SURFER软件在雨量等值线图绘制中的应用研究

陈洪飞，许世诚，吕　斌，余元良

(1．浙江省水利河口研究院，浙江　杭州　310020；2．开化县水利局，浙江　开化　324300)



SURFER软件在雨量等值线图绘制中的应用研究

陈洪飞1，许世诚1，吕斌1，余元良2

(1．浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020；2．开化县水利局，浙江开化324300)

应用ArcGIS及SURFER软件对雨量等值线图自动绘制软件进行了研究。采用C#作为工具，进一步开发了雨量等值线面绘制软件。该软件绘制出的等值线以及等值面具有良好的可视化效果，能直观反应浙江省一段时间内的降雨量地理分布情况，对防汛防洪山洪预警工作有一定的指导意义。

SURFER；ArcGIS；雨量等值线；防汛防洪

1　问题的提出

雨量等值线表示某一给定时间内(如年、季、月)的雨量相等各点的连线，可以直观显示雨量的地理分布状况[1]。它是反映雨量时空分布的最重要工具，通过等值线图可以直观地了解区域内一段时间的降雨情况并以此对该区域未来降雨情况进行预测，目前已广泛应用于防洪、防汛、山洪预警中。然而，由于雨量数据的时效性，雨量等值线图需要动态绘制，传统的手工绘制方法出图慢、精度低的问题渐渐体现出来，通过计算机自动绘制雨量等值线图成为未来应用的趋势。

基于SURFER软件对等值线图进行自动绘制，使用者可以选取任意时间段进行等值线图的绘制，该方法出图速度快、精度高，且可以与影像地形图叠加，从而更方便了解雨量的区域分布。

SURFER是目前国内外使用较为广泛的等值线绘制软件之一，它支持多种数据格式，功能强大，成果美观[2]。SURFER软件具有强大的插值功能以及绘制能力，是制作三维图等的优秀工具。SURFER软件强大的插值功能使其能适应各种等值线绘制需求，优秀的绘图能力使其绘图速度快、效率高，生成的等值线图质量高，因此采用SURFER软件进行等值线的处理绘制。而ArcGIS则以其强大的数据处理、空间分析功能在地学研究中得到广泛应用，采用ArcGIS软件对中间数据进行处理分析。

2　绘制等值线图的思路及步骤

利用SURFER软件结合ArcGIS自动绘制等值线图，其处理过程可以分为以下几步：

(1)生成初始化文件：包括边界文件(.bln)、等值线分级文件(.lvl)、累计雨量数据文件(.dat)；

(2)生成网格数据：通过雨量数据文件创建网格文件(.grd)；

(3)网格数据白化：通过行政边界文件对网格数据进行白化处理，去掉超出边界的数据，返回结果也是网格数据文件(.grd)；

(4)按照分级文件创建等值线：通过白化后的网格数据(.grd)和分级文件(.lvl)创建等值线，并按照分级文件对等值线图进行配色、线型选择、标注等修饰操作；

(5)输出等值线图及透明化：将结果输出成需要的格式，本文的输出格式是带坐标范围的png图片文件，输出之后对png图片进行背景透明处理。

经过以上步骤生成的等值线图可以在地形图、行政图、影像图上进行叠加预览，使等值线图更形象实用，为防汛防洪、山洪预警等工作提供帮助。

3　等值线自动绘制软件的实现

等值线自动绘制软件采用C#编译环境开发，根据等值线绘制步骤，其实现过程主要包括3部分：初始文件的处理生成、C#调用SURFER生成等值线图、后期处理(见图1)。

图1　等值线自动绘制软件实现原理图

3.1初始文件的处理生成

初始文件包括累计雨量、边界文件以及分级文件。雨量数据存储在SQLServer数据库中，通过雨量站记录并实时传送到服务器，在调用软件生成等值线时通过ADO自动访问数据库并将所需雨量数据按(x坐标、y坐标、测站编号、雨量值)的格式写入服务器的.dat文件中以供计算需要；边界文件是指全浙江省的行政区划边界，在计算中是通过构成行政区划线的点集按逆时针排序([x1，y1]，[x2，y2]，[x3，y3]，[x4，y4]，……，[xn，yn]，)进行存储，原始的行政区划线是Shapefile文件，通过ArcGIS的Feature Vertices To Points工具转换成点集，再利用SURFER软件生成可使用的边界文件(.bln)；分级文件(.lvl)包括所需生成等值线图的分界值、线型符号、填充符号、标注信息等内容，该文件通过SURFER软件生成。

3.2C#调用SURFER生成等值线图

C#调用SURFER软件生成等值线主要分为3步：创建网格数据、网格数据白化处理、生成等值线。

(2)网格白化：白化是去掉行政区划外的网格数据，使生成的等值线只包含所需要的部分，需要输入上一步生成的网格文件(.grd)和边界文件(.bln)。

(3)生成等值线：主要使用SURFER软件的AddContourMap方法，首先创建Surfer图形文档，然后导入白化后的网格文件(.grd)和边界文件(.bln)，调用AddContourMap方法后生成等值线图层，再并对等值线进行平滑处理并覆盖在电子地图上。

