计算机图形学中等值线
性质
从计算机图形学的角度讲,等值线图具有以下性质:
1)等值线通常是一条光滑连续曲线;
2)对于给定的某个高度值Zc,相应的等值线数量不止一条;
3)由于定义域是有界的,等值线可能是闭合的,也可能是不封闭的;
4)等值线一般不相互交错。
判断
从理论上讲,可以根据各个节点已知高度值拟合成一个三维光滑曲面 z =f(x,y),若用高度值为Zc的平面与该曲面相截,则全部交线在xy平面的投影即构成了高度值 Zc的等值线图。
等值线软件
由于等值线技术在科研和工程中得到越来越广泛的应用,等值线软件市场将不断发展。但是由于开发等值线软件的专业性强、难度大、周期长,目前国内外的已有软件尚有很多空白亟待填补,有较大的发展空间。
国外的等值线软件首推SURFER,美国Golden Software开发,等值线专用,简单易学,可以制作各类图表,提供12种插值方法,提供各种图像文件格式的输入输出接口,但是无法在线修改,无法和GIS和数据库连接,无法和其他系统连接,是目前主流的等值线产品软件。产品售价799美元/套。
此外,还有 MATLAB,美国,MathWorks公司开发;ARCGIS,美国ESRI公司开发; Tecplot,美国Tecplot公司开发的数据分析软件。这几款软件也具有等值线生成功能,但是,等值线仅仅是其中的一个小功能模块。这几款软件,如果购买正版,价格很高。
国内目前尚无专门的等值线软件。北京超图软件公司的superMap和武汉中地数码的Mapgis在其GIS产品中提供了等值线生成功能。
北京清流技术发展有限公司开发了一款专用的国产等值线软件conmas,功能比较强大。
Conmas可以根据散点数据进行插值,支持6种插值算法,生成格网数据,追踪生成等值线(面),并且可以在此基础上剪裁边界、绘制剖面图、计算特殊区域,在工程和科研领域具有广泛的用途。它具有以下特点:
1. 对散点进行可视化编辑,实现等值线的在线修改。
2. 支持shape、xls、dat、grd、bln等多种格式的文件导入导出。
3.支持边界剪裁和边界外扩,支持地图叠加。
4.支持二次开发,完美嵌入其它系统。
5. 多种插值算法,实现散点到网格数据的插值。
绘制等值线的原因
沿着某一特定的等值线,可以识别具有相同值的所有位置。通过查看相邻等值线的间距,可以大致了解值的分布层次。
下面的示例显示了输入高程格网和输出等值线地图。其中等值线较密集的区域表示较陡峭的位置。它们与高程较高的区域(在输入高程格网以白色表示)相对应。
输出等值线地图
等值线要素的属性表中包含了每条等值线的高程属性。
使用 ArcGIS 3D Analyst 扩展模块的等值线
等值线是许多人都熟悉的表面表示方式,场景中的许多应用都会涉及到等值线。通过等值线在要素表中的值来设置等值线的基本高度,可以在 3D 场景中显示等值线要素。场景中的等值线可增强地形的显示效果。以下示例显示的是叠加在地形表面模型上的等值线
如果不想对整个表面应用等值线,也可以创建单独的 3D 等值线图形。使用 ArcMap 和 ArcScene 中 3D Analyst 工具条上的创建等值线工具,可通过单击场景或地图中的表面来创建 3D 等值线图形。
可以使用单独的等值线图形来快速查找场景中的等值点。例如,您可以使用这些等值线来标记化学物浓度的阈值或填充水库的水位线。
可以在 ArcMap 和 ArcScene 之间复制 3D 等值线图形(如下所示),从而在地图上的 3D 场景中的地形图像与 2D 场景中的地形图像之间建立直观的对应关系。
简介
