Photoshop和GIS综合应用实例研究

摘 要： 地理信息系统（GIS）具有强大的图形编辑分析和数据处理功能，photoshop图像处理软件广泛应用于各个领域，二者在制作立体图形方面各有优缺点。以洋口港为例，综合gis软件和Photoshop软件制作了DEM分层设色立体图，使成图立体效果更加直观，整体效果更加清晰，地形表达更加准确。该成果直接运用于沿海开发与港口建设工作，具有重要科学价值。

关键词： GIS； Photoshop； DEM； 洋口港

中图分类号：TP39 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）10-14-03

Integrated application research of Photoshop and GIS

Gao Minqin

（Dept.of Information technology，Fujian Vocational College of Agriculture， Fuzhou， Fujian 350000， China）

Abstract： GIS has powerful graphics editing analysis and data processing function. Photoshop image processing software is widely used in various fields. They both have advantages and disadvantages in terms of making 3d graphics. GIS software and Photoshop software are integrated to make DEM layered 3d graph. The figure 3d effect is more intuitive， the overall effect is more clear. The terrain is expressed more accurate. The research results has been directly applied to coastal development and port construction， which has important scientific value.

Key words： GIS； Photoshop； DEM； Yangkou port

0 引言

Photoshop图像处理软件已被广泛应用于各个领域，它能够对图像和图形进行合理科学的处理，操作简单易懂，性能良好，为用户的操作使用提供了便利，大大提高图像处理效率，且效果显著[1]。地理信息系统（GIS）是具有多层次数据结构，多功能综合分析能力的空间型信息系统[2]。计算机和GIS技术的快速发展使GIS软件具有了强大的图形编辑分析和数据处理功能，水下地形图数字化和数字高程模型 （DEM） 的生成与叠合分析成为水下地形分析的一种趋势[3-6]。

应用GIS软件的空间数据处理与分析功能，将海图资料数字化后建立DEM，可以直观地展示洋口港的地形、地貌，同时为各种地形特征的定量、定性分析以及不同类型专题图的制作提供基本数据。由于海图测量资料存在一定的误差，以及空间数据内插方法误差的影响[7]，DEM在地形信息精度方面存在一定的误差，在不同程度上影响洋口港地形分析的精度，因此，仅由地理信息相关软件插值生成的DEM不能完整、准确地表达出洋口港的地形、地貌等特征。为了能够更加直观、清晰准确地表示洋口港的地形变化特征，本文在使用GIS软件插值生成DEM并按地形、地貌特点分层设色后，结合Photoshop图形处理软件制作洋口港区域的立体效果图。应用此方法制作而成的立体效果图不仅可以更加清晰地表现出洋口港区域的地形变化特点，其制作过程较之常规的立体图制作方法也更加的简便。

1 研究区域概况

洋口港位于江苏省南通市如东县东部沿海地区，是中国沿海中部惟一一个能建20万吨级的天然深水良港。上世纪80年代初期，南京大学等科研单位对江苏海岸带进行资源综合调查时，发现了一条天然深水航道，这是三万年前古长江的入海通道，这就是如东烂沙洋水道[8]。烂沙洋水道自然条件优越，是天然的从外海伸向沿岸浅滩的深水通道，可直通太平洋国际主航道。水道附近有一面积近6平方公里的半潜式沙洲，当地称为西太阳沙。西太阳沙可构筑人工岛，建设港口仓储区和堆场，依托人工岛可建设大型深水码头。西太阳沙附近水道宽阔，自然形成了一个面积近10平方公里，水深在17-25米，可供10-30万吨以上海轮进出天然港池[9]。水道两侧有天然沙洲掩护，外海的波浪经过沙洲后自然消减，无需再建防波堤。以上要素，构成了洋口港不可多得的自然禀赋。长期多项研究表明，烂沙洋不受淤积阻塞，深水航道稳定，在西太阳沙建设人工岛也是稳定的[10]。洋口港区域示意图如图1所示。

图1 洋口港地形图（根据2006年水深资料）

2 数字高程模型（DEM）构建

2.1 数字高程模型（DEM）介绍

随着计算机信息技术的快速发展，纸质地图已无法满足工程中自动化设计的要求，制约了地图制图自动化以及3S技术的应用进程。DEM（Digital Elevation Model）是3S（GIS，GPS，RS）技术应用成果主要产品之一，它是一定区域范围内规则格网点平面坐标及其高程的数据集或者是经度、纬度和海拔的数据集[11]。该数据集从数学上描述了区域的地貌形态空间分布，通过计算机的算法，可以很方便地将DEM数据转换为等高线图、坡度图、晕渲图等各种专题图产品；也可按用户需求计算出体积、空间距离、表面覆盖面积等工程数据以及统计数据。通过DEM还可进一步产生坡度、坡向、沟谷、山脊、地表粗糙度等十多个地形要素。通过利用这些地表信息与植被、土壤、人文要素的相关性，可以建立不同的地学应用模型[12]。

2.2 数字高程模型（DEM）构建

数字高程模型（DEM）构建流程如图2所示。

[海图扫描及预处][创建Personal Geodatabase][创建等深线及水深点shapefile文件][等深线屏幕跟踪矢量化][对水深点进行屏幕跟踪矢量][等深线标赋深度值][对水深点标赋深度值][创建数据集][接边及查错][导入shapefile文件至数据集中][TIN表面][栅格表面][DEM模型]

