Question

CAD智能标注高程怎么使用

Answer 1

【摘要】综 合运用R2V、CAD与ArcMap三个工程设计与地理信息系统软件，对某原始矢量地形图进行处理，以生成该地区的数字高程。首先，在 CAD中对地形图进行等高线图层分离，将等高线图层保存为一个单独的文件；然后，将该等高线文件转换为R2V支持的DXF格式，并在R2V环境中完成等高线破断连接与批量赋高程值操作；再然后，将数据保存为CAD的DXF格式，进行坐标校正，同时对R2V中不能处理的粘连问题进行解决；最 后，在ArcMap中使用处理后的等高线图层建立数字高程，并进行光线照射角、视角设置、渲染（分级显示）与3D分析等一系列操作，以使数字高程达到良好的视 觉效果与3D分析效果。在此过程中，充分发挥了三个软件的功能，有效的完成了数字高程的建立与3D分析，为技术人员提供了参考。 【关键词】R2V；CAD；ArcMap；等高线；DEM模型；3D分析 1 引言 20世纪90年代以来，随着计算机工程设计与地理信息系统科学的飞速发展，尤其是地学领域的问题研究对空间3D数据的需求越来越大，数字高程（Digital Elevation Model，DEM模型）作为一种良好的空间3D数据已经广泛应用于地学的多个领域[1～13]。因此，如何有效地利用多种多样的数据源建立良好的区域数字高程数据是一个值得去深入研究的问题。国内外一些研究与技术人员针对某些数据源开展过一些建立数字高程的方法研究与实践工作[14～23]，但是测量方法与数据源获取方法的多样性决定了数据源的多样性，也决定了这些研究方法并不能对所有的数据源建立数字高程进行研究。因此，本文针对测量人员提供的原始地形图数据等高线破断与无高程属性等特点，综合使用R2V、CAD与ArcMap三个工程设计与地理信息系统软件，对运用此类数据源建立数字高程的问题进行方法研究与实践，并对建立的数字高程进行简单的3D分析。 2 工具软件介绍 2.1R2V R2V[24]全称Raster2Vector，是美国Able Software公司在测绘、制图与GIS领域类的高级栅格图矢量化软件系统。该软件系统地将强有力的智能自动数字化技术与方便易用的菜单驱动图形用户界面有机地结合到Windows NT环境中，为用户提供了全面的自动化栅格图像到矢量图形的转换，它可以处理多种格式的栅格（扫描）图像，是一个可以用扫描栅格图像为背景的矢量编辑工具。由于该软件良好的适应性与高精确度，其非常适合于GIS、地形图、CAD及科学计算等应用。 2.2 CAD CAD[25]是美国Autodesk公司推出的专业绘图软件。其作为一种计算机辅助设计与制图工具，其因易学易用及强大的图形编辑、二次开发功能而广泛应用于很多测绘生产部门及设计部门。而且，CAD可以有效地与其它GIS软件进行数据格式转换。 2.3 ArcMap ArcMap[26]是美国国家环境系统研究所（Environment System Research Institute，ESRI）开发的新一代GIS软件，是世界上应用最广泛的GIS软件之一。ArcMap是一个开放的地理信息处理平台，具有强大的地理数据管理、编辑、显示与分析等功能。它主要由ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox、ArcScene与ArcGlobe等多个功能子系统组成。ArcMap具有制图编辑的高度一体化、便捷的源数据管理、灵活的定制开发及强大的空间分析功能等特点。 3 数据源特点与处理目标 数据源为测量人员提供的原始地形图数据，具有以下特点：①数据源为CAD软件的DWG格式文件的矢量图形；②包括两个等高线图层与其它若干要素图层；③等高线破断严重（图1）；④由于在最初制图的时候仅考虑二维设计的需要，并没有考虑要建立数字高程并进行3D分析，因此地形图中高程属性仅仅是以标注文本的形式显示在平面图上，等高线并没有高程属性值，也没有高程属性字段。因此，在建立数字高程前需要对其进行一定的处理。 图1 原始等高线图层 原始地形图为矢量图形，与对栅格图像进行矢量化的工作不同，对栅格图像进行矢量化工作是通过具有矢量化功能的软件（如R2V、MapGIS、CAD、ArcMap与VPStudio等）将栅格图像转化为矢量图形，可根据实际情况采取自动矢量化、交互式矢量化与手工矢量化三种方式。而此数据源本身就是矢量图形，所以必须寻求其它的方法对其进行处理。 建立数字高程需要的数据源是具有高程属性字段与高程值的等高线图层，而且要在坐标上与地形图相互匹配。因此，本研究要解决的主要问题与图形处理目标就是对严重破断的等高线进行连接，并创建高程属性字段，对高程属性进行赋值。 