生成等值线的主要程序如下：

Surfer.IPlotDocument PlotDoc=(Surfer.IPlotDocument)Docs.Add(SrfDocTypes.srf-DocPlot);

//PlotDoc 为Surfer文档，初始化该文档

Surfer.IMapFrame MapF=PlotDoc.Shapes.AddContourMap(strAppPath+@″out.grd″);

Surfer.IContourMap ContourMap=(Surfer.IContourMap)MapF.Overlays.Item(1);

//输入白化后网格，生成等值线

ContourMap.SmoothContours=SrfConSmoothType.srfConSmoothHigh;

//平滑处理

ContourMap.Levels.LoadFile(strAppPath+@″Contour.lvl″);

//输入分级文件

ContourMap.BlankFill.Transparent=true;

//设置图层需要进行透明处理

PlotDoc.Shapes.SelectAll();

//覆盖所有地图

3.3后期处理

后期处理主要包括图片输出及图片背景透明化。

(1)图片输出：设置图片宽、高及坐标参考，将SURFER软件生成的等值线转换成带坐标的png图片。

(2)背景透明化：将图片转化为位图文件，扫描整个文件的每个像素，找到颜色为白色的像素点，将该像素点的颜色值设为空。

经过上述处理，最后生成的等值线图效果见图2。

图2　C#调用SURFER生成等值线效果图

4　成果应用

等值线自动绘制软件可满足各种情况的等值线绘制要求，行政区划上可以满足全国、省、市、线、乡镇各个等级的等值线绘制，功能上除了雨量等值线图的绘制，还可满足等高线、等深线、海浪图、潮位图等多种三维图的绘制，而且软件计算的整个过程完全自动运行无需人为干予，具有良好的操作性、可移植性和可拓展性。该软件目前主要在山洪灾害监测预警系统中得到应用，包括衢州市、舟山市、鄞州、武义县、柯城区、德清县等20多个市县区以及浙江省省级山洪灾害监测预警系统，其计算速度快，生成等值线图效果良好，为山洪灾害监测预警提供了很大的帮助。在山洪灾害系统中叠加地形图的应用效果见图3。

图3　雨量等值线在山洪灾害监测预警中的应用图

5　结　语

应用ArcGIS及SURFER软件对雨量等值线图自动绘制软件进行了研究，通过C#编程实现该软件的开发。生成的等值线图精度高、可视化效果良好，具有优秀的可移植性及可拓展性，适应各种类型的等值线图绘制要求，且软件运行整个过程完全自动化，极大地方便了用户使用。该软件目前在浙江省20多个市县区中得到了应用，为防洪防汛提供了帮助，对山洪预警具有一定的指导意义。

[1]张仁凌，齐向华.使用Surfer软件绘制雨量等值线图[J].水利水文自动化,2007(4):45-47.

[2]张榜鑫，郑加才，陈智洋.实时水情等值线自动绘制方法介绍及探讨[J].中国西部科技,2005(11)：18-19.

[3]白世彪，陈晔，王建.等值线绘图软件SURFER7.0中九种插值法介绍[J].物探化探计算技术,2002(2):157-162.

[4]曾怀恩，黄声享.基于Kriging方法的空间数据插值研究[J].测绘工程,2007，16(5):5.

[5]刘承香，阮双琛，伍小芹.基于Kriging插值的数字地图生成算法研究[J].深圳大学学报(理工版)，2004，21(4):295-300.

[6]邬伦，刘瑜，张晶，等.地理信息系统—原理、方法和应用[M].北京：科学出版社，2001.

[7]陈述彭，鲁学军，周成虎.地理信息系统导论[M].北京：科学出版社，1999.

(责任编辑郎忘忧)

Application Research on SURFER Software in Drawing Rainfall Contour Map

CHEN Hong-fei1,XU Shi-cheng1,LV Bin1，YU Yuan-liang2

(1．Zhejiang Institute of Hydraulics & Estuary,Hangzhou 310020,Zhejiang,China；2．Water Conservancy Bureau of Kaihua County,Kaihua 324300,Zhejiang,China)

Using SURFER software to analyze the rainfall data of Zhejiang province and classify the rainfall,this study realized the real-time rainfall contour mapping of Zhejiang Province combined with ArcGIS software.Isosurface was drawn by filling the contour map.Using C# as tools,it further developed a drawing software for rainfall contour surface and isoline,which has good visual effects,directly reflecting the rainfall geographical distribution in Zhejiang province in a period,and has certain guiding significance for flood control and flash flood early warning work.Currently the software has been put into use in many cities and counties of Zhejiang Province.

SURFER;ArcGIS;rainfall contour;flood control

2016-01-07

陈洪飞(1983-)，男，工程师，硕士，主要从事水利信息化、自动化咨询设计以及实施工作。

TP311.5

A

1008-701X(2016)03-0074-03

10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.03.023