地形晕渲作业方案200618.docx
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地形晕渲作业方案200618
（内部资料，请勿外传）
地形晕渲作业方案
天地图有限公司
2014年6月5日
版本信息
版本号
主要撰写者
完成时间
主要编写
内容
备注
V1.0
张二锋
2012-10-16
基于ArcGis软件地形晕渲的制作方案
V2.0
刘艳丽
2014-6-5
基于ArcGis软件地形晕渲的制作方案
名称由“ArcMap地形晕渲效果制作_V1.0”更改为“地形晕渲作业方案_v2.0”，并更新了配图方案
前言
本方案版本号为V2.0。
本方案起草部门：
数据技术与质量部。
本方案主要起草人：
刘艳丽。
1范围
本文档适用于指导基于Arcmap的水深和陆地地形晕渲作业，适用的数据类型为25m、90m陆地DEM数据、1000水深DEM数据，适用的地图级别为1-14级。
2规范性引用文件
TDT-QB/X-33301影像数据生产流程
TDT-QB/X-33601-2012影像瓦片数据整合提交规范
TDT-QB/X-33402-2012ArcMap地形晕渲效果制作
3术语及定义
3.1DEM
即所谓的数字高程模型，是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。
数字高程模型DEM是表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的形式描述为：
=（
）
其中
是平面坐标，
是（
对应的高程。
当该序列中各个平面向量的平面位置呈规则格网排列时，其平面坐标可省略，此时DEM就简化为一维向量序列｛
i=1，2，…n｝。
3.2晕渲
晕渲是一种直观且具有艺术性的地形地貌表达方法，它应用阴影和明暗变化的原理，对地貌进行立体造型，靠阴、阳坡面的黑白反差来建立地貌的立体感。
3.3分层设色
分层设色是将地貌按高度划分为若干高程带，逐带设置不同且渐变的颜色表示地面起伏形态的方法，各带规定具体的色相和色调，称为“色层”。
3.4山体阴影图
由数字高程模型DEM数据依据晕渲（见3.2）的原理生成，是一种采用光线照射使地表产生反射的地面表示方法。
4前期准备
4.1数据收集
采用的数据情况详见如表4-1所示，数据具体情况以下章节详细介绍。
表4-1不同级别数据情况
陆地部分
水深部分
分辨率
90m
25m
1000m
使用级别
1-14级
13-14级
1-9级、补充1-9级陆地部分
覆盖范围
北纬60度至南纬60度之间
中国大部分
（除西南部分）
全球
4.1.1陆地数据
1）90mDEM
V1.0版SRTM90mDEM，由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量，共861幅，WGS84、16bit、tif格式，每经纬度方格一个文件。
覆盖北纬60度至南纬60度之间，地球80%以上的陆地表面，范围如图4-1所示。
图4-190mDEM覆盖范围
2）25mDEM数据
共9000多幅，为Gauss投影6度带、32bit、img格式，覆盖中国大部分区域（除西藏全部、新疆部分、青海部分外），范围如图4-2所示。
图4-225mDEM覆盖范围
4.1.2水深数据
SRTM30′（相当于1000m）分辨率的水深地形数据，共33幅，为WGS84坐标系、16bit、srtm格式，覆盖全球范围。
下载网址为
ftp:
//topex.ucsd.edu/pub/srtm30_plus/srtm30/data/
4.2技术方案
地形晕渲图是由数字高程模型DEM分层设色图与由高程模型DEM生成的山体阴影图叠加形成的，二者叠加使晕渲效果更美观、形象、更好的表现地貌特征，使用户对总的地势起伏和地貌的整体格局、各区域主要山脉、主要地貌的立体形象以及次要的地貌及其碎部的形象具有更立体的感官感受。
4.3软、硬件准备
软、硬件使用情况如表4-2所示：
表4-2软、硬件列表
序号
软、硬件名称
设备类别
型号
（或版本号）
备注
1
ArcGis
软件
10.1版
VBA拼合raster工具
软件
基于ArcGis9.3用VBA开发的程序
2
GeoGlobeDataManager
软件
4.5版
3
台式计算机、服务器
硬件
Lenovo型号
5制作流程
