CN109376441A - 一种地面沉降光栅立体图制作方法 - Google Patents

一种地面沉降光栅立体图制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地面沉降光栅立体图制作方法，涉及地面沉降防治领域。该方法包括专题数据准备、光栅选择、光栅底图制作、印刷及后处理步骤，从InSAR监测点文件开始进行数据处理，同时，通过将二维平面成果图中的等值线插值处理为栅格图像，对地面沉降总体状况进行三维场景建模，并配合红绿三维眼镜进行地面沉降三维效果的参数调整，使得图幅内场景立体特征更为明显。所以，本发明提供的方法，为地面沉降信息提供了新颖直观的表达形式，有利于此类专题成果的推广与应用。对大范围地面沉降的凹陷特征，可基于三维地理信息系统、数字图像处理、光栅立体成像与印刷技术，进行立体表达，图件新颖、直观、便于使用，有着较为广阔的应用前景。

Description

一种地面沉降光栅立体图制作方法
技术领域
本发明涉及地面沉降防治领域，尤其涉及一种地面沉降光栅立体图制作方法。
背景技术
对地面沉降进行三维信息表达时，需依据其年均沉降速率或累计沉降量，刻画出沉降范围内的凹陷形态。
常规地表沉降图是在二维平面上利用等高线或者不同的配色来表达第三维的信息，无法表现出沉降的纵深感，对普通民众乃至非专业的技术管理人员来说，可读性不强，急需探索新的、更有利于成果社会化服务的表达方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地面沉降光栅立体图制作方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种地面沉降光栅立体图制作方法，包括如下步骤：
S1，专题数据准备：获取地面沉降InSAR监测数据和基础数据，对所述地面沉降InSAR监测数据进行编辑生成等值线和等值面；对所述基础数据进行编辑生成基础地理图；将等值线和等值面、以及基础地理图按照设定的顺序进行叠置，赋予地面沉降InSAR监测数据和基础数据不同的图例，并选择恰当的比例尺、坐标系、投影和分幅方式，制作成为符合特定标准或特定要求的二维平面成果图；
S2，选择光栅的材质和性能参数，购置柱镜光栅板；
S3，根据光栅的性能参数，将所述二维平面成果图制作为光栅底图；
S4，将所述光栅底图印刷在所述柱镜光栅板上，并进行印后处理。
优选地，S1中，所述对所述地面沉降InSAR监测数据进行编辑生成等值线和等值面，具体为，在地理信息系统软件平台中处理时序InSAR监测形成的点文件，按沉降值间隔生成等值线，编辑修改不符合地面沉降分布规律的部位，生成综合制图可用的等值线，根据等值线转换得到相应的等值面，最终生成综合制图可用的等值线和等值面。
优选地，S1中，所述对所述基础数据进行编辑，具体为，对收集到的工作区基础地理数据在地理信息系统软件平台中按国标分类对点、线、面文件分别进行数据整理，形成基础地理图。
优选地，S2中，所述光栅的材质为聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；所述光栅的性能参数包括光栅板的线数、栅距、折射率和/或厚度。
优选地，S3具体为：采用仿实拍立体方法，通过现代计算机技术，在平面坐标要素的基础上，利用第三维度的等值线构建该维度上的数字模型，形成一种计算机虚拟立体显示系统，在系统中可以从任意角度来观测模型，获取图像多视角的信息。
优选地，S3包括如下步骤：
S301，将所述二维平面成果图中的等值线插值处理为栅格图像，生成地面沉降栅格图像；
S302，以所述地面沉降栅格图像作为构建三维形态的垂向要素，通过调整垂向夸张因子，构建地面沉降凹陷三维场景；
S303，针对已构建的地面沉降凹陷三维场景，设定若干角度模仿实景拍摄的镜头，生成从这些角度观测三维场景的序列图像，并按照光栅立体成像原理，在三维立体图制作软件平台中将这些序列图像抽样合成为光栅底图。
优选地，S302中，所述通过调整垂向夸张因子，构建地面沉降凹陷三维场景，具体为：
将各种夸张因子条件下的地面沉降凹陷三维场景输出为红绿三维效果图，观察者佩戴红绿三维眼镜进行比较，根据观察者意见设定三维场景的夸张因子，根据夸张因子构建地面沉降凹陷三维场景。
优选地，S4具体为：采用紫外印刷方法，直接在柱镜光栅板的背面上印刷光栅底图，其中，柱镜光栅板的背面为平面，使用紫外源将所印内容的油墨加以干燥，并在油墨干燥后在其上覆盖保护层。
