基于VerticalMapper的地理課程資源開發(fā)

趙實君 舒秋貴

Vertical Mapper是Mapinfo公司出品的一個具有空間分析功能的模塊，它可以嵌在MapInfo Pro中直接以菜單項形式提供應用，也可以配合MapInfo MapX進行二次開發(fā)。Vertical Mapper的空間分析能力主要在于，它借助復雜數(shù)學運算技術的選取，就現(xiàn)有可利用的信息，計算出點與點之間的內插值和點到點的趨勢及關系，得出包含相關地理信息的柵格圖，并提供高張力的3D繪圖技術。

一、三維圖像智能顯示功能運用于等高線地形圖判讀案例

等高線地形圖判讀這一內容是地理課堂上講解的重點與難點，考試時常出現(xiàn)此類題型。地形圖的判讀主要考查學生的空間想象能力，地理教師在講解這類問題時如果能夠同時運用等值線圖和三維圖顯示，就能使教與學更加高效。筆者就此問題選擇使用Vertical Mapper的Poly-to-Point函數(shù)功能和3D顯示功能來完成任意二維等值線或點集合的3D地形顯示。具體操作步驟如下。

第一步，在Mapinfo Pro中任意打開一幅選定講解的等值線圖（或者自行繪制等值線圖），在tab表中錄入等值線高程值，如圖1所示。

第二步，選擇Vertaical Mapper菜單→Create Grid →Poly-to-Point→Select Table列表中選擇等值線文件名→Extract From中選擇Polylines復選框→Set Maximum中的Distance框中輸入“100”→點擊OK，根據(jù)等值線生成新的點文件（newpoints.tab）。

第三步，選擇Vertaical Mapper菜單→Create Grid →Interpolation→Select Interpolation Method列表中選擇Natural Neighbour-Simple選項，單擊下一步→在Select Table and Column列表中選擇NewPoints，從Select Column列表中選擇高程Elevation，從Unit Type列表中選擇Meters，單擊下一步→The Simple Natural Neighbour Interpolation對話框中在Surface Solution Type部分選擇Smoother，allowing overshoot→點擊OK，該步驟生成等高線柵格網(wǎng)（Elevation.grd）。

第四步，Vertaical Mapper菜單→Show Grid Manager→3D View →Run 3D Viewer命令→Scene Properties對話框打開，根據(jù)用戶需要修改參數(shù)來調節(jié)3D顯示的角度、大小、精確程度、光亮、色彩等→點擊OK，Elevation—Grid View3D圖像完成（如圖2所示），并且把鼠標放在3D圖像的任意地方就會自動顯示出這點的高程值，值得注意的是，即使在最初的等值線圖的tab表中沒有輸入某地的高程值，這時的3D圖也能顯示出這點的高程值，是因為系統(tǒng)運用Natural Neighbour插值法已經(jīng)自動算出了該地域每點的高程值。

由此例可以看出，利用Vertaical Mapper軟件完成地理課程中的等高線地形圖判讀內容的教學有其自身特有的優(yōu)勢——對原始數(shù)據(jù)限制條件少、數(shù)據(jù)來源廣、操作簡單易學、顯示生動形象、地理數(shù)據(jù)計算精確度高。

二、二維/三維場數(shù)據(jù)分析與顯示功能運用于環(huán)境教學案例

二維/三維場數(shù)據(jù)分析與顯示即可以用于表現(xiàn)二維或三維空間分布的濃度場、輻射場、氣溫場等特性，并提供二維或三維空間柵格方式的描述方法。以地理環(huán)境問題教學為例，教師在教學中應積極引入觀察、調查、實驗等教學方法。例如，指導學生親身參加有關環(huán)境污染、自然資源生態(tài)破壞現(xiàn)象的實地調查；通過環(huán)保儀器對大氣粉塵、噪聲等方面進行監(jiān)測；利用儀器測水質、水中溶解氧的濃度、水的硬度、土壤酸堿度及濕度等。通過實地調查采集數(shù)據(jù)，再運用計算機信息技術（本文采用Vertical mapper技術）處理所采數(shù)據(jù)，能夠以二維“場”或三維“場”的形式分析并顯示結果。這些室內的實驗和室外的觀測體驗活動，使課堂變得生動、活潑、真實，學生在獲得知識的同時，也能了解和掌握地理科學的方法。

實例：實地調查并評估A市某工廠周圍土壤的污染狀況。

第一步，首先定點采集該區(qū)域土壤樣本，對其中的某種化學元素含量進行測定記錄，在Mapinfo Pro軟件中對應采樣地點圖，分別填入所測濃度值（如圖3所示）。

第二步，選擇Vertaical Mapper菜單→Create Grid→Interpolation選項→出現(xiàn)Select Interpolation Method對話框，選擇Inverse Distance Weighting方法（該方法通常適用于處理極易變動的數(shù)據(jù)如環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，對這類多變數(shù)據(jù)的分析計算，不是所謂狹義的高、低值歸類，而是算出在平均線附近移動的數(shù)據(jù)點值并用其來評估當?shù)乜偟内厔荩赟elect Table and Column對話框中，從Select Table to Grid列表里選擇“采樣數(shù)據(jù)”，從Select Column列表中選擇“Titer”，單擊下一步→Inverse Distance Weighting Interpolation對話框打開，在Cell Size框中鍵入“2”，Search Radius框鍵入“25”，Display Radius框鍵入“25”，Minimum # of Points鍵入“2”，然后點擊完成。

結果如圖4所示，深黑色區(qū)域為重污染區(qū)，灰色區(qū)為輕污染區(qū)，淺灰色區(qū)污染值最低區(qū)。如果需要自定義得到更詳細的污染分級圖，打開Grid Manager→選擇Colour→Grid Colour Tool對話框打開，在Data欄或者Colour scheme欄中，根據(jù)需要的量化分級規(guī)定填入相應的分段參數(shù)，顯示污染情況。

第三步，數(shù)據(jù)采樣分析步驟方法同前兩步所示，因為氣體的污染擴散范圍更廣，所以筆者擴大采樣分析范圍到整個A市市中區(qū)。

選擇Vertaical Mapper菜單→Show Grid Manager→3D View→Run 3D Viewer命令→Scene Properties對話框打開，在Grid List中同時加載，A市市中區(qū)柵格圖和用戶在之前步驟所得出的污染性氣體分布柵格圖，再調節(jié)3D顯示的角度、大小、精確程度、光亮、色彩等→點擊OK，結果如圖5所示，黑色區(qū)域為重污染區(qū)，隨著顏色漸淺，該區(qū)域污染程度漸小。

綜上所述，將Vertical Mapper這款專業(yè)GIS軟件應用于中學地理課教學，不僅是以2D或3D圖像的形式生動地向學生演示地理教學內容，更重要的在于，它強調地理教師從地理數(shù)據(jù)量化的角度向學生講解地理問題，有助于提高學生的空間思維能力和學習地理的趣味性。