图5-1地形晕渲制作流程图
a）数据准备
对原始数据进行投影转换、拼合等数据处理工作，以便于进行后续的配图、切图工作。
b）配图
按照设计方案，对DEM进行配图，主要分为高程分层、设色两部分工作。
高程分层依据地形显示效果，将高程划分为不同分层，并在此基础上将各个分层设置为不同的显示颜色，为设色过程。
c）切图
将完成配图的数据运用arcgis等软件生产成符合天地图编码规则的瓦片数据。
6地形晕渲制作
6.1数据准备
6.1.1DEM数据
6.1.1.11-7、10-12级陆地数据
a）北纬60度至南纬60度采用90米分辨率
1）数据概况
数据在北纬60度至南纬60度之间,覆盖地球80%以上的陆地表面,覆盖范围如图6-1所示。
图6-190米分辨率陆地数据分布图
2）拼合数据
将数据拼合为10块数据，保证每块数据量在10G-20G，以利于生产使用。
在如图6-2（编号为1-10的图块）所示，具体操作如下。
图6-21-12级陆地数据分布图
用VBA拼合raster工具，将所有分幅数据拼合为10大块。
打开Raster合并.mxd工程，为了快速加载影像，先在工程中设置，不建立金字塔，在Tools菜单下单击Options，在弹出的对话框中设置金字塔的选项中勾选“Neverbuildpyramidsanddon’tpromptinthefuture”，单击“确定”，设置完成，如图6-3所示。
图6-3栅格文件加载设置
把所有Raster文件加载进来，点运行键。
制定输出文件格式（不加扩展名为Grid格式，Tiff格式上*.tif，IMG格式上加*.img即可）。
在弹出的对话框中，覆盖方式默认“直接覆盖”在成果文件框里面设定输出文件路径，输出为.img格式，如图6-4所示。
图6-4Raster合并设置
b）北纬60度以北采用1000m（30′）水深DEM数据补充
范围如图6-2所示编号为11的图块，按照范围框用ArcMap裁切拼合后的水深数据（拼合方法见6.1.1.41-9级水深数据），具体操作如下。
ArcToolbox中选择DataManagementTools→Raster→RasterProcessing→Clip，如图6-5所示设置输入数据、输出范围框（shp格式）、输出数据路径及名称。
图6-5设置Clip输出参数
单击图6-5中的“Environments”设置输出环境，如图6-6所示，将金字塔重采样方式Pyramidresampling设置为“BILINEAR”。
图6-6设置输出环境
6.1.1.28-9级陆地数据
实际生产中8-9级采用由90mDEM抽稀成的250mDEM，具体操如下。
右击转换后的ArcGis栅格数据，选择“Data”,选择“ExportData”，如图6-7所示。
图6-7输出img格式
设置输出路径、名称及格式，将输出像元大小设置为“CellSize（cx,cy）”设置为0.023（单位为度），如图6-8所示。
图6-8输出img格式参数设置
6.1.1.313-14级陆地数据
a）13-14级原始数据概况
13-14级数据覆盖全国范围，包括25mDEM、90mDEM两种数据。
1）25mDEM
中国大部分区域（除西藏全部、新疆部分、青海部分外）大部分采用25mDEM，范围如图6-9所示。
2）90mDEM
中国西藏全部、新疆部分、青海部分采用90mDEM补充，范围如图6-9所示。
图6-913-14级陆地数据覆盖范围
b）13-14数据预处理
需对数据25mDEM进行预处理，转换为WGS84坐标系、16bit、img格式，并进行拼合后作为切图用原始数据，预处理过程如图6-10所示。
图6-1025mDEM预处理
1）投影转换
在ArcGis9.3中进行投影转换，以脚本方式进行批量转换，首先将运行单个文件投影转换程序，复制脚本，并将脚本文件重复复制，其次修改相关设置参数后运行批量转换脚本，具体过程如下。
第一步：
运行单个文件投影转换程序，复制脚本
如图所示，单击
打开ArcToolBox，单击“ProjectRaster”，打开投影转换界面，如图6-11所示
图6-11投影转换功能按钮
设置参数，如图6-12所示，
参数一：
设置输入栅格文件“InputRaster”
参数二：
输入文件的坐标系InputCoordinateSystem为，为默认值
参数三：
设置输出栅格OutputRasterDataset，填写名称及数据格式，要求为img格式
