1利用DWG数据建立DEM关键技术研究

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 26卷第 2期 　　　 计算机应用与软件 Vol126 No. 2 2009年 2月 　　 Computer App lications and Software Feb. 2009 收稿日期 : 2007 - 07 - 25。国家“八六三 ”高科技研究发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (2006AA12Z102)。汪自军 ,硕士生 ,主研领域 : 3S技术与应用。 利用 DW G数据建立 D EM 关键技术研究 汪自军 1 　陈圣波 1 　湛邵斌 2 　孟治国 1 　杨春燕 1 1 (吉林大学地球探测科学与技术学院　吉林 长春 130026) 2 (深圳信息职业技术学院信息技术研究所　广东 深圳 518026) 摘 　要 　　DW G数据的图形和属性分离特性 ,使 GIS软件难以直接基于 DW G数据生成 DEM。首先阐述利用 DW G数据提取并基 于阈值 +最小距离与人工辅助技术匹配高程点和高程注记 ,进而建立 DEM的关键技术。设计了 W zjGIS系统 ,实现了高程信息提取 与匹配、DEM生成与显示及 3D 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 一体化。最后以长春市鹿乡镇 DW G数据为例 ,建立了 DEM并进行了 3D分析。 关键词 　　DW G地形图 　提取 　匹配 　高程 　DEM O N KEY TECHN IQUES O F CREAT I NG D EM FROM DW G DATA W ang Zijun1 　Chen Shengbo1 　Zhan Shaobin2 　Meng Zhiguo1 　Yang Chunyan1 1 ( College of Geoexplore Science and Technology, J ilin U niversity, Changchun 130026, J ilin, China) 2 ( Institute of Inform ation Technology, Shenzhen Institu te of Inform ation Technology, Shenzhen 518026, Guangdong, China) Abstract　　The figure and its attribute are separated in DW G data, this characteristic makes it difficult to create DEM from DW G data di2 rectly by GIS ( geographical information system) software. W e firstly p resent in detail the key techniques that extract elevation points and their elevation annotation and match these by Threshold + M inimum D istance and A rtificial Supp lementary techniques followed by creating DEM , from DW G data. Then a software, W zjGIS system, is designed. By the system, the elevation data and their attributes can be extracted and matched, and DEM can be created and visualized. Furthermore, 3D analysis, like slope analysis, is performed in this system. Finally, Luxiang town in Changchun is chosen as an examp le to create DEM and to do 3D analysis from its DW G data. Keywords　　DW G topographic map　Extract　Match　Elevation　D igital elevation model (DEM ) 0　引 　言 随着计算机技术和 GIS技术发展 ,许多领域对地形分析提 出了越来越高的要求 [ 1 - 6 ] ,二维数据在地形分析方面显得无能 为力 , DEM已成为目前地学地形分析的主要手段。