本发明的有益效果是：本发明提供的地面沉降光栅立体图制作方法，包括专题数据准备、光栅选择、光栅底图制作、印刷及后处理步骤，通过从InSAR监测点文件开始进行数据处理，弥补了以往类似工作从规则栅格数据开始处理但不适用于不均匀分布的点文件的不足，同时，通过将二维平面成果图中的等值线插值处理为栅格图像，对地面沉降总体状况进行三维场景建模，并配合红绿三维眼镜进行地面沉降三维效果的参数调整，使得图幅内场景立体特征更为明显。所以，本发明提供的方法，为地面沉降信息提供了新颖直观的表达形式，有利于此类专题成果的推广与应用，对大范围地面沉降的凹陷特征，可基于三维地理信息系统、数字图像处理、光栅立体成像与印刷技术，进行立体表达，图件新颖、直观、便于使用，有着较为广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供的地面沉降光栅立体图制作方法流程示意图；
图2是将时序InSAR监测形成的点文件转换成的shapefile文件的示例图；
图3是等值线和等值面示例图；
图4是二维平面成果图示例；
图5是地面沉降显著区域的源图示例；
图6是地面沉降显著区域的红绿三维图示例；
图7是不同观察角度的该区域地面沉降场景序列图示例；
图8是地面沉降显著区域光栅底图。
其中，有关二维平面成果图的标准中提出，图面上不同沉降值的区域应采用不同的颜色显示，以便于图件使用，所以示例图采用彩色图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种地面沉降光栅立体图制作方法，包括如下步骤：
S1，专题数据准备：获取地面沉降InSAR监测数据和基础数据，对所述地面沉降InSAR监测数据进行编辑生成等值线和等值面；对所述基础数据进行编辑生成基础地理图；将等值线和等值面、以及基础地理图按照设定的顺序进行叠置，赋予地面沉降InSAR监测数据和基础数据不同的图例，并选择恰当的比例尺、坐标系、投影和分幅方式，制作成为符合特定标准或特定要求的二维平面成果图；
其中，所述对所述地面沉降InSAR监测数据进行编辑生成等值线和等值面，具体为，在地理信息系统软件平台中处理时序InSAR监测形成的点文件，按沉降值间隔生成等值线，编辑修改不符合地面沉降分布规律的部位，生成综合制图可用的等值线，根据等值线转换得到相应的等值面，最终生成综合制图可用的等值线和等值面。
例如，对于天津地区的时序InSAR监测点数据，在地理信息系统软件平台ArcGIS中，转换为shapefile点文件(示例见图2)，按一定沉降值间隔生成等值线，在编辑修改不符合地面沉降分布规律的部位(如局部尖锐拐角)之后，生成综合制图可用的等值线，再根据等值线转换得到相应的等值面，在实际操作中，可以利用软件平台的线转面功能得到相应的等值面，最终生成综合制图可用的等值线和等值面(示例见图3)。
S1中，所述对所述基础数据进行编辑，具体为，对收集到的工作区基础地理数据在地理信息系统软件平台中按国标分类对点、线、面文件分别进行数据整理，形成基础地理图。
其中，点、线、面文件可以包括：地名、水系、地貌、控制点、公路、铁路、行政区界线等的文件。
本发明中，生成二维平面成果图时，可以按照如下示例进行操作，例如，选自1：100万标准分幅编号为K52的区域，将基础地理数据和位于该区域西北角的地面沉降InSAR监测数据编辑合格后，按照《全国地表形变遥感地质(InSAR)调查技术指南》(范景辉等，2015)的要求，编制了成果图(可参见示例图4)。
本发明中，在专题数据准备这一步骤建立了从InSAR监测点文件开始处理的流程，弥补了以往类似工作从规则栅格数据开始处理但不适用于不均匀分布的地面沉降时序InSAR监测点文件的不足。
S2，选择光栅的材质和性能参数，购置柱镜光栅板；
所述光栅的材质可以为聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；所述光栅的性能参数可以包括光栅板的线数、栅距、折射率和/或厚度。
S3，根据光栅的性能参数，将所述二维平面成果图制作为光栅底图；
具体可以为：采用仿实拍立体方法，通过现代计算机技术，在平面坐标要素的基础上，利用第三维度的等值线构建该维度上的数字模型，形成一种计算机虚拟立体显示系统，在系统中可以从任意角度来观测模型，获取图像多视角的信息。
可以包括如下步骤：
S301，将所述二维平面成果图中的等值线插值处理为栅格图像，生成地面沉降栅格图像；
S302，以所述地面沉降栅格图像作为构建三维形态的垂向要素，通过调整垂向夸张因子，构建地面沉降凹陷三维场景；具体为：