图2 数字高程模型（DEM）构建流程图

2.2.1 纸质海扫描与预处理

纸质海图扫描是为了获得数字化的栅格底图文件，扫描时要兼顾采样精度和微处理能力。基于现有海图的质量以及等深线的密集程度，用专业扫描仪扫描成栅格图，以.TIF格式存储。地形图在矢量化之前必须进行几何精度校正，以避免产生数字化的结果与原有地形图位置不相重合的问题。预处理主要是处理网纹和亮度、对比度以及色彩调整等简单处理工作。

2.2.2 创建Shapefile文件和Geodatabase数据库

Shapefile和Geodatabase是ArcGIS的数据组织的两种方式。Shapefile文件由存储空间数据的shape文件、存储属性数据的dBase表以及存储空间数据与属性数据关系的.shx文件这三大类文件组成；Geodatabase是面向对象的数据模型，能够表示要素的自然行为与要素之间的关系，并按照层次型的数据对象来组织地理数据，主要包括对象类、要素类和要素数据集[13]。

本文中矢量化工作主要包括以下几个方面：①等深线屏幕矢量化；②等深线标赋深度值；③水深点屏幕矢量化；④水深点标赋深度值。矢量化过程是以栅格图为底图，用GIS软件对底图上的等深线及水深点等要素进行矢量化工作。对等深线过于密集的区域可以采用简化等深线的方式进行矢量化，即只勾绘能够反映地形变化的等深线或者每隔数条矢量化一条等深线。矢量化后结合原有海图对数字化结果赋以正确的属性值。

2.2.3 数字高程模型（DEM）的生成

通过以下步骤生成所需要的DEM模型数据。①以包含等深线和水深点的数据集作为矢量数据源进行TIN表面创建。通过ARC/INFO的Create Tin命令来创建TIN表面，使整个研究区域都含有深度值。②将TIN表面数据转换为栅格（grid）表面数据，并对数据进行进一步检查，以减少误差。最终生成的DEM数据还需要进一步检查，即将DEM数据内插生成的等深线与海图扫描影像进行分色叠合显示，检查有无偏移或超限。若有不合格的地方，需检查原因并修改直至无误。

3 应用Photoshop软件呈现数字高程模型的立体效果

前人已尝试了多种方式来实现利用平面图形表示三维立体的视觉效果，如地貌晕渲制图法、等高线分层设色法、明暗等高线法以及粗细等高线法等，但这些方法都存在一定的缺点：地貌晕渲制图法虽然可以形成较好的视觉立体效果，直观生动，但无法定量地表现地形起伏特征；等高线法虽能详细刻画地貌特征、便于图上测量等，但它所表示的地形立体感不强；等高线分层设色法又往往干扰对其他要素的表示，在应用中也有一定的限制[14～15]；明暗等高线法和粗细等高线法虽然克服了以上两个缺点，但制作过程较为繁琐，不够简便。本文结合图像处理软件Photoshop实现的立体效果，在较好的视觉立体效果基础上，定量地表现出地形的起伏特征，同时不干扰其他要素的表示，它的缺点是立体效果不能根据需要进行调节，只能以固定的量值表示地形变化。虽然如此，经过不断的比较，在制作区域效果图时，结合photoshop软件制作而成的立体图仍然比以往几个方法制作而成的效果更为理想，更便于使用。

数字高程模型（DEM）构建后，叠加根据海图资料矢量化后的等深线数据，提取水深0m、5m、10m、15m、20m、25m的等深线，根据洋口港区域的地形变化特点分层设色，保存为Photoshop中可识别的图片格式。首先应用Photoshop软件的色彩范围命令，分别提取水深0m、5m、10m、15m、20m、25m各层色彩，并分别存储为图层；接着用图层样式中的斜面和浮雕命令，初步实现图层的立体效果；最后分别叠加所有斜面和浮雕效果后的图层，即可实现研究区域的立体效果图。为了更好地展现洋口港的区域特点，笔者叠加了部分江苏省沿海行政区域范围，最终效果图如图3所示。

图3 洋口港区域立体效果图

4 研究意义

图形数据采集与编辑以及各种专题图的制作是地理信息系统的主要功能之一，从制图技术角度而言，在图形数据采集、数字地形模型制作以及图像管理等方面，应用GIS软件制图具有其他制图软件无法比拟的优点，其缺点在于软件过于专业，不适合普通用户操作，具有一定的专业局限性。相比而言，Photoshop作为图形图像处理领域的专业软件，其强大的功能为用户提供了非常广阔的创作空间，用户可通过界面上的工具及命令直接对图像进行绘制、编辑修复以及效果显示等操作，在界面操作方面更加直观、简便，普通用户均可操作，专业局限性较小。综合二者的优缺点，本文以洋口港为例，结合GIS软件以及Photoshop软件来制作DEM分层设色立体图，由此制作而成的地形图立体效果更加明显，整体地形更加直观，地形表达更加准确。

应用成果表明，综合运用Photoshop软件和GIS软件来制作立体地形图制图方法简便、立体成图效果显著、地形表达准确，熟练掌握该制图方法可批量制作各种立体地形图，应用性强。该制图方法可直接应用于沿海开发与港口建设工作，同时还可制作其他各种专题地形立体图，具有重要的科学价值。不足之处在于GIS软件专业性较强，普通用户使用会受到专业局限。

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