DEM 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示 区域 D上地形三维向量有限序列 { V i = (X i , Yi , Z i ) , i = 1, 2, 3, ⋯, n } ,其中 (X i , Yi ) ∈D是平面坐标 , Z i是 (X i , Yi ) 对应的高 程 [ 2 ]。20世纪 80年代美国麻省理工学院 C. L. M iller首次提出 DEM的概念 [ 7 ]。此后广泛应用于工程计算、地图制图 [ 8 - 10 ]、3D 分析及虚拟现实搭建等 [ 11 - 13 ]。 DEM数据可以通过地面测量、空间传感器采集、数字摄影 测量及地图数字化等方法获取 [ 3 ]。AutoCAD是测绘部门应用 最多的绘图软件 , DW G地形图分布广泛 ,目前一般以此建立 DEM。由于应用 AutoCAD的目的和软件功能限制 , DW G地形 图中一个层可以放置地物的所有数据 ,包括空间数据和属性数 据 [ 14 ] ,高程点只提供平面坐标 ,其高程属性以文本注记方式表 现出来 ,图形和属性之间的联系仅体现在平面位置上的靠 近 [ 15 ] ,这种图形和属性间的割裂造成了 DW G数据难以用 GIS 软件直接应用生成 DEM。目前从 DW G数据中提取高程点常采 用先提取高程点和高程注记 ,然后利用距离关系使其匹配的方 法。马文祥等在 AutoCAD中利用 VBA技术通过设置距离上限 实现高程信息提取匹配 [ 15 ] ,解云琳等在 Map Info中编写 MapBa2 sic程序采用阈值进行了高程信息匹配 [ 16 ]。本文在研究过程 中 ,利用分割、过滤、剔除与 GIS等技术快速地进行了高程信息 的提取与匹配 ,在匹配时不仅采用阈值原理 ,还提出了与最小距 离原则和人工辅助配合的手段来提高匹配效率和准确率。在 VC#. NET中开发了提取匹配高程信息并建立 DEM与 3D分析 系统 (W zjGIS) ,以长春市鹿乡镇为例 ,实现了基于 DW G地形图 的 DEM建立及 3D分析。 1　D EM 建立 1. 1　高程信息提取 在 DW G数据中进行高程信息提取包括高程点和高程注记 的提取 ,首先选择实体到选择集中 ,此时采用图层过滤手段 ,只 将要提取的实体层中实体加入到集合中 ,可以减少搜索实体的 时间。不同实体获取平面坐标的函数不尽相同 ,如果高程点是 单一类型或多种明确类型 ,就可根据类型分类提取。由于 DW G 数据中高程点可能是点、块、块参考或其它不明确类型 ,利用 GIS数据转换工具把多类型高程点统一转换成点类型 ,即可按 单一类型提取。高程注记提取高程值属性的同时 ,还要提取平 面坐标以便和高程点匹配。 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　 第 2期 　　　 汪自军等 :利用 DW G数据建立 DEM关键技术研究 43　　　 1. 2　高程信息匹配 提取的高程注记平面坐标是不准确的 ,但拥有准确的高程 值属性 ,关键在于将高程值与根据高程点提取的准确平面坐标 相匹配 ,组成高程点数据。依据阈值 +最小距离原则可以有效 解决高程点坐标与注记匹配的效率和准确率问题 ,设置阈值 (也是最小距离初值 )的同时采用最小距离来匹配高程信息 ,使 得在找到多个满足阈值情况下仍能按最小距离原则自动匹配。 从坐标集合第一条记录开始循环遍历注记集合 ,寻找满足阈值 且距离最小的高程注记 ,提取该注记高程值与高程点坐标并删 除该注记记录 ,直到完成所有高程点匹配。 多个注记满足阈值条件时按最小距离进行高程匹配时 ,有 些情况匹配是不正确的 ,如图 1所示 , 1点将与距其最近的 204. 4匹配 , 2点没有注记与之匹配 , 3点和 4点将互相匹配错误。 如果满足阈值注记个数为 0,则可能是阈值过小、存在孤立点或 相邻点匹配错误引起的 ,如果有剩余注记记录可能存在孤立注 记。所以在提取高程信息的同时还应提取相应满足阈值条件注 记个数 ,只要个数不为 1,就需人工辅助检查。 图 1　高程信息错误匹配 如果在数据准备阶段对 DW G数据进行了适当分割 ,匹配 过程中适时删除匹配完成注记记录 ,将会大大提高匹配速度。 点数为 T的地形图数据在匹配过程如果不适时剔除注记记录 , 要循环 T ×T次 ,若分割地形图为 n幅且适时剔除匹配注记记 录 ,最坏循环次数就减为 T / n ×T / n ×1 /2 ×n = T ×T / (2n) ,为 原来的 1 / (2n) 。图 2是在同一台 PC机上对不同地形图测试 的匹配时间 ,横坐标为分割后单幅图点数 ,以 1 /2比例递减 ,纵 坐标为匹配时间 ,完成总匹配时间也应以 1 /2比例递减。图中 单幅匹配时间不断减小 ,而点数在 2900 - 730时的总匹配时间 与 1 /2比例稳合 ,且在点数为 365时达到最小 80秒 ,考虑分割 耗时 ,最终分割图形单幅点数宜为 1000左右。 