4 工具软件的选择原因 随着GIS技术的迅猛发展，GIS技术与计算机辅助地图制图技术在社会各领域的应用越来越广泛，众多的GIS软件为满足专业的需要而产生，带动了制图软件的发展。一般的制图软件均能够进行矢量化工作，而且软件之间可以进行大部分数据格式转换以进行数据共享[27～30]。 在选择图形处理软件的问题上，考虑到此类问题的特殊性，要求软件要具备方便而强大的编辑能力，批量属性赋值能力、创建数字高程与3D分析能力。因为软件的功能都有侧重，无法同时兼备这些功能，所以综合考虑了几种图形处理软件（如R2V、MapGIS、CAD与ArcMap等）之后，最后选择综合使用R2V、CAD与ArcMap来处理该问题。 原因包括如下方面：①R2V的图像校准功能出色，允许用户选择变换的数学模型，如双线性法、三角网法等，但该软件只能在矢量化后才能进行坐标纠正，必须借助其它软件(如CAD)查看定向精度[31]；②CAD编辑功能简便、高效，但是处理破断线连接的问题操作很复杂。运用CAD虽也可以将破断的等高线连接起来，但是处理过程复杂，要使用较多的命令，工作效率低，远没有R2V方便。对数据量较大的地形图来说，用CAD来完成这一任务是很不现实的。而用R2V处理连线非常简单高效，只要一个命令，一次操作即可；③用CAD对等高线赋予高程属性值，只能够逐条进行赋值，效率低下，而R2V可以进行等高线批量赋值；④CAD可以对R2V无法处理的粘连问题进行处理；⑤虽然ArcMap的编辑与制图功能不如CAD，但是作为地理信息系统的领军软件，用它可以弥补R2V与CAD不能建立数字高程的缺陷，它的空间分析，包括3D分析功能很强大，可以在ArcMap环境中根据处理后的等高线生成数字高程，然后对数字高程进行设置阳光照射方位角与高度角、渲染（分级显示）及3D分析等一系列操作，以达到良好的视觉效果与3D分析效果；⑥三个软件可进行数据格式转换。以上原因说明了R2V、CAD与ArcMap这三个软件在功能上具有互补性，这是考虑综合使用它们的原因。 5 处理流程与具体方法 5.1 处理流程 本文研究内容包括数据源的前处理、数字高程的创建与分析，介绍如下：①在CAD中将等高线要素分离出来，即每一幅平面图做成等高线图层与要素图层二个文件；②将等高线图层导入到R2V软件中，在R2V环境中对等高线进行等高线的破断连接与高程赋值操作，再导出为CAD格式的文件；③在CAD环境中，对这二个文件进行粘连整理与等高线异常检查，并对坐标进行配准，以使创建的数字高程与要素图层精确叠加；④在ArcMap环境中，使用ArcToolbox对处理后的地形图进行数字高程创建；⑤使用ArcToolbox中的空间分析与3D分析工具对创建的数字高程进行山体阴影分析（光照与渲染）、坡向分析、坡度分析、曲率分析与剖面分析等操作。工作流程图见图2。 图2 工作流程图 5.2 具体处理方法 在CAD环境下，将非等高线图层复制到一个新的图件下，然后进行坐标配准与保存，这样就获得了非等高线图层。 对于等高线图层，需要将图件在CAD环境下打开，保留等高线图层。另存为CAD下的新文件，导入到R2V中，在R2V中解决连线问题与高程赋值问题。再导入到CAD中对等高线的粘连进行处理与修饰等操作，然后进行坐标配准，保存，具体步骤如下。 （1）等高线破断连接的处理。在将保留的等高线图层文件导入到R2V的过程前，需转换文件的格式。CAD环境下，可将图件另存为8种格式（图3）。经过实践，其中R2V支持的只有CAD R12／LT2 DXF(*.dxf)格式在将文件格式转换为可供R2V使用的格式后，打开R2V主界面，选择“File”→“New Workplace”打开一个新工作区；然后，选择“File”→“Import Vector…”，选择DXF格式，将刚才在CAD环境下保存的等高线文件导入到R2V中进行处理；进行编辑处理，将断开的等高线连接，在R2V中处理此类连线问题非常方便。 图3 CAD能够保存的8种格式 （2）等高线高程赋值。对等高线赋高程值无需一条一条的处理，在进行破断线连接处理后，使用R2V中的“Label Contours”命令可以对等高线进行批量赋高程值。点击“Label Contours”命令后，在等高线上拉一条线段跨过准备赋值的等高线，就会弹出等高线高程值输入对话框（图4），上面显示的信息为跨过的等高线数目，两个数值输入框分别为第一条等高线的高程值与相邻等高线高程增量。输入第一条等高线高程值与高程增量后点击“OK”，就对线段跨过的所有等高线赋值了。 图4 等高线高程值输入框 R2V对输入高程值后的等高线颜色作了变化处理，这样可以方便的看出来哪些已经被赋予了高程值，哪些还没有。全部的等高线都赋予高程值之后，选择“File”→“Import Vector…”，选择DXF格式保存，将数据导出。 （3）在CAD中进行粘连检查。等高线过密的时候，在R2V中会出现无法解决的粘连问题，不符合实际而且影响美观，在应用的时候可能还会出现不可预知的错误。这一问题在CAD中可以得到解决。在CAD中打开R2V处理后的DXF文件，将其中粘连的等高线拉开，移动位置至正确的坐标，保存为DWG格式文件即可。等高线图层经过上述一系列的处理之后，严重破断的等高线被连接起来，并赋予了高程值（图5），这样就完成了创建数字高程的等高线数据的前处理工作。 图5 处理后的等高线图层 6 数字高程的建立与后处理 ArcMap具有一个能为3D可视化、3D分析以及表面生成提供高级分析功能的扩展模块3D Analyst，可以用它来创建动态3D地形与交互式地图，从而更好地实现地理数据的可视化与分析处理。3D Analyst扩展模块的核心功能可以通过ArcMap的“3D Analyst”工具条与ArcToolbox下“3D Analyst Tools”工具箱中的工具获得，使用其包含的功能可以创建数字高程，可以对数字高程进行空间分析与3D分析操作[26，32]。 6.1 创建数字高程 ArcMap 3D分析模块采用表面表示法来建立3D模型，数字高程是从等高线图层中创建的。等高线在CAD的高程属性值为3D模型中的Z值。创建区域数字高程的步骤为：①选择ArcToolbox→“3D Analyst Tools”→“Raster Interpolation”→“Topo to Raster”工具；②选择要等创建数字高程的等高线图层为输入图层，准备创建高程的字段选择Elevation；③设置输出象素大小，设置输出路径及名称，最后开始创建数字高程。高程在图上按12级显示，结果见图6。 图6 区域DEM模型（m） 6.2 山体阴影分析 使用山体阴影工具可使数字高程具有真实的视觉效果。山体阴影分析的步骤为：①选择ArcToolbox→“3D Analyst Tools”→“Raster Surface”→“Hillshade”工具；②选择创建的数字高程为输入图层，设置光线入射方位角（Azimuth）为315°，高度角（Altitude）为45°；③设置山体阴影分析结果的输出路径及名称，创建山体阴影结果栅格，结果见图7。 图7 区域山体阴影图 6.3 坡向分析 使用坡向分析工具可以创建区域坡向图。坡向分析的步骤为：①选择ArcToolbox→“3D Analyst Tools”→“Raster Surface”→“Aspect”工具；②选择创建的数字高程为输入图层；③设置坡向分析结果的输出路径及名称，创建坡向图栅格。坡向在图上按6级显示，结果见图8。 图8 区域坡向分布图（°） 6.4 坡度分析 使用坡度分析工具可以创建区域坡度图。坡度分析的步骤为：①选择ArcToolbox→“3D Analyst Tools”→“Raster Surface”→“Slope”工具；②选择创建的数字高程为输入图层；③设置坡度分析结果的输出路径及名称，创建坡度图栅格。坡度在图上按4级显示，结果见图9。 图9 区域坡度分布图（°） 6.5 曲率分析 使用曲率分析工具可以创建区域数值高程模型的曲率图。曲率分析的步骤为：①选择ArcToolbox→“3D Analyst Tools”→“Raster Surface”→“Curvature”工具；②选择创建的数字高程为输入图层；③设置曲率分析结果的输出路径及名称，创建区域曲率图栅格，结果见图10。 图10 区域曲率图 6.6 剖面分析 剖面分析通过ArcMap中的“3D Analyst”工具条上的工具可以完成，步骤为：①选择ArcMap→“3D Analyst”→“Interpolate line tool”工具，绘制切割剖面的位置（图11）；②选择ArcMap→“3D Analyst”→“Create Profile Graph”工具，生成剖面图（图12），可以对生成剖面图的属性进行设置以改变显示方式。 图11 剖面线位置图 距离/m(a) A－A’ 距离/m(b) B－B’ 图12 区域地形剖面图（剖面线位置见图11） 7 结论 （1）文章针对处理前地形图的等高线图层等高线破断与无高程属性的特点。选择R2V、CAD与ArcMap三个软件对其进行创建数字高程的数据前处理工作。 （2）分别在三个软件环境中完成不同的任务：在R2V中完成破断线连接与高程属性赋值；在CAD中完成图层分离与粘连处理；在ArcMap中完成数字高程的建立与3D分析的任务。 （3）在处理问题的过程中，实现了R2V、CAD与ArcMap之间数据格式的转换，利用三者功能的互补性，使它们在处理问题过程中有机的结合，使问题得到了有效的解决，为技术人员提供了参考。