枯燥的难以理解的抽象事物，利用简单的图像曲线等，以三维立体图形或静态或动态的直观表现呈现在大家面前。GIS系统可视化发展经历了二维到三维，静态到动态，简单到复杂的发展过程，SUFER的出现给GIS带来了新的超越。

2 研究背景及发展

三维地形的可视化问题的发展一直受制于主流计算机技术的发展。当前三维可视化实现对海量数据的管理技术已经相对成熟，但在建模与实时动态方面还存在许多不足，尤其是在海洋领域的应用效果仍无法满足需要，主要表现在：

（1）传统地形三维表达的数据模型主要面向陆地数据，未考虑海洋数据与陆地数据之间存在的差异。

（2）海洋是具有时空效应的多维空间实体，单靠静态的表达方法不能完全、详细准确地表现和描述海洋中的多维对象的空间特征和变化趋势。

基于上述的研究背景和当前技术，本文采用基础的测深数据和sufer8.0绘图软件来实现小范围的海底地形地貌的三维可视化操作。

3 具体实现

文章采用sufer8.0软件实现海底地形的可视化。将测得的某个小范围的海底沙坑地形的DAT格式的基础数据文件，基本数据文件是至少包括X、Y、Z三列数据的文件。文章采用的数据有X、Y、Z三列，分别为X、Y坐标和该点对应的水深值。网格文件是绘制等值线图和表面图所必须的文件，由基础数据文件经网格化（Grid）命令处理后转化得到。其文件的扩展名为.grd。利用GRD格式的文件绘制等深线图（图1）。从等深线的分布可以看出来在测区右侧部分深度变化较快，这意味着地形坡度较陡，左侧则坡度变化较缓。从二维图看这种变化还不是很明显，还需要根据等深线图来绘制该区的地形三维立体图。将等深线图与海底表面的阴影图相叠加可以生成三维海底地形图，从而将海底地貌形象地表示出来。若根据不同的等深线所表征的水深来设置不同的颜色加入等深线中，就可以更加清晰的显示海底地形地貌（图2）。

图1 一区的等深线图

图2 等值线图与3D阴影图的叠覆

等值面从三维要素中的提取对直观表达海洋要素场的分布规律有着重要作用，为了更直接的表达海洋要素场的分布规律，从三维要素体中提取等值面并进行可视化是必要的。而等值面的生成比切片/切块的生成要复杂的多，其数据的组织也不是仅仅通过比较或简单插值就能得到的。

4 未来展望

随着三维可视化技术的广泛应用，另一个倍受关注的多维动态可视化问题，这个主题是以时间为主导的信息可视化问题。现阶段一方面缺乏有效的描述模型，另一方面在增加时间维之后，信息量急剧增加，现有计算机处理起来还比较困难，所以，时空可视化仍是一个悬而未决的难题。基于这种现状，今后时空可视化是三维地形可视化发展的一个极具吸引力的方向，而时空可视化的实现可以模拟仿真自然地理的变化过程，包括追溯历史和预测未来，会在根本上改变现有可视化的理论。因此，未来用三维可视化技术来实现海底地形的再现的发展前景将非常广阔。

参考文献

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