参数四：
输出坐标系“OutputCoordinateSystem”为WGS84
参数五：
设置“ResamplingTechinque”为“BILINEAR”
图6-12设置投影转换参数
单击图6-12中的“Environments”设置输出环境，如图6-13所示，将金字塔重采样方式Pyramidresampling设置为“BILINEAR”。
图6-13设置输出环境
单击OK，运行程序，如图6-14所示，在弹出的程序窗口中复制运行脚本，将复制的脚本保存为txt格式。
图6-14投影转换程序运行窗口
编辑保存的txt文本，重复复制命令行，并修改对应的输入数据、输出数据名称及格式，如图6-15所示。
图6-15投影转换脚本
第二步：
运行批量脚本，批投影转换
在菜单栏上选“Window”,选择Commandline，将重复复制后的命令文本复制到“Commandline”上，回车，运行批量投影脚本，如图6-16所示。
图6-16运行批量投影转换脚本
2）拼合数据
直接拼合数据有黑边，可先将数据拼合为ArcGis栅格格式，然后再输出为img格式，具体操作如下。
第一步：
将数据拼合为ArcGis栅格格式
在ArcToolBox中单击“MosaictoNewRaster”,设置输出参数，如图6-17所示
参数一：
设置输入栅格文件“InputRaster”
参数二：
设置输出路径“OutputLocation”
参数三：
设置输出栅格数据集名称及格式“RasterDatasetNamewithExtension”
参数四：
设置输出的空间坐标系“SpatialReferenceforRaster（optional）”为“WGS84”
参数五：
设置输出像素类型“PixelType”为“16_bit_signed”
参数六：
输出波段数“NumberofBands”为“1”
图6-17拼合数据
第二步：
将ArcGis栅格格式输出为img格式，如图6-7所示，右击转换后的ArcGis栅格数据，选择“Data”,选择“ExportData”，在弹出的对话框中设置输出路径、名称及格式，如图6-8所示。
6.1.1.41-9级水深数据
采用SRTM30′（相当于1000m）分辨率的水深地形数据，覆盖全球范围，共33幅，为16bit、srtm格式，详见4.1.2水深数据
需对数据进行预处理，才能用于数据生产，过程如图6-18所示。
图6-18水深数据拼合
预处理的高程分如下两步：
第一步：
原始数据拼接
将原始拼接为一整幅，同时转换为tif格式
第二步：
扩展拼接
由于拼接后数据直接切图后，在线循环显示有白色缝隙，如图6-19所示，故将拼接后数据分别左移、右移360度，生成两幅平移数据，并将两幅平移后的数据与原拼接数据拼接后数据进行拼接。
图6-19在线循环显示有白色缝隙
数据预处理具体操作如下。
a）将原始数据拼接为一整幅，同时转换为tif格式
用GlobalMapper13将数据拼合成一幅数据，具体过程如下。
第一步：
加载数据
将全部数据以拖拽的方式加载至GlobalMapper中。
第二步：
输出数据
启用输出高程数据功能，如图6-20所示，在菜单栏“File”中选择“ExportElevationGridFormat”。
图6-20启用输出高程数据功能
选择输出格式为GeoTIFF格式，如图6-21所示
图6-21选择输出格式
在弹出的对话框单击OK,确认使用当前的投影方式，如图6-22所示
图6-22投影方式确认
设置输出参数，设置输出文件形式“FileType”为“Elevation（16bitinteger）”，选中“GenerateTFW（World）F”输出坐标文件，如图6-23所示。
图6-23设置输出参数
在弹出的对话框中选择输出路径，如图6-24所示。
图6-24选择输出路径
b）扩展拼接
1）生成左平移360度数据
将拼接后数据向左移动360度，生成左平移后数据，具体操作如下。
ArcToolbox中选择DataManagementTools→ProjectionsandTransformations→shift，如图6-25所示。
图6-25shift功能项
如图6-26所示，设置输入数据、输出数据路径及名称，向左平移360度，可设置横向平移（单位为度）设置为360度、纵向平移（单位为度）为0。
