利用ERDAS進(jìn)行洪水淹沒(méi)分析

張躍飛 冷曉雷 陸玉明

（河南省地質(zhì)測(cè)繪總院，河南 鄭州 450006）

0 引言

人類(lèi)自古以來(lái)就開(kāi)始研究洪水的災(zāi)害，分析研究的方法有好多種，而結(jié)合ERDAS IMAGINE 軟件進(jìn)行的研究還很少。利用虛擬GIS模塊分析洪水層，為洪水損失的計(jì)算提供數(shù)據(jù)，其方法的準(zhǔn)確程度，需要進(jìn)一步研究。依靠海量的實(shí)地?cái)?shù)據(jù)是數(shù)據(jù)可靠性的保障。但是預(yù)演和推算可以借助衛(wèi)星以及雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

洪水分析的一些要解決的問(wèn)題：

一是各部門(mén)對(duì)同一地區(qū)、同一時(shí)間發(fā)生的洪水災(zāi)害淹沒(méi)范圍的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)差距大，獲取數(shù)據(jù)的方法不能覆蓋完整的區(qū)域；二是災(zāi)情的統(tǒng)計(jì)主要依據(jù)抽樣調(diào)查，時(shí)效性不足；三是災(zāi)情的估算缺乏依據(jù)或者片面。因此需要大區(qū)域的進(jìn)行洪水淹沒(méi)的分析對(duì)洪災(zāi)的準(zhǔn)確把握十分重要。

隨著GIS 技術(shù)的日趨成熟，很多研究人員將GIS 與水文模擬結(jié)合起來(lái)，對(duì)水災(zāi)多發(fā)地區(qū)進(jìn)行淹沒(méi)分析，從預(yù)警的視角研究水災(zāi)覆蓋的范圍。ERDAS 以其強(qiáng)大的GIS 分析功能，在防洪中起到了很大的作用。

對(duì)洪水淹沒(méi)的預(yù)演是ERDAS VirtualGIS 的強(qiáng)項(xiàng)，可以在事發(fā)前后進(jìn)行相關(guān)的淹沒(méi)區(qū)模擬，從而為決策提供依據(jù)。

ERDAS IMAGINE 可以生產(chǎn)數(shù)字高程模型，可以清楚的確定洪水威脅的地區(qū)，對(duì)于高程低的地方可以劃為高危險(xiǎn)區(qū)域，無(wú)論對(duì)防災(zāi)減災(zāi)還是災(zāi)后處理都有著參考價(jià)值，甚至是經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)選址方面都有一定的作用。

1 利用ERDAS 中虛擬GIS 分析處理

1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

首先要在所要分析的區(qū)域圖上生成DEM，將已有圖件在Arcview中進(jìn)行矢量化處理，盡量多得保持低洼點(diǎn)的高程。平坦區(qū)域可以少采點(diǎn)，然后通過(guò)內(nèi)插數(shù)據(jù)的方法生成三維地形表面。生成三維地形表面有兩種差值方法，線(xiàn)性插值和非線(xiàn)性插值。線(xiàn)性插值就是一次多項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算，非線(xiàn)性插值就是多次多項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算。線(xiàn)性插值出來(lái)棱角較多，非線(xiàn)性插值結(jié)果較為平滑，過(guò)渡自然。所以采用非線(xiàn)性插值較為合理。

把處理好的Grid 格式的文件導(dǎo)入到ERDAS 軟件中，并另存為IMG 格式。再將該區(qū)域的的多光譜圖像利用生成的IMG 的圖形進(jìn)行幾何校正。

把經(jīng)過(guò)投影變換和幾何校正的多光譜圖像在數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中生成DEM。在生成DEM 的時(shí)候，像元的設(shè)置的越大，其分析的精度就越小，處理時(shí)間越快，反之則精度大，而處理時(shí)間越慢。一般選擇X：20/Y：20 左右?？梢愿鶕?jù)分析的精確程度進(jìn)行調(diào)整。

1.2 分析范圍的確定

此次洪水分析只是對(duì)低于預(yù)定高程的區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)于現(xiàn)實(shí)情況中的上游河水，以及地表水流、低洼池塘等沒(méi)有在考慮范圍內(nèi)。只是根據(jù)DEM 進(jìn)行填充式的分析。

1.3 具體實(shí)現(xiàn)的方法及步驟

1.3.1 DEM 調(diào)入

三維可視化是以數(shù)字高程模型(DEM)為基礎(chǔ)，然后按照工作需要在DEM 上覆蓋遙感圖像、地理要素和文字符號(hào)標(biāo)注等多種數(shù)據(jù)，生成三維地形景觀。

