Gis建模

摘自王增福硕士论文《》栅格数据有以下几种表示方法：（1）数字高程模型：如图3.2a对它的每个栅格像元来说，山体阴影图是根据太阳与局部表面的坡度之间的夹角来绘制模拟表面照明情况的阴影。（2）坡度图：图3.2b这幅地图表示的是某个地形的坡度图。红色表示的是陡峭的区域，绿色表示的是平坦的区域。（3）高程图：图3.2c这幅地图通过渐变颜色来表示高程。绿色栅格表示海拔较低，红色、品红色和白色表示的是较高海拔。（4）复合方式图：图3.2d这幅地图用渐变色和山体阴影一起表示高程。这种联合表示方法能创建一幅很具表现力的地图，它能同时表示高程和表面阴影。因此适用于作为边坡模型。图3.2栅格数据的表示3.1原始地形建模原始地形是指没有受到工程影响的自然状态下的地形，通常这种地形可以从相关地质部门得到原始地形图。在原始地形图中地形是以等高线方式表达。对于这种地形，相关地质部门都能够提供CAD文件，但是这种文件一般不能直接应用于GIS，必须进行前期的数据处理，比如：图层的筛选，坐标的转换等等。转换为GIS线型矢量数据格式后，一般数据分两种类型：一种是带高程的地形等高线，一种是没有高程的地形等高线。如果没有高程则需要投入一定的人力进行数据补充。GIS线型矢量数据准备好后即可进行原始地形建模，主要步骤为：（1）矢量数据转换为TIN（不规则三角网）；（2）TIN（不规则三角网）转换为Grid栅格数据。图3.3原始地形建模过程3.2工程切坡模型的研究图3.4工程切坡模型建立过程工程切坡后模型主要是根据从工程设计部门拿到的设计资料，如CAD图纸等，提取空间信息建立GIS三维面矢量模型。对于GIS三维面矢量模型，转换成用于边坡稳定性分析的Grid模型一般有两种方法：一种是矢量转成TIN，再由TIN转换为Grid；另一种是由矢量直接转换为Grid。第一种方法是通用的方法，对于直线、曲线、空间点、等高线、空间曲线来转换成Grid都适用，缺点是步骤比较多，对于外形有凹处的形状最后需要裁剪。第二种方法仅适用于边坡的平面矢量模型转换为边坡的Grid模型，这种转换的特点是步骤少、速度快、转换后不需裁剪，但是这种方法仅适用于填挖后的平台。在实际工程建模中，将这两种方法结合起来，效果会更好，如图3.4。3.3断层模型的研究对于范围比较小的地质断层，一般可以近似看成一个平面，对于空间的一个平面，只需要知道平面上一点和坡面的倾向倾角就可以确定平面。具体做法是先通过断层上露出的一点的空间坐标作出GIS中的一个空间点矢量文件，然后结合断层的倾向和走向制作断层平面的面矢量文件，最后由3.2中的第一种方法转换成Grid文件。转换过程见图3.5。图3.5断层面建立示意图（为演示直观已经隐藏上盘）3.4风化带和软弱夹层模型研究风化带和软弱夹层的信息一般由地质勘察人员提供，他们提供的信息一般为平面的钻孔布置图以及对应的钻孔数据。这些数据经过整理可得到GIS的空间点矢量数据。3.4.1TIN到Grid研究这些点矢量数据可以由3.2的第一种方式转换成Grid，但是转换研究中发现结果不是很理想，与实际情况明显不符，见图3.6。主要原因是点于点之间是直线连接，属于一次差值，导致结果平滑度不够，比较呆滞，因此对于风化带或者软弱夹层等建模，不建议使用这种建模方法。图3.6点到TIN，TIN到Grid的转换3.4.2差值方法研究要在GIS中创建表面Grid，就要用到空间分析的几个插值工具。插值是一个推测缺少采样点处的像元值的过程。它是基于空间自相关或空间依赖原理，即测量对象之间的关系和依赖性。图3.7对输入点的限制空间自相关决定了是否进行插值。如果进行插值，它会决定是否存在空间样品（spatialpattern）。这种关联用来测量：同一区域内对象的相似性、空间现象自相关的程度、变量之间相互依赖的层次和自相关的种类和强度。插值技术有两种：确定性插值和地统计插值。不同的插值方法总是会产生不同的结果。确定性插值是基于测量点或数学公式来创建表面。如反距离权重法是基于像元的相似程度，而趋势面插值适合通过数学函数定义的平滑表面。地统计插值技术如克立格插值是基于统计的，并且可用于更高级的表面建模预测，包括确定性和准确性的预测。输入点用来计算输出像元值，通过对输入点的限制，可以控制插值表面的特征。这可以通过限制采样点的数目或进行采样的区域来实现。指定采样点的最大值将会返回距离输出像元最近的点，直到达到最大数，如图3.7a。同样，指定固定半径则只会选择以输出像元中心为圆心，在半径距离之内的点，除非在半径之内没有足够的点，如图3.7b。GIS的空间分析模块提供了几个从点数据生成表面Grid的工具。Pointinterp、自然邻近法（Naturalneighbor）和趋势面（Trend）法以及TopotoRaster命令己经被加入到了反距离权重（IDW）、样条（Spline）及克立格（Kriging）内插法中，每一种方法都是用不同的途径来确定输出像元的值。要根据采样点的分布状况和研究的现象来决定最合适的方法。对于地质建模，如果已知地质资料有钻孔数据的话，建模宜采用通过空间点进行克立格差值，但是对于空间点的数目极少的情况下，则克立格差值的效果并不好，这时候样条曲线差值是满足要求的，空间差值的具体步骤如图3.15所示。图3.15风化带和软弱夹层建模示意图3.5属性模型的建立由于在GIS中，地质图层是通过栅格图层进行表现，栅格图层存储的只是高程信息，因此要表现地层的力学属性信息必须需要辅助模型。平面矢量图层的字段属性表提供良好的平台，以不规则多边形（Polygon）来约束表现范围，以多边形的字段存储属性，从而建立与地质空间模型相关联的属性模型，如图3.16。图3.16存储滑体力学参数的Polygon摘自《基于栅格数据的GIS空间分析算法及其软件实现研究》