图6-26输入平移输出参数
2）生成右平移360度数据
将拼接后数据向右移动360度，生成右平移后数据，具体操作参见向左平移，如图6-26所示，向右平移360度，可设置横向平移（单位为度）设置为-360度、纵向平移（单位为度）为0。
3）拼接三幅数据
用GlobalMapper对左、右平移后的数据与原拼接数据拼接后（共三幅）数据进行拼接，具体操作参见“a）将原始数据拼接为一整幅，同时转换为tif格式”。
6.1.2Hillshade图层制作
由DEM数据生成Hillshade数据，覆盖范围同DEM数据，具体操作如下。
a）加载空间分析模块
ArcMap的工具栏空白处单击右键，在SpatialAnalyst前打“
”，加载空间分析模块。
b）启动生成阴影图功能
选择“SpatilAnalys”→“SurfaceAnalysis”→“Hillshade”，如图6-27所示。
图6-27Hillshade分析菜单路径
c）设置参数
在弹出的对话框中设置输入文件，如图6-28所示，保持前两项保持默认值分别为315和45，zfactor参数设置如下：
1）陆地部分
1-9级为0.00001、10-14级为0.00001。
2）水深部分
1-7级为0.00001、8-9级为0.00002。
图6-28Hillshade输出选项设置
6.2高程分层
6.2.1陆地部分
表现基本陆地地表形态,将高程划分为46层,具体划分见附表1陆地高程RGB色值表,具体操作如下。
1）加载数据
在ArcMap中加载dem文件，双击列表框中的dem弹出“LayerProperties”对话框
2）打开分层界面
在“Show”中选择“Classified”，在右侧“Classification”组合框中单击按钮，弹出“Classification”对话框，如图6-29所示。
图6-29LayerProperties界面
3）设置分层数
在分类方法Method的下拉列表中选择“EqualInterval”（等分）方法。
在“Classes”中填入46（将全球dem高程分为46个等级,见附表1陆地高程RGB色值表），将高程分为46层，如图6-30所示。
4）设置分层高程值
在“BreakValues”中双击高程值，使处于编辑状态，根据需要输入新的高程值，如图6-30所示。
图6-30高程分层
6.2.2水深部分
表现基本水深地表形态，将高程划分为18层，具体划分见附表2水深高程HSV色值表，具体操作同陆地部分。
6.3设色
6.3.1色彩方案
6.3.1.1陆地部分
各级别采用同一色彩方案，分成6个色系，高程值的RGB色值表见附录1，色系与高程对应关系如表6-1所示：
表6-1高程与色系对应关系表
编号
色系
起始高程
分段高程
高差
颜色
分层数
面积比重
（最高值为10）
1
蓝绿色
-277
28.00
-305
1
10
2
28.00
299.00
-271
9
3
240.00
624.00
-384
4
4
黄绿
624.00
1382.00
-758
6
7
5
黄色
1382.00
2973.00
-1,591
6
6
6
土黄色
2973.00
4085.00
-1,112
4
5
7
红褐色
4085.00
5392.00
-1,307
11
6
8
浅灰-白色
5392.00
8806.00
-3,414
5
3
共计
46
具体操作如下：
在“LayerProperties”中双击高程对应的“Symbol”列项，根据高程值，设置相应的RGB色彩，如图6-31所示。
图6-31设置高程值对应颜色
6.3.1.2水深部分
水深部分以蓝色为主，南极部分为白色，并配合陆地部分颜色，操作见“6.3.1.1陆地部分”，具体色值表详见附表2水深高程HSV色值表。
6.3.2显示参数设置
6.3.2.1陆地部分
a）DEM图层显示参数设置
设置DEM图层“Display”显示参数对比度（contrast）为5%、亮度（Brightness）为5%、透明度（Transparence）为70%，具体操作如下。
双击该DEM图层，在弹出的“LayerProperties”中选择“Display”选项卡，设置对比度（contrast）、亮度（Brightness）、透明度（Transparence）三项参数，见图6-32所示。
图6-32设置“Display”参数
b）Hillshade图层显示参数设置