图 2　高程信息匹配时间比较 1. 3　D EM 建立 DEM的主要表示模型有离散点模型、等高线模型、断面线 模型、层次地形模型 (LOD ) [ 17, 18 ]、规则格网模型和 TIN 模 型 [ 19 - 21 ]。利用离散高程点 ,选择反距离内插模型构建规则格网 DEM ,高程点在 XO Y平面上投影为 D i ( xi , yi ) ,各自高程 zi ( i = 1, 2, ⋯, n) , P ( x, y) 为任一格网点 , d ( P, D i ) 为 P与 D i之间的 距离 , z值是 D i ( xi , yi ) 的 z值加权平均结果 , W i是权函数 ,影响 程度与距离成反比 ,则有下面建立 DEM模型 : z = ∑ n i =1 (W i·zi ) /∑ n i =1 W i　　 di ≠ 0 zi di = 0 (1) 经过高程信息提取与匹配后得到高程点 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 数据 ,将其转 换成为 shp格式后即可建立 DEM ,流程如图 3所示。 图 3　基于 DW G数据建立 DEM流程 2　W zjG IS系统实现 为了使利用 DW G数据建立 DEM的过程具有快速、方便、 易操作性 ,基于 AutoCAD ActiveX Automation与 A rcObjects二次 开发技术 ,在 V isual C#. NET中研发了 W zjGIS系统 ,不仅实现 了从 DW G数据提取并匹配高程点数据与建立 DEM的一体化 , 还设计了 3D浏览、场景设置与 3D分析等五大功能模块 ,如图 4 所示。数据输入负责加载 DEM源数据和纹理影像 , DEM生成 完成从 DW G中提取高程信息并生成 DEM ,场景设置主要设置 DEM及相关图层的显示 ,浏览显示提供三维地图基本浏览和查 询功能 , 3D分析可基于 DEM进行坡度分析、通视分析和等高线 生成。图 5为进行坡度分析的系统主界面。 图 4　系统功能结构 图 5　系统主界面 3　应用实例 以吉林省鹿乡镇为例 ,基于 1: 1万 DW G地形图建立 DEM , 并进行坡度分析。首先把地形图分割成 7幅处理图 ,利用提取 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　 44　　　 　　　 计算机应用与软件 2009年 高程点工具提取并匹配高程信息 (如图 6所示 ) ,图 6中 ( a)为 高程点提取界面 ,处理完全部图幅后 ,再将各幅数据合并到一个 数据表格中 ,如图 6中 ( b)所示。 ( a)提取并匹配高程点信息 ( b)生成的 DEM数据 图 6　基于 DW G数据生成 DEM数据 经人工检查无误后就可以利用生成高程点工具生成 Shape 格式数据 ,如图 7所示。图 8是基于 Shape高程点数据生成 的 DEM。 图 7　高程点数据 ( a)未加载纹理影像的 DEM ( b)叠加地表纹理后效果 图 8　鹿乡镇 DEM 图 8中 ( a)为未加载纹理影像的 DEM , ( b)是叠加地表纹理 后效果。基于 DEM进行坡度分析结果 ,从绿色到红色坡度递 增 ,可以看出北部坡度较小 ,大坡度集中在鹿乡镇西南 ,结合植 被覆盖率等数据可以进行水土流失等分析。 4　结束语 在 DW G数据中进行了高程点和高程注记的提取 ,为了加 快在大量 DW G数据中提取实体信息速率 ,提出了图形分割、图 层过滤、注记记录剔除与 GIS等关键技术 ,在高程信息匹配中采 用阈值 +最小距离原则和人工辅助方法 ,提高了匹配的效率和 准确率。基于提取后的离散高程点数据 ,建立了 DEM并实现了 坡度分析、通视分析及等高线绘制。基于 AutoCAD和 A rcGIS二 次开发技术在 VC#. NET开发了 W zjGIS系统 ,实现了上述功能 的一体化。并通过 W zjGIS系统 ,以长春市鹿乡镇为例 ,由 1: 1 万 DW G地形图数据建立了 DEM ,并进行了坡度分析、通视分析 和等高线绘制等 3D分析。 参 　考 　文 　献 [ 1 ] Fukue. Simp le DEM Generation Method form a Contour Image [ J ]. IAPPS, 1990, 28 (4) : 347 355. [ 2 ] 王家耀. 空间信息系统原理 [M ]. 北京 :科学出版社 , 2001. [ 3 ] 邬伦 ,刘瑜 ,张晶 ,马修军 ,韦中亚 ,田原. 地理信息系统———原理、 方法和应用 [M ]. 北京 :科学出版社 , 2001. [ 4 ] 周云轩 ,王磊. 基于 DEM的 GIS地形分析的实现方法研究 [ J ]. 