分析ArcGIS的地形图数字化与三维再现

地形图的数字化是地学研究发展提出的新需求，ArcGIS的出现与应用不仅满足了这一需求，还实现了地形图三维再现，使地学研究突破传统方法的束缚，加快了其进步发展速度。

1　ArcGIS

ArcGIS是由ESRI研发的全新GIS软件，在世界范围内得到广泛应用。该软件是开放式GIS平台，功能全面，包括数据管理、数据处理、实时显示和自定义分析等。它由若干子系统构成，其中，Ar cMap的作用是对地图进行分析、实时显示与查询；ArcCatalog的作用是帮助用户管理各类信息；ArcToolbox的作用是分析、处理数据；ArcScene的作用是提供三维场景，能实现与栅格数据等的交互；Ar cGlobe属于3D分析模块，可满足浏览全球地理信息等功能要求。基于此，ArcGIS在制图编辑方面具有一体化特征，数据管理方便快捷，开发灵活，且分析功能强大。

2　地形图数字化与三维再现

以某研究区为例进行分析，该区辖24个镇，314个行政村，人口总数为87万人。全区均为亚热带季风气候，降水、光照充足。全区总占地达3084.6km2，地形狭长，整体地貌相对复杂，南、北两侧较高，中间较低。1∶1000地形图，采用1956年黄海高程系和西安8 0坐标系。

2.1　地图扫描

扫描是指把纸质地图转换成对应的矢量图，在数字化过程中先通过对纸质地图的扫描来获取栅格地图。为减少对存储空间的占用，一般将扫描之后获得图像以*.jpg的格式进行保存。在对不同地形图进行扫描时，应选择适宜分辨率，当空间要素稀疏时，分辨率为300dpi；当空间要素密集时，分辨率为600dpi，这样做的目的是为了更好分辨要素。图像质量决定了矢量化精度以及工作量，所以，纸质图必须清晰，特别是矢量化重点部分，扫描时将图纸平整摆放，不能有卷皱，否则将产生偏差。

2.2　数据加载

启动软件，单击“文件”按钮，选择“打开”一栏，然后在对话框当中选定图像文件，这样就可以打开相应的栅格图像。在图像打开之后，应将其转化成灰度图，操作方法为：单击“图像”按钮，选择“图像转换”一栏，然后在对话框当中选定需要的转换类型，以此完成对图像的转换。

2.3　等高线图层的定义

为便于管理与应用，应以空间数据特征为依据，分层处理所有地理要素，再将其存储于图层当中。具体操作方法为：在工具栏中找出并点击“图层定义”按钮，将新图层名称，即“等高线”输入至管理窗口，点击“添加”，生成图层。为增强视觉效果，定义完成之后可在对话框中选择适合的颜色与线型，线粗为1个像素，可以改成2个，以提高等高线清晰度。

2.4　控制点的添加

根据经纬网，利用编辑器插入控制点，对其坐标值或者经纬度进行输入。在采集过程中，控制点数目根据要求而定，应在图像当中均匀分布，在确定具体位置时要对图像进行放大，以便保证准确度。采集完毕后立即保存，获取控制点文件。

2.5　等高线的数字化

利用软件可对线段进行自动跟踪，所以等高线的矢量化能通过交互式跟踪来实现。然而，尽管软件有矢量化工具，但因图像内容趋于复杂，如果只采用现有的工具，会造成拓扑错误，使后期编辑困难。对此，本着高效、准确、便捷的原则，必须使用交互式跟踪完成矢量化。具体操作方法为：激活待矢量化图层，将图像调整至适宜大小，单击“线段编辑”，从底图其中一段等高线开始进行矢量化。期间，鼠标会在断开、交接位置停顿，要求操作人员选定后续方向，到达另外一端后停止。

2.6　等高线赋值

完成等高线的屏幕矢量化后，就应当为每一条等高线赋高程值。高程值将自动以属性数据的格式来存储。操作方法∶ 单击工具栏上的等高线标注按钮，根据底图上的等高线高程标识来标注一组等高线的高程值，直到每一条等高线都标注完成。

2.7　检查与修改

为使等高线准确、可靠，应检查全图。借助软件编辑功能，能方便的完成下列操作：补充缺失的等高线；修改错误等高线；处理断开的相同等高线；查看等高线实际情况；检查等高线赋值；修改等高线赋值。

2.8　数据导出

为对等高线数据进行整理分析与三维显示，应将其转换为*.sh p格式。软件可将数据自动转换成对应格式的文件，并将属性值以*.DBF的格式进行保存，同时生成索引文件。具体操作方法为：单击“文件”，选择“输出”按钮，输入文件名后选择保存的类型，点击“确认”，完成数据导出。数据文件格式如表1所示。

表1　数据文件格式

2.9　三维再现

软件三维分析模块主要利用表面表示的方法对三维模型进行构建，基于数字化的等高线图层，能实现对DEM的创建。其步骤为：启动ArcScene软件，对Analyst模块进行加载。通过对这一模块的加载，能对地形表面数据施以分析与动态显示。首先，单击“Create/Modify TIN”→“Create TIN From Features”，选择已经导出的数据文件，对Tagvalue field等进行设置，选择文件名称与具体位置，最后完成TIN文件的生成与输出。

3　结束语

地形图的数字化及其三维再现在目前快速发展的地学研究领域有重要现实意义，借助ArcGIS软件，采用传统纸质地形图进行数字化，生成矢量数据后再完成三维再现，大量减少工作量，为数据获取提供新方法。