将各种夸张因子条件下的地面沉降凹陷三维场景输出为红绿三维效果图，观察者佩戴红绿三维眼镜进行比较，根据观察者意见设定三维场景的夸张因子，根据夸张因子构建地面沉降凹陷三维场景。
上述方法中，将各种三维场景输出为红绿三维效果图，观察者佩戴红绿三维眼镜进行比较，可以使得观察者对不同因子下的三维场景具有更为形象的感受。
S303，针对已构建的地面沉降凹陷三维场景，设定若干角度模仿实景拍摄的镜头，生成从这些角度观测三维场景的序列图像，并按照光栅立体成像原理，在三维立体图制作软件平台中将这些序列图像抽样合成为光栅底图。
在该步骤中，常见的地理信息系统软件平台中，都具有三维场景管理模块，能够导出生成从特定角度观测三维场景的图像。
另外，行业内有一些商业及非商业的三维立体图制作软件平台，所以，上述步骤中，可以利用三维立体图制作软件平台将这些序列图像抽样合成为光栅底图。
本发明中，在制作光栅底图的过程中，是将二维平面成果图中的等值线插值处理为栅格图像，对地面沉降总体状况进行三维场景建模，并配合红绿三维眼镜进行地面沉降三维效果的参数调整。传统的人物、风景立体图多侧重表达在像平面之上的凸起形态，与地面沉降特征相比，图幅内场景立体特征更为明显；当前常见的地形地貌立体图，所表达的起伏现象在变化剧烈程度上也比地面沉降更为明显，易于取得较好的立体视觉效果；与以往的工作流程在制作光栅底图这一步骤对地面沉降适用性差相比，本发明提供的方法更有利于制作出表达地面沉降凹陷形态的光栅底图。
S4，将所述光栅底图印刷在所述柱镜光栅板上，并进行印后处理
具体可以为，采用紫外印刷方法，直接在柱镜光栅板的背面上印刷光栅底图，其中，柱镜光栅板的背面为平面，使用紫外源将所印内容的油墨加以干燥，并在油墨干燥后在其上覆盖保护层。
具体实施例：
本发明具体实施例，按照本发明上述介绍的方法，制作地面沉降光栅立体图，具体包括如下步骤：专题数据准备、光栅选择、光栅底图制作、印刷及后处理，其中制作光栅底图是核心环节。
1、专题数据准备
按照本发明提供的方法，在该步骤中，得到一副包括地面沉降年均速率等值线并对等值面分级设色的数字平面图，名为“J50幅地表形变分布图”，具体信息如表1所示。
2、光栅选择
本具体实施例中，综合考虑了各种材料的稳定性、环保特性等因素，选定了PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)作为制作光栅板的材料。
根据成图内容疏密程度和观察需要，并考虑光栅制备技术现状，选择了具有高光栅线数的柱镜光栅，其光栅线数约为90.45lpi，栅距约为0.28mm，折射率约为1.59，厚度约为0.60mm，大小为700mm*500mm，成图后适合手持近距离观看。
3、制作光栅底图
本具体实施例中，源图选择为步骤1中得到的一副包括地面沉降年均速率等值线并对等值面分级设色的数字平面图，名为“J50幅地表形变分布图”，具体信息如表1所示，其中，地面沉降专题信息的提取和制图方法可参见以下参考文献。
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表1地面沉降光栅立体图源数据概况
本实施例中，具体按照如下步骤制作光栅地图：
3.1等值线插值处理为栅格图像
在ArcGIS平台中，将J50幅地表形变分布图的地面沉降速率等值线利用克里金插值方法处理为栅格图像，并将基础地理信息等辅助要素与栅格图像匹配形成工程文件。
3.2构建地面沉降凹陷三维场景
在ArcScene的支持下，以地面沉降速率值作为构建三维形态的垂向要素，通过调整垂向夸张因子，基于工程文件构建具有较好视觉效果的地面沉降凹陷三维场景。在此过程中，为了使观察者对不同因子下的三维场景具有更为形象的感受，将各种三维场景输出为红绿三维效果图，观察者佩戴红绿三维眼睛进行比较。以地面沉降显著的沧州市附近区域为例，源图如图5所示和其对应的红绿三维效果如图6所示。
3.3合成光栅底图
利用立体图像制作软件，针对已构建的三维场景，生成光栅底图。在此过程中从13个角度获取了三维场景的序列图像，相当于模仿了从13个角度做实景拍摄的镜头。由图7可见，在固定地理位置的小窗口内，相同的地面沉降速率等值线在不同镜头下的窗口内逐渐右移，且形状也稍有扭曲变化。根据光栅底图分辨率等于光栅线数与镜头数乘积的原则，设置光栅底图分辨率约为1175.82dpi，将序列图像抽样合成为光栅底图。由图8可见光栅底图的合成效果，在地面沉降较为明显的地区是条带状模糊不清的影像。在无形变地区，光栅底图与源图件一致。
4、印刷和印后处理。