①Hillshade图层“Display”参数对比度（contrast）、亮度（Brightness）、透明度（Transparence）的设置，参数见表6-2，具体操作同DEM图层“Display”参数设置，如图6-32所示。
②Hillshade图层“symbology”选项卡设置拉伸方式StretchType及系数n设置，参数见表6-2，具体操作如下。
双击该Hillshade图层，在弹出的“LayerProperties”中的“symbology”选项卡，选择拉伸方式Stretch→Type，并输入对应系数n,如图6-33所示。
图6-33设置拉伸方式及系数
表6-2陆地Hillshade图层显示参数
级别
Display
Symbology
对比度
（contrast）
亮度
（Brightness）
透明度
（Transparence）
StretchType
n
1-9级
20%
20%
0%
StandarDeviation
16
10-14级
20%
15%
0%
StandarDeviation
8
6.3.2.2水深部分
a）DEM图层显示参数设置
DEM图层对比度（contrast）、亮度（Brightness）、透明度（Transparence）设置，分别为10%，5%，50%，具体操作见“6.3.2.1陆地部分a）DEM图层显示参数设置。
”
b）Hillshade图层显示参数设置
1）Hillshade图层“Display”参数设置
Hillshade图层“Display”参数对比度（contrast）、亮度（Brightness）、透明度（Transparence）设置参数见表6-3，具体操作见“6.3.2.1Hillshade图层显示参数设置”，如图6-32所示，参数见表6-2。
2）HillshadeHillshade图层“symbology”参数设置
HillshadeHillshade图层“symbology”选项卡设置拉伸方式StretchType及系数n设置，参数见表6-3，具体操作见“6.3.2.1Hillshade图层显示参数设置”。
表6-3水深Hillshade图层显示参数
级别
Display
Symbology
对比度
（contrast）
亮度
（Brightness）
透明度
（Transparence）
StretchType
n
1-4级
0%
0%
0%
Minimum-Maximum
—
5-7级
0%
20%
0%
StandarDeviation
12
8-9级
0%
0%
0%
Minimum-Maximum
—
6.4保存模板
完成DEM颜色、显示参数设置以及Hillshade显示参数设置后在ArcGis10.1中保存mxd文档文件，作为模板文件。
根据数据情况及颜色设置、显示参数设置情况，陆地部分和水深部分可保存为以下几个模板，如图6-34、6-35所示。
图6-34陆地部分配图模板
图6-35水深部分配图模板
6.5切图
6.5.1切图方案
6.5.1.1工具选择
采用ArcGis、GeoGlobeDataManager两种切图工具。
ArcGis切图效率较高，但会较切图范围外扩，由于本次切图采用分块切图的方式，同块数据Hillshade图层较DEM图层小一个像元，ArcGis切图后接边处有绿线，如图6-36所示，故接边处采用GeoGlobeDataManager进行切图。
图6-36接边处有绿线
6.5.1.2切图范围划分
ArcGis、GeoGlobeDataManager切图范围如图6-37所示。
图6-37ArcGis、GeoGlobeDataManager切图范围分布
6.5.2ArcGis切图
6.5.2.1切图过程
选用ArcGis切图，切图过程如下。
a）数据准备
mxd格式模板文档文件、shp范围框、原始数据
b）加载原始数据
打开mxd格式模板文档文件，加载DEM分层设色数据、山体阴影图，具体操作如图6-38所示,在对应的数据层右键，打开“LayerProperties”,单击“SetDatasorce”并在“Browse”对话框中选择对应路径下的数据。
图6-38加载数据
c）发布服务
1）添加数据源路径
在ArcCatalo
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