以一组相等数值的连线表示制图对象数量、特征的地图。简称等值线图。如年平均气温图、年降水量图。它是专题地图的重要图型,最先用于描述地形。常见的有表现地势起伏和地貌结构的等高线图与等深线图;表现气温、水温、地温变化的等温线图;表现大气降水量变化的等降水量线图;表现地磁、地震变化的等磁偏线图 、 等磁力线图 、等震线图。另外,还有等压线、等风速线、等日照线、等云量线、等湿度线、等密度线、等透明度线、等盐分含量线、等时线等图。通常等值线所代表的数值为整数。
等值线地图的编制,通常是在地理底图上标出制图对象的相对点位(测站)的数值,然后把数值相等的点联成圆滑曲线,勾画出制图对象的空间结构特征。等值线地图还常辅以分层设色,以提高地图的直观效果。如气温等值线图以红色表现温暖、灰紫色表现寒冷,突出冷暖地区的对比及其间的渐变关系,更形象地表现气温的区域变化。
等值线专题
1.坡度问题:?一看等高线疏密,密集的地方坡度陡,稀疏的地方坡度缓;二计算,坡度的正切值=垂直 相对高度/水平实地距离。
2.通视问题:通过作地形剖面图来解决,如果过已知两点作的地形剖面图无山地或山脊阻挡,则两地可互相通视;注意凸坡(等高线上疏下密)不可见,凹坡(等高线上密下疏)可见;注意题中要求,分析图中景观图是仰视或俯视可见。
3.引水线路:注意让其从高处向低处引水,以实现自流,且线路要尽可能短,这样经济投入才会较少。
4.交通线路选择:利用有利的地形地势,既要考虑距离长短,又要考虑路线平稳(间距、坡度等),一般是在两条等高线间绕行,沿等高线走向(延伸方向)分布,以减少坡度,只有必要时才可穿过一、两条等高线;尽可能少地通过河流,少建桥梁等,以减少施工难度和投资;避免通过断崖、沼泽地、沙漠等地段。
5.水库建设:要考虑库址、坝址及修建水库后是否需要移民等。①.选在河流较窄处或盆地、洼地的出口(即"口袋形"的地区,"口小"利于建坝,"袋大"库容量大。因为工程量小,工程造价低);②.选在地质条件较好的地方,尽量避开断层、喀斯特地貌等,防止诱发水库地震;③.考虑占地搬迁状况,尽量少淹良田和村镇。④还要注意修建水库时,水源要较充足。
6.河流流向:由海拔高处向低处流,发育于河谷(等高线凸向高值),河流流向与等高线凸出方向相反。
7.水系特征:山地形成放射状水系,盆地形成向心状水系,山脊成为水系分水岭。
8.水文特征:等高线密集的河谷,河流流速大,水能丰富;河流流量除与气候特别是降水量有关外,还与流域面积大小有关。
9.农业规划:根据等高线地形图反映出来的地形类型、地势起伏、坡度缓急、结合气候和水源条件,因地制宜地提出农林牧渔业合理布局的方案;如平原地区发展耕作业,山地、丘陵地区发展林业、畜牧业。
10.城市布局形态与地形:平原适宜集中紧凑式;山区适宜分散疏松式。
11.地形特征的描述:地形类型(平原、高原、山地、丘陵、盆地);地势及起伏状况;主要地形区分布;重要地形剖面图特征。
12.地形相关分析:
①地形成因分析:运用地质作用(内力作用--地壳运动、岩浆活动、变质作用、地震;、外力作用--流水、风、海浪、冰川的侵蚀、搬运、沉积作用等)与板块运动(板块内部地壳比较稳定,板块交界处,地壳比较活跃及板块的碰撞或张裂)来解释判读分析与地形有关的地理知识
②分析某地气候特点,应结合该地地理纬度,地势高低起伏,山脉走向,阴、阳坡,距离海洋远近等进行综合分析。
③河流上游海拔高,下游海拔低。结合河流流向判定地形大势,结合迎风坡、背风坡、降水状况、等高线高差及地貌类型的差异分析河流水文、水系特征。
④地形类型判读:第一步看等高线形状,等高线平直,则可能是平原地形或高原地形,等高线闭合,则可能是丘陵、山地或盆地;第二步看等高线的注记,平直等高线注记200米以下的地形可能为平原,平直等高线注记500米以上的可能为高原;闭合等高线注记内低外高的地形为盆地或洼地;闭合等高线注记外低内高,且注记在200--500米之间的地形为丘陵,注记在500米以上的地形为山地。在剖面图中判读地形类型,一定要看剖面形状和对应的海拔高度,方法可参照上述方法进行。