DEM 在數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中生成后引入圖像，步驟如下：

打開(kāi)IMG 文件，在VirtualGIS 的下拉菜單中點(diǎn)擊Virtual Viewer視窗，F(xiàn)ile—open—DEM—Select Layer to Add 對(duì)話(huà)框，選擇需要處理的文件，并設(shè)置參數(shù)。文件的波段及詳細(xì)程度可以按需求進(jìn)行設(shè)置。詳細(xì)程度的設(shè)置對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度有影響，詳細(xì)程度越高其分辨率越高，體現(xiàn)的地面起伏越多?？梢酝ㄟ^(guò)多次調(diào)試達(dá)到需要的結(jié)果。圖1 為建立了DEM 的圖形。

圖1

1.3.2 直觀化調(diào)整視景特性

ERDAS IMAGINE 擁有的虛擬GIS 模塊具有三維飛行、虛擬世界、視域分析、動(dòng)畫(huà)制作的強(qiáng)大功能。建立三維直觀化的視景為了方便直接的體現(xiàn)洪水的淹沒(méi)區(qū)域，從感官上給決策者提供判斷的依據(jù)。

在VirtualGIS 視窗菜單條View/Scene Properties—Scene Properties對(duì)話(huà)框中，Motion 欄目中設(shè)置漫游的速度、漫游距離等可以直觀的觀察地面的三維視圖。在DEM 欄目中設(shè)置垂直比例、地面顏色等，一般的垂直比例要大于1：1，這樣雖然有點(diǎn)失真，但是可以更加直觀的把地形的差異化表示出來(lái)。但是不要太大，否則模擬出來(lái)的視景較為突兀，缺乏了真實(shí)感。如圖2 為1：5 的處置拉伸。

圖2

1.3.3 創(chuàng)建三維全景視窗

在VirtualGIS 視窗菜單中選擇，View/Create Overview Viewer/ERDAS IMAGINE 創(chuàng)建全景視景窗，可以做到全局的洪水淹沒(méi)區(qū)的瀏覽。在VirtualGIS 視窗菜單中選擇Utilite/Select Properties/Eye(Target)Edit 對(duì)話(huà)框中可以設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)的位置及觀測(cè)目標(biāo)的位置，來(lái)設(shè)置視角。

1.3.4 創(chuàng)建洪水層

VirtualGIS 視窗菜單下File/New WaterLayer/Creat Water Layer，創(chuàng)建洪水層，此時(shí)就在視窗菜單欄中增加了一項(xiàng)Water 菜單，這里可以對(duì)洪水層進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

用Create Fill Area 模式對(duì)前面創(chuàng)建的洪水層進(jìn)行編輯，點(diǎn)擊菜單Water/Create Fill Area/Water Properties 后出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，在該對(duì)話(huà)框中可以點(diǎn)擊Select Point 按鈕，并在虛擬視窗中點(diǎn)擊基準(zhǔn)的點(diǎn)，那么該點(diǎn)的高程坐標(biāo)就可以提取出來(lái)，可以修改洪水淹沒(méi)的基準(zhǔn)高程，洪水填充顏色等，多次修改后可以產(chǎn)生不同基準(zhǔn)下的淹沒(méi)區(qū)。

對(duì)淹沒(méi)區(qū)進(jìn)行三維可視化模擬，使得洪災(zāi)情況一目了然，給人直觀的認(rèn)識(shí)。

圖3 淹沒(méi)前

圖4 淹沒(méi)后

如圖3 與圖4 對(duì)比因城市北面較低，淹沒(méi)后的城市北面出現(xiàn)了較大的淹沒(méi)區(qū)域。

1.3.5 洪水面積的統(tǒng)計(jì)方法

洪水淹沒(méi)區(qū)面積的統(tǒng)計(jì)相對(duì)淹沒(méi)可視化來(lái)講，通過(guò)數(shù)值的體現(xiàn)可以給分析者一個(gè)比較充分的更為理性的認(rèn)識(shí)。在Creat Fill Area 中能夠得知填充洪水的面積，但是在高程的控制方面不是很完善，它需要知道實(shí)地的坐標(biāo)，才能在要選擇的區(qū)域進(jìn)行分析。

可以在Area Fill Attributes 中看到選擇區(qū)域的洪水面積，然后再更改該區(qū)域的基準(zhǔn)高程，得到新的洪水淹沒(méi)面積。通過(guò)收集多年的降水及洪水淹沒(méi)的實(shí)際高程，可以更接近現(xiàn)實(shí)的把洪水淹沒(méi)區(qū)進(jìn)行三維可視化的模擬，并統(tǒng)計(jì)出受災(zāi)面積。

2 結(jié)語(yǔ)

使用ERDAS 對(duì)無(wú)源淹沒(méi)進(jìn)行三維可視化模擬，使得對(duì)災(zāi)區(qū)的淹沒(méi)范圍一目了然，依據(jù)降雨量對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行淹沒(méi)區(qū)分析，可以及時(shí)的對(duì)可能淹沒(méi)區(qū)域進(jìn)行提前預(yù)警。

洪水淹沒(méi)的分析給政府制定防洪、治洪提供了理論依據(jù)，從而為進(jìn)一步開(kāi)展洪水治理工作開(kāi)拓了更廣闊的前景。

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