基于Google Earth制作的分層設(shè)色地形圖在等高線學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

劉恒滔 張瑞珂 李宥 指導(dǎo)教師：施揚(yáng)

目前，國(guó)內(nèi)外地形圖的制作方法有傳統(tǒng)制圖法和電子地圖制圖法，傳統(tǒng)制圖主要通過(guò)大地測(cè)量實(shí)現(xiàn)，電子地圖通過(guò)Arcgis、Mapinfo、DJC等軟件對(duì)已有地圖進(jìn)行掃描后的圖像進(jìn)行矢量化處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩種方法追求的是精度的最佳化，對(duì)制圖速度、成本考慮不多，并且這些地形圖制作方法專業(yè)性太強(qiáng)，大多數(shù)中學(xué)生都難以掌握。

本文所介紹的制圖方法基于Google Earth這一大眾化的地理信息系統(tǒng)軟件，適用于中學(xué)生，所制作的地圖能滿足中學(xué)地理學(xué)習(xí)等對(duì)地理信息精度要求不高的領(lǐng)域需要。

圖1

一、基本原理

利用Google Earth制作地形圖最關(guān)鍵的一點(diǎn)是如何在遙感影像圖中找到等高線。等高線是高程相同的點(diǎn)組成的連線，尋找等高線最直接的辦法是找到制圖區(qū)域內(nèi)所有海拔相同的點(diǎn)，通過(guò)點(diǎn)狀矢量化的集合來(lái)獲得。然而，這樣的方法工作量太大，容易出現(xiàn)較大誤差。

但是，在Google Earth中有專門針對(duì)地形的3D模擬功能，可以通過(guò)在Google Earth上建立等高面，使之與起伏的地表相切，就能得到該區(qū)域內(nèi)同一海拔高度的所有點(diǎn)的集合。如圖1所示。

二、制圖過(guò)程（以昆明西山等高線地形圖制作為例）

（一）基礎(chǔ)準(zhǔn)備

1.下載并安裝Google Earth，可以從360軟件管家中下載。

2.在Google Earth工具欄的選項(xiàng)中調(diào)整好相關(guān)設(shè)置（如圖2所示）。

（1）設(shè)置“顯示經(jīng)度/緯度”為“度、分、秒”。在后續(xù)的ArcGis軟件地形圖制作中方便定位，如果只是制作分層設(shè)色地形圖則可省略該步驟。

圖2

（2）設(shè)置地形提升倍數(shù)為“3”，減小地形數(shù)據(jù)誤差。

（二）生成多邊形

圖3

1.新建一個(gè)白色的多邊形作為底色，設(shè)置為緊貼地面。

2.點(diǎn)擊圖3紅色圈中圖標(biāo)，新建多邊形，命名為“底色”。

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

圖9

3.如圖4所示，將該多邊形海拔高度設(shè)置為貼近地面。

4.如圖5所示，將該多邊形的顏色設(shè)置為白色，不透明度為100%。

5.用鼠標(biāo)圈出所要制作地形圖的范圍，在圖上會(huì)顯示出一個(gè)白色的區(qū)域，如圖6所示。

（三）設(shè)置等高面

通過(guò)瀏覽該區(qū)域高程數(shù)據(jù)，得知制圖范圍內(nèi)最高海拔2484米，最低海拔1902米，設(shè)等高距為100米，共有1900m～2400m 6個(gè)等高面。

復(fù)制多邊形“底色”并粘貼，將新的多邊形命名為1900，在屬性中設(shè)置海拔高度為絕對(duì)高度1900米（如圖7所示），將顏色樣式設(shè)置為填充顏色黑色，不透明度20%（如圖8所示）。

圖10

圖11

圖12

復(fù)制1900m等高面并粘貼，重命名并調(diào)整海拔高度為2000m。之后重復(fù)“復(fù)制、粘貼、重命名、調(diào)整海拔”的操作，直到2400m等高面為止，得到圖9的效果，顏色越淺的地方海拔越高。分層設(shè)色地形圖制作完成。

