一種基于Map X控件的快速雨量等值線繪制技術(shù)及應(yīng)用

□趙 娜 □雪 剛(河南省沙潁河流域管理局)

等值線是一種十分常用的表現(xiàn)對象空間分布的工具，在地形分析、地下水位分析、環(huán)境污染濃度分析等很多方面有廣泛的應(yīng)用。近年來，GIS技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，為地理對象的空間現(xiàn)實(shí)和分析提供了強(qiáng)有力的工具，并且隨著該技術(shù)在水利行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已經(jīng)成為水利信息化不可缺少的重要組成部分。成功調(diào)度決策的前提是建立在大量的信息基礎(chǔ)之上的，而實(shí)時(shí)雨情是做好此項(xiàng)工作的重要因素之一，因此，實(shí)時(shí)雨量分布圖的繪制十分有必要。

1 等值線繪制的基礎(chǔ)

1.1 地理信息系統(tǒng)的概念

地理信息系統(tǒng)是以采集、存儲、管理、描述和分析與地球表面及空間地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。它是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)硬件、軟件環(huán)境支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動態(tài)的地理信息，為地理研究、綜合評價(jià)、管理、定量分析和決策服務(wù)而建立的一類計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

1.2 基于ActiveX（OCX）技術(shù)的可編程控件——MapX

Maplnfo MapX是Maplnfo產(chǎn)品家族中方便快捷、功能強(qiáng)大的OCX組件，提供了真正的對象聯(lián)接與嵌入控件，開發(fā)人員可以使用標(biāo)準(zhǔn)的編程語言如VB、VC++、Delphi或者VFP,根據(jù)用戶的特殊需求，將地圖對象集成各種各樣新的或者已有用系統(tǒng)當(dāng)中。MapX是一個(gè)基于ActiveX（OCX）技術(shù)的可編程控件。它使用與Maplnfo Professional一致的地圖數(shù)據(jù)格式，并實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)Maplnfo Professional的功能。MapX為開發(fā)人員提供了一個(gè)快速、易用、功能強(qiáng)大的地圖化組件。在 VB，Delphi，PowerBuilder，VC 等可視化開發(fā)環(huán)境中，只需在設(shè)計(jì)階段將MapX控件放入窗體中，并對其進(jìn)行編程，設(shè)置屬性或調(diào)用方法或相應(yīng)事件，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化、專題分析、地理查詢、地理編碼等豐富的地圖信息系統(tǒng)功能。

1.3 基于OLE鏈接的等值線制作軟件Surfer

傳統(tǒng)手工繪制等值線的方法不僅工作效率低，繪制精度也無法保證，最終會被微機(jī)自動化繪制方式所取代。用微機(jī)繪制等值線，最關(guān)鍵一點(diǎn)是對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格網(wǎng)化插值。格網(wǎng)化是指采用一定的格網(wǎng)化方法（即數(shù)學(xué)模型）對不規(guī)則分布的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值，生成在原始數(shù)據(jù)分布范圍內(nèi)規(guī)則間距的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布。因此，數(shù)學(xué)模型是繪制等值線的核心。目前，繪制等值線的軟件不少，但是它們往往是為滿足各自的需要而以小程序的形式開發(fā)出來，采用單一的數(shù)學(xué)模型，功能比較簡單，適用性不廣。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了美國金軟件公司出品的專業(yè)等值線繪制軟件—Suefer來完成等值線的繪制。Suefer8.0采用了10數(shù)學(xué)模型，涵蓋了常用的等值線繪制模型，主要包括距離倒數(shù)乘方法、最小曲率法、Kriging法、多元回歸法、三角網(wǎng)/線性插值法、徑向基本函數(shù)法、謝別德法等算法。每種數(shù)學(xué)模型都有其相關(guān)的參數(shù)設(shè)置。通過對數(shù)學(xué)模型的選擇和進(jìn)行靈活的參數(shù)設(shè)置，可以繪制各種類型的等值線圖。

VFP在水利行業(yè)的應(yīng)用可以說無孔不入，它以簡單易學(xué)、數(shù)據(jù)管理功能強(qiáng)大的優(yōu)勢而在水利行業(yè)廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)以VFP為開發(fā)平臺，MapX為主要地圖控件，對Suefer進(jìn)行OLE調(diào)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)降雨分布的等值線繪制與顯示。

2 等值線繪制的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 軟件框架結(jié)構(gòu)

