关于利用ArcGIS Map绘制地形剖面图方法的研究

摘 要 文章简要介绍了地形剖面图的应用领域和绘制方法，阐述了在ArcGIS Map中生成TIN和DEM数据并在此基础上生成地形剖面线图的应用。

关键词 剖面图;TIN;DEM

前言

地形剖面图指沿地表某一直线方向上的垂直剖面图，显示剖面线上地面地势起伏状况。直观地表现地面的起伏、地势的变化和坡度的陡缓，形象地显示出一个地区的地形类型及其特征。它广泛地应用在矿产资源勘查、平整土地、修筑渠道、建筑铁路、公路等工程领域，是一种不可或缺的测绘成果资料。

1地形剖面图的绘制方法

1.1 剖面图概述

剖面图亦称断面图，是沿地表某一既定方向的直线，将地表工程点、重要地物点和沿线的地貌形态按比例表示的一条曲线。可以直观反映该线上地形起伏和坡度陡缓。

剖面图是在利用实测地形三维数据或在等高线地形图的基础上按一定比例尺展绘成剖面图。

（1）利用全站仪或GPS-RTK等仪器设备实地测得既定剖面线上工程点、地物点、地形变换点的三维数据或到剖面图起始点的平距、高差。

（2）在既有的地形图基础上，根据图上的等高线、高程点等按照设计的剖面线解析的绘制剖面图。

剖面图测量和绘制是按一定的横向比例尺和纵向比例尺进行。展绘剖面图的水平比例尺叫横向比例尺，依其展绘各测点至剖面线端点之距离。为了真实显示剖面与地表交线（即剖面地形）的形状，在剖面图上展绘测点高程所采用的纵向（垂直）比例尺，一般与横向比例尺一致[1]。

1.2 剖面图绘制

传统的剖面图绘制是按给定的水平、垂直比例尺及剖面长度，将工程点、地物点、地形变换点到剖面线起点的平距、高差逐一展绘在图纸上。图纸上的方格网横线代表高程线（或深度线等），方格网纵线代表剖面长度（或剖面里程）。

习惯按“左西右东”的顺序来绘制剖面图，即剖面以西端点为起点，东端点为终点，逐次绘制。因此，剖面方位也总是从西到东为正向。若剖面恰好位正南北方向时，则按照“左北右南”的原则绘制。

剖面方位角一般注记在东端点的上方，在西端点上方注记剖面反向方位角。故西端点上方注记的方位总是在三、四象限内，东端点上方注记的方位是在一、二象限内。

在矿区勘探期间，正确地设计勘探工程的位置和加密勘探工程，都需要有剖面图作为依据，借以掌握各工程间相互关系和矿体变化情况。在矿产储量计算中，各条剖面线间距和同一剖面线上各勘探工程的间距，是控制矿体位置的基本数据。利用这些数据及从剖面图上量取的各局部矿体的厚度、倾角和长度等资料，便可进行储量计算。所以勘探剖面图是提交的矿区勘探报告及审査储量计算中的重要资料[2]。

本文讲述在Arcgis-MAP中利用不规则三角网（TIN）的数字高程模型（DEM）生成指定的剖面线。

1.3 数字高程模型（DEM）

地球表面高低起伏，呈现一种连续变化的曲面，这种曲面无法用平面地图来确切表示，于是我们就利用一种全新的数字地球表面的方法-数字高程模型的方法。数字高程模型即DEM（Digital Elevation Model），是以数字形式按一定结构组织在一起，表示实际地形特征空间分布的模型，也是地形形状大小和起伏的数字描述。

DEM有三种主要的表示模型：规则格网模型，等高线模型和不规则三角网。

不规则三角网（简称TIN，即Triangulated Irregular Network）是一种表示数字高程模型（DEM）的方法，它既减少了规则格网带来的数据冗余，同时在计算（如坡度）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。不规则三角网能随地形起伏变化的复杂性而改变采样点的密度和决定采样点的位置，因此它能够避免地形起伏平坦时的数据冗余，又能按地形特征点如山脊，山谷线，地形变化线等表示数字高程特征[3]。

TIN 表面数据模型由结点（Node）、边（Edge）、三角形（Triangle）、包面（Hull）和拓扑（Topology）组成。

在ArcGIS中，TIN 主要是通过矢量数据、栅格数据、Terrain数据集来创建。

2应用案例

我院承担了某地河流和水库管理范围划界实施项目工作，测量主要内容有

①平面地形测量：沿河地形条带图测量的比例不低于1∶2000，测量宽度一般为500m。②河道纵、横断面测量：沿河道中线按150的比例测量纵断面，并绘制河道纵断面图：沿河道每200～500m按1∶500的比例测绘横断面图[4]。

坐标系采用2000国家大地坐标，中央子午线为114°00′，

高程采用1985国家高程基准。

（1）在Arcmap中添加实测点测量数据文件或地形图矢量数据，运用3D Andlyst扩展模块—数据管理—创建TIN功能将实测数据的Shape文件转换成不规则三角网（TIN）文件。

（2）在3D Andlyst扩展模块—功能性表面—插值Shape文件导入设计剖面线或直接绘制剖面线。图中剖面线绘制方向应与生成剖面线的原则一致。选择剖面线，以不规则三角网（TIN）文件为输入地形表面生成剖面线成果[5]。

（3）成果可以方便快捷的导出图片和资料两种模式，图片包括JPEG、GIF、PNG、PDF等，资料成果包括或txt、XML、HTML文本、EXCEL等多种类型[6]。

3体会

（1）目前，大多数单位普遍用CASS软件的绘制断面图，方法有已知坐标、里程文件、等高线、三角网法等。主要是用全站仪或RTK实测地形数据或图上通过解析法获得的剖面数据生成的里程文件，需人工计算编制里程文件，工作量较大且烦琐;

（2）ArcMap中根据实测地形数据或矢量文件能快速的、批量的生成多条剖面线成果，成果图、表结合，也可快捷的导出剖面图的资料文件进行编辑生成CASS绘图软件的剖面图里程文件;

（3）ArcMap中的数字高程模型地形模型（DEM或TIN）能形象、准确的表示实地地面形态、地形陡缓，对照地形模型（DEM或TIN）很好地进行剖面线设计和布设的合理性、成果数据检查;

（4）數字高程模型地形模型（DEM或TIN）的精度取决于对地形起伏变化采样点的密度和采样点的位置，特别是地形特征点如山脊，山谷线，地形变化线等表示高程特征点的数据采集[7]。

参考文献

[1] 牟乃夏，刘文宝，王海银，等.ArcGIS10地理信息系统教程[M].北京：测绘出版社，2012：39.

[2] 江宝波，黄德芳.工程测量学[M].北京：地质出版社，1990：101.

[3] 邹斌文，马维峰，龙昱，等.基于ArcGIS的条带剖面提取方法在地貌分析中的应用[J].地理与地理信息科学，2011，（3）：46-48.

[4] 张琳.GIS地形分析中的应用[J].科学与信息化，2007，（7）：57.

[5] 成敏莹.GIS地形分析实例[J].中国科技信息，2012，（13）：47-48.

[6] 工程测量规范：GB50026-2007[S].北京：中国标准出版社，2007.

[7] 地质矿产勘查测量规范：GB/T18341-2001[S].北京：中国标准出版社，2001.

作者简介

焦宇瑞（1977-），男，山西长子人;毕业院校：太原理工大学，专业：测绘工程专业，工程师，现就职单位：山西省地质勘查局二一二地质队，研究方向：工程测量工作。