计 算机应用研究 , 2002 (12) : 50 53. [ 5 ] Band L E. Topographic partition of watershed with digital elevation models[ J ]. W ater Resource Research, 1986, 22 (1) : 15 24. [ 6 ] Pilesjo P, Zhou Q, Harrie L. Estimating flow distribution over digital el2 evation models using a form2based algorithm [ J ]. Geographical Infor2 mation Science, 1998, 4 (1 - 1) : 44 51. [ 7 ] M iller C L, Laflamme R A. The D igital Terrain Model2Theory and Ap2 p lication[ J ]. Photogrammetric Engineering 24. 433 442. [ 8 ] Costa2Cabral M C, Burges S J. D igital elevation model networks (DE2 MON) : A model of flow over hillslopes for computation of contributing and dispersal areas[ J ]. W ater Resource Research, 1994, 30 ( 6) : 1681 1692. [ 9 ] 张立强 ,童小华 ,杨崇俊 ,刘冬林. 三维地形的动态生成及空间分析 [ J ]. 同济大学学报 , 2003, 31 (6) : 739 742. [ 10 ] Sharpnack D A, Akin G. An A lgorithm for computing slope and aspect from elevations[ J ]. Photogrammetric Survey, 1969, 35: 247 248. [ 11 ] Nomura J, Sawada K. V irtual Reality Technology and Its Industrial Ap2 p lication[ J ]. Control Engineering Practice, 1999, 7: 1381 1394. [ 12 ] Lange E. The L im its of Realism: Percep tions ofV irtualLandscapes[ J ]. Landscape and U rban Planning, 2001, 54: 163 182. [ 13 ] 郭利华 ,龙毅. 基于 DEM的洪水淹没分析 [ J ]. 测绘通报 , 2002, 11: 25 30. [ 14 ] 钟世彬 ,郑贵洲. AutoCAD和 MAPGIS间的数据转换 [ J ]. 测绘科 学 , 2005, 30 (3) : 97 98. [ 15 ] 马文祥 ,金芳丽. 在 AutoCAD中实现高程信息的快速提取 [ J ]. 测 绘通报 , 2006, 3: 54 55. [ 16 ] 解云琳 ,彭明军. 用 Map Info快速提取高程点信息 [ J ]. 测绘通报 , 2003, 1: 48 50. [ 17 ] Losa A de la, Cervelle B. 3D TopologicalModeling and V isulisation for 3D GIS[ J ]. Computes & Graphics, 1999, 23: 469 478. [ 18 ] Kum ler M P. An intensive comparison of triangulated irregular net2 workes ( TIN s) and digital elevation models (DEM) [ J ]. Cartographi2 ca, 1994, 31: 1 9. [ 19 ] Garbrecht J,Martz L W. Grid size dependency of parameters from digit2 al elevation models[ J ]. Computer and Geosciences, 1994, 20 (1) : 85 87. [ 20 ] 吴立新 ,史文中. 地理信息系统原理与算法 [M ]. 北京 :科学出版 社 , 2003. [ 21 ] Lee D T, Schachter B J. Two A lgorithm s For Constructing a Delaunay Triangulation[ J ]. Int J of Computer and Information Science, 1980, 9 (3) : 219 242.