將圖片進(jìn)行截圖，保存為bmp格式圖片后，可以用ArcGis軟件進(jìn)行矢量化制圖，將分層設(shè)色地形圖轉(zhuǎn)化為等高線地形圖。因?yàn)锳rcGIS軟件操作比較復(fù)雜，將在以后另行探討Arcgis制圖問(wèn)題。

此外，在Google Earth側(cè)邊欄中選擇顯示水域，還可做出地形與河流相結(jié)合的地圖。如圖10所示的是臺(tái)灣東部沿太平洋地區(qū)的圖。

三、在學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

等高線圖是中學(xué)地理學(xué)習(xí)中非常重要的內(nèi)容，其基礎(chǔ)是等高線地形圖的判讀，即通過(guò)等高線的疏密、彎曲等特征，能判斷出該地的實(shí)際地形情況。Google Earth具有地形3D模擬功能，通過(guò)二維等高線地形圖與三維地形模擬相結(jié)合，有助于空間思維的培養(yǎng)，提升對(duì)地形圖的判讀能力。

（一）從等高面的角度理解等高線的概念

高度相等的點(diǎn)組成的空間平面稱為等高面，它是一個(gè)平行于海平面的平面。等高線指的是地形圖上高程相等的各點(diǎn)所連成的閉合曲線。把地面上海拔高度相同的點(diǎn)連成閉合曲線，垂直投影到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)面上，并按比例縮小畫(huà)在圖紙上，就得到等高線。等高線也可以看作是不同海拔高度的水平面與實(shí)際地面的交線。

如圖11所示，先建立一個(gè)一定海拔的四邊形，我們就能做出一個(gè)等高面，與地平面相對(duì)照，就能知道等高面是與海平面平行的一個(gè)平面，是高程相同的點(diǎn)的集合。再調(diào)整觀察角度，轉(zhuǎn)化為垂直投影，就能直觀看出等高線實(shí)質(zhì)上就是不同海拔高度的等高面與實(shí)際地面的交線。如圖12所示。

圖13

圖14

（二）直觀認(rèn)知山谷與山脊的判讀

山谷與山脊的判讀是等高線學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)也是重點(diǎn)，其基本規(guī)律是“突高為谷，突低為脊”。語(yǔ)言描述屬于抽象的知識(shí)，若能與直觀地貌相結(jié)合，對(duì)該知識(shí)的掌握將會(huì)更加牢固。我們可以利用Google Earth中添加線狀矢量圖的方法，先在等高線圖中分別標(biāo)出等高線向高處和低處彎曲的部分，再與實(shí)際地貌相對(duì)照，從而加深對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解。如圖12、13所示。

（三）了解山脈走向、傾向的等高線特征

山脈的走向、傾向也是地貌學(xué)當(dāng)中的基本概念，在高考中也曾出現(xiàn)。走向是巖層層面的延伸方向，傾向是指地質(zhì)構(gòu)造面由高處指向低處的方向，走向與傾向相互垂直。在等高線圖中，山脈的走向即山脊線的延伸方向，傾向就是與山脊線延伸方向相垂直的方向。同樣的，在Google Earth 中，我們依然可以用二維平面圖與3D效果圖相對(duì)照的方法來(lái)理解走向與傾向。如圖14、15所示，先作出山脊的延伸方向，再做出一條與該延伸線相垂直的線，然后與實(shí)際地形相對(duì)照，有助于對(duì)這兩個(gè)概念有更明確的認(rèn)知。

此外，利用Google Earth的線狀矢量化功能，沿著分層設(shè)色地形圖交界部分繪制出由等高線來(lái)表示的地形圖（如圖16、17所示），將線狀矢量化圖標(biāo)保存為kml格式文件，該文件中的數(shù)據(jù)帶有地理坐標(biāo)、海拔等信息，可以在Arcgis等更高端的地理信息系統(tǒng)軟件中進(jìn)行編輯操作。關(guān)于Arcgis中對(duì)kml文件的編輯專業(yè)性較強(qiáng)，難度較大，將在以后繼續(xù)研究，另行探討。

圖15

圖16

圖17