安裝完MapX控件后，就可以利用VFP進(jìn)行程序設(shè)計(jì)了。首先將已做好的基礎(chǔ)圖層在系統(tǒng)初始化時(shí)調(diào)入，然后從SQL Server數(shù)據(jù)庫中對選擇時(shí)間的降雨量進(jìn)行過濾，接著以O(shè)LE方式調(diào)用Suefer進(jìn)行等值線繪制，然后導(dǎo)出MIF文件并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，最后將轉(zhuǎn)換后的等值線調(diào)入即可。主要的框架如圖1所示。

圖1 等值線繪制流程圖

2.2 框架主要模塊分析

調(diào)入基礎(chǔ)地理圖層：一般有2種方法，一種是利用MapX控件提供的圖層添加函數(shù)，將需要顯示的基礎(chǔ)圖層一一添加進(jìn)去并設(shè)置好投影方式（一般均使用地球坐標(biāo)系）以及各相關(guān)屬性；另一種方法是在程序設(shè)計(jì)時(shí)直接預(yù)先設(shè)置好基礎(chǔ)地理圖層，然后保存為gst文件在系統(tǒng)初始化時(shí)直接進(jìn)行調(diào)用。這2種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，第一種方法優(yōu)點(diǎn)是圖層添加靈活，可隨時(shí)進(jìn)行圖層的更改，缺點(diǎn)是效率低；第二種方法與第一種方法相反?？紤]到沙潁河流域的實(shí)際情況，在具體設(shè)計(jì)時(shí)采用了第二種方法實(shí)現(xiàn)。

雨量數(shù)據(jù)的選?。河捎谟炅繑?shù)據(jù)經(jīng)過處理后均保存在局域網(wǎng)的SQL Server服務(wù)器上，因此在選取雨量時(shí)系統(tǒng)自動建立SQL鏈接進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾，并將結(jié)果返回到臨時(shí)數(shù)據(jù)表中。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，提供了多種選擇方式，可以通過逐時(shí)段進(jìn)行實(shí)時(shí)降雨的累積選取，也可一日或多日進(jìn)行選取。

數(shù)據(jù)文件生成：有了雨量數(shù)據(jù)信息后，為便于后面的數(shù)據(jù)調(diào)用，將各測站的地理位置信息加入到臨時(shí)數(shù)據(jù)表，然后將包含了地理信息的數(shù)據(jù)表導(dǎo)出為純文本格式。至此，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作完成。

2.3 數(shù)據(jù)后期處理

利用OLE方法調(diào)用Suefer，按照上面導(dǎo)出的文件中的數(shù)據(jù)、指定的數(shù)學(xué)模型、等值線序列以及等值線光滑程度等參數(shù)進(jìn)行等值線繪制，然后將等值線以Maplnfo的MIF格式輸出圖形文件。由于Suefer有多種數(shù)學(xué)模型可以選擇，等值線的光滑程度也可設(shè)定，所以在繪制等值線時(shí)，可以根據(jù)不同的精度需要，選擇合適的數(shù)學(xué)模型和光滑程度進(jìn)行繪制。在設(shè)計(jì)時(shí)默認(rèn)使用了克里格算法。并對生成的MIF文件進(jìn)行進(jìn)一步處理，使其坐標(biāo)系與基礎(chǔ)圖層的坐標(biāo)系一致。

由于MapX不能直接使用MIF格式的文件，故需要對文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即將MIF格式文件轉(zhuǎn)換為Maplnfo TAB文件，然后將轉(zhuǎn)換后的文件作為MapX控件中一個(gè)新的圖層導(dǎo)入。這樣就完成了實(shí)時(shí)降雨等值線繪制并完美地與地理信息系統(tǒng)結(jié)合在了一起。

3 應(yīng)用實(shí)例

河南省沙潁河流域是河南省的防汛重點(diǎn)之一，由于流域所處的我國南北地帶的氣候和地形過渡地帶，汛期降雨相對集中上游洪峰暴漲暴落，遇見期短，防汛壓力很大，因此實(shí)時(shí)降雨的分布以及降雨走向是進(jìn)行預(yù)報(bào)決策的重要依據(jù)，如手工繪制實(shí)時(shí)降雨等值線圖，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足防汛決策的需要，為了與已有的其它防汛信息軟件進(jìn)行銜接，采用了VFP+MapX技術(shù)利用OLE技術(shù)實(shí)現(xiàn)了本流域的實(shí)時(shí)降雨分布圖的繪制與顯示，如圖2。

圖2 2010年7月21日日雨量等值線圖（局部放大）

實(shí)踐證明，該方法實(shí)現(xiàn)簡單，繪制精度高，并且可利用多種數(shù)學(xué)模型快速完成等值線的繪制工作。同時(shí)，利用此項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)其前期影響雨量的分布情況，也可推廣到地下水、地形分析、水污染濃度分布等各種相關(guān)的應(yīng)用，因此，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可推廣性。