于ArcGIS10.0的河道地形高程数据处理方法

　　【摘要】ArcGIS作为地理信息系统平台的杰出代表，有着强大的地理处理功能。首先介绍了ArcGIS10.0地理信息系统平台和数字高程模型，介绍了ArcGIS常用的桌面应用程序，描述了通过ArcGIS10.0对河道地形高程数据进行处理的流程，并以存有河道测量点X坐标、Y坐标、高程值的EXCEL表格和数字高程模型作为数据源，结合实例对流程中的各个步骤进行了详细描述。通过河道测量数据函数法插值处理、数据读取和转换、空间分析工具中栅格计算器的使用等，实现了对河道地形高程数据的处理，给出了地形处理的结果并将其转换成标准的.dem格式，以方便在其他软件中使用。该种地形高程数据处理方法简单易行，且能够在一定程度上降低水利工程测量工作的时间和成本。
　　【关键词】ArcGIS；全站仪；数字高程模型；栅格数据；矢量数据
　　引言
　　随着IT技术的普及，地理信息的传播日益广泛，对社会经济生活的影响越来越突出。伴随着认知的深入，人们对地理信息质量的要求也越来越高。ArcGIS作为目前最流行的地理信息系统平台软件，主要用于创建和使用地图，编辑和管理地理数据，分析、共享和显示地理信息，并在一系列应用中使用地图和地理信息。
　　数字高程模型的出现是测绘技术的一大突破，用于地形测量中能够直观呈现立体的图形，其应用范围非常广，对于各种工程的计算和设计有着非常重要的作用。而数字高程模型中的高程地形数据往往需要根据实际测量情况进行处理和修正，本文介绍了一种通过ArcGIS桌面应用程序对高程地形数据进行修改、以产生河道的方法。
　　1ArcGIS10.0及数字高程地形简介
　　1.1ArcGIS10.0简介
　　ArcGIS10.0是美国Esri公司研发的构建于工业标准之上的无缝扩展的GIS产品家族。作为一个可伸缩的GIS平台，它的产品线家族涉及桌面、服务器、移动和Web应用等多个方面。
　　ArcGIS桌面是一套完整的专业GIS应用软件，它包含了一套带有用户界面的Windows桌面应用程序，如ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox、ArcScene、ArcGlobe等。它们通过对地理现象、事件及其关系进行可视化表达，构建特定的应用，可以实现任何从简单到复杂的GIS任务，如制图、数据管理、数据编辑、地理分析、可视化和空间处理等。
　　1.2数字高程模型简介
　　数字高程模型（DigitalElevationModel),简称DEM。它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(DigitalTerrainModel，简称DTM)的一个分支，可以派生出其它各种地形特征值。二者描述的内容有所不同，DTM描述的是包括高程在内的各种地貌因子，如坡向、坡度、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布；DEM描述的是零阶单纯的单项数字地貌模型，坡向、坡度、坡度变化率等地貌特性可以在DEM的基础上派生。可通过直接从地面测量、摄影测量、从现有地形图上采集等方式建立DEM。
　　2ArcGIS河道地形高程数据处理的流程
　　ArcGIS河道地形高程数据处理包括河道测量数据插值、读取，数据转换，栅格计算器处理，结果导出等多个方面，整个流程如图2-1所示：
　　在上图中，河道测量数据为Excel表格的形式，其中存有河道测量点的X坐标、Y坐标和高程值，处理流程描述如下：
　　1)对河道测量数据作插值处理，使得测量点更密；
　　2)通过ArcGIS读取河道测量数据，并将其导出为矢量数据；
　　3)根据上述河道测量点矢量数据绘制河道轮廓，并将其转换为栅格数据；
　　4)读取待处理的地形高程数据（.dem形式），并将其转换为栅格数据；
　　5)利用ArcToolbox空间分析工具中的栅格计算器对河道轮廓栅格数据和地形高程数据（已转为栅格数据）进行处理。
　　6)将地形高程数据处理的结果（栅格数据）导出为TIF数据。
　　3ArcGIS河道地形高程数据处理的实现
　　上一节中简要介绍了ArcGIS河道地形高程数据处理的流程，接下来对该流程中的各个步骤进行详细说明。
　　3.1河道测量数据插值处理
　　全站仪是水利工程测量工作中非常常用的一种测量工具，具有操作方便、准确率高的特点，能够有效地降低测量难度[4]。通过全站仪可以对选取的河道测量点进行测量，通常以Excel表格的形式保存测量点的X坐标、Y坐标和高程值。但是由于测量点选取过密会增加测量的时间和成本，选取太稀疏又会降低河道测量的精度。因此，测量结束后需要对测量数据进行插值处理。具体插值方法如下：根据已知点的X坐标和Y坐标，找出某段河道坐标的变化规律，计算出相应函数的系
　　图2-1ArcGIS河道地形高程数据处理流程
　　数，如正弦函数、余弦函数、一次函数、二次函数等，然后用函数法进行插值。
　　3.2河道测量数据读取
　　通过插值处理后，河道测量点已相对较密，更能精确的表示河道轮廓。接下来通过ArcGIS读取Excel表格中的河道测量数据，为了方便读取，表格中的每一列都应该有相应的列名。具体读取方法如下：
　　打开ArcMap，单击文件->添加数据->添加XY数据，在弹出的对话框中选择要添加的Excel工作簿和工作表，指定X、Y和Z坐标字段，并选择输入坐标的坐标系为WGS84坐标系。河道测量数据读取结果如图3-1所示：
　　图3-1河道测量数据读取结果
　　图3-1中显示的是正弦函数法插值的河道数据读取部分结果。到此，已将Excel河道测量点数据导入到ArcGIS中，但导入后的数据为只读事件的形式，需在内容列表中右键点击该事件，单击数据->导出数据，将其导出为点要素（矢量数据）的形式。
　　3.3河道轮廓绘制
　　上一小节中已成功读取了Excel表格形式的河道测量数据，并将其导出为点要素。但实际生活中的河道并非一些离散的点，因此，需要将这些离散的点按照一定的顺序连接起来，以形成完整的河道轮廓。具体做法如下：
　　打开ArcCatalog，在目录树中单击一个文件夹（接下来新建的文件将存放在该文件夹下），点击文件->新建->Shapefile，在弹出的对话框中输入新建文件的名称，选择其要素类型，可以是点、多点、折线、面、多面体，这里选择面，并定义其空间参考坐标系为WGS84坐标系。
　　打开ArcMap，单击工具栏中的添加数据图标，打开新创建的Shapefile面要素文件和3.2小节中导出的河道测量点要素文件。单击工具栏中的编辑器->开始编辑，选择面要素文件，并根据点要素文件中的点绘制出一个封闭的面，点击工具栏中的编辑器->停止编辑，完成河道轮廓的绘制，如图3-2所示：