本具体实施例中，印刷方法采用UV(紫外)印刷，直接在柱镜光栅板的背面(为一平面)上印刷光栅图像，使用紫外源将所印内容的油墨加以干燥。印后处理方法是在油墨干燥后在其上覆盖保护层。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明提供的地面沉降光栅立体图制作方法，包括专题数据准备、光栅选择、光栅底图制作、印刷及后处理步骤，通过从InSAR监测点文件开始进行数据处理，弥补了以往类似工作从规则栅格数据开始处理但不适用于不均匀分布的地面沉降时序InSAR监测点文件的不足，同时，通过将二维平面成果图中的等值线插值处理为栅格图像，对地面沉降总体状况进行三维场景建模，并配合红绿三维眼镜进行地面沉降三维效果的参数调整，使得图幅内场景立体特征更为明显。所以，本发明提供的方法，为地面沉降信息提供了新颖直观的表达形式，有利于此类专题成果的推广与应用，对大范围地面沉降的凹陷特征，可基于三维地理信息系统、数字图像处理、光栅立体成像与印刷技术，进行立体表达，图件新颖、直观、便于使用，有着较为广阔的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种地面沉降光栅立体图制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，专题数据准备：获取地面沉降InSAR监测数据和基础数据，对所述地面沉降InSAR监测数据进行编辑生成等值线和等值面；对所述基础数据进行编辑生成基础地理图；将等值线和等值面、以及基础地理图按照设定的顺序进行叠置，赋予地面沉降InSAR监测数据和基础数据不同的图例，并选择恰当的比例尺、坐标系、投影和分幅方式，制作成为符合特定标准或特定要求的二维平面成果图；
S2，选择光栅的材质和性能参数，购置柱镜光栅板；
S3，根据光栅的性能参数，将所述二维平面成果图制作为光栅底图；
S4，将所述光栅底图印刷在所述柱镜光栅板上，并进行印后处理。
2.根据权利要求1所述的地面沉降光栅立体图制作方法，其特征在于，S1中，所述对所述地面沉降InSAR监测数据进行编辑生成等值线和等值面，具体为，在地理信息系统软件平台中处理时序InSAR监测形成的点文件，按沉降值间隔生成等值线，编辑修改不符合地面沉降分布规律的部位，生成综合制图可用的等值线，根据等值线转换得到相应的等值面，最终生成综合制图可用的等值线和等值面。
3.根据权利要求1所述的地面沉降光栅立体图制作方法，其特征在于，S1中，所述对所述基础数据进行编辑，具体为，对收集到的工作区基础地理数据在地理信息系统软件平台中按国标分类对点、线、面文件分别进行数据整理，形成基础地理图。
4.根据权利要求1所述的地面沉降光栅立体图制作方法，其特征在于，S2中，所述光栅的材质为聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；所述光栅的性能参数包括光栅板的线数、栅距、折射率和/或厚度。
5.根据权利要求1所述的地面沉降光栅立体图制作方法，其特征在于，S3具体为：采用仿实拍立体方法，通过现代计算机技术，在平面坐标要素的基础上，利用第三维度的等值线构建该维度上的数字模型，形成一种计算机虚拟立体显示系统，在系统中可以从任意角度来观测模型，获取图像多视角的信息。
6.根据权利要求5所述的地面沉降光栅立体图制作方法，其特征在于，S3包括如下步骤：
S301，将所述二维平面成果图中的等值线插值处理为栅格图像，生成地面沉降栅格图像；
S302，以所述地面沉降栅格图像作为构建三维形态的垂向要素，通过调整垂向夸张因子，构建地面沉降凹陷三维场景；
S303，针对已构建的地面沉降凹陷三维场景，设定若干角度模仿实景拍摄的镜头，生成从这些角度观测三维场景的序列图像，并按照光栅立体成像原理，在三维立体图制作软件平台中将这些序列图像抽样合成为光栅底图。
7.根据权利要求6所述的地面沉降光栅立体图制作方法，其特征在于，S302中，所述通过调整垂向夸张因子，构建地面沉降凹陷三维场景，具体为：
将各种夸张因子条件下的地面沉降凹陷三维场景输出为红绿三维效果图，观察者佩戴红绿三维眼镜进行比较，根据观察者意见设定三维场景的夸张因子，根据夸张因子构建地面沉降凹陷三维场景。
8.根据权利要求1所述的地面沉降光栅立体图制作方法，其特征在于，S4具体为：采用紫外印刷方法，直接在柱镜光栅板的背面上印刷光栅底图，其中，柱镜光栅板的背面为平面，使用紫外源将所印内容的油墨加以干燥，并在油墨干燥后在其上覆盖保护层。
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