等值线分析系统实际应用之等值线绘制

董秀强

（河北省承德水文水资源勘测局 承德市 067000）

1 数据准备

数据文件的格式要求最少要包括横坐标X、纵坐标Y 和数值坐标Z 三列，还可以包括其它一些标识列，要求纯文本文件格式。可以有标题行，也可以没有标题行。如附表是一个可以导入并进行网格化的数据表。导入前请将本表另存为“,”号间隔的“.csv”格式。

数据准备要注意： 不能有重复数据（坐标完全重复的一定要删除）。表格标题行要规范，不能以数字开头，不能含有一些特殊符号如双引号“”等。

2 网格化数据

（1）打开“基于GIS 的等值线分析系统”。

（2）点击“等值线数据”菜单下的“网格化数据”，出现文件选择对话框，选择上述已准备好的数据文件，打开后如图1：

附表 河北省某区域2008～2010年年降水量表

图1 网格化数据

在对话框中可以进行重复点检查，如有重复点，请点取消，并整理数据后重来。

（1）请选择X、Y、Z 对应的标题列。

（2）选择正确的坐标系统。可以修改安装目录下的"mapinfow.txt"文件来添加坐标系统，以适应更多的地理投影系统。

（3）选择网格化方法。

（4）确认。

可以用X 列至X 列作为Z 值进行连算，连算时采用相同的网格化方法和相同的参数设置，在水资源评价等项目中大大提高了工作效率。

3 绘制等值线

3.1 径向基函数法

在网格化方法中选择径向基函数法，此方法为采用随机过程全局数学模型生成的曲面，具有通过全部已知点，无限次微分连续的特点，可以得到十分光滑的等值线。通过选择不同的协方差函数和相关参数，可以控制模型曲面的形状变化，从而达到使等值线更加符合实际情况的效果（图2）。

图2 参数设置

（1）数据统计： 此部分为自动对数据进行统计而来，不用修改。

（2）数学模型：可按要求设置各个选项。第一个选项包括有“二次曲面、反转二次曲面、对数、和反转对数”是用来选择不同的全局数学模型。第二个选项是“U/U0”，选取的是模型用来计算的均值，1.0 表示取用是算术平均值，此项一般不用修改。第三项是“P/P0”，是用来设置距离权重的，数据越大，数据点相互间的影响越大，等值线趋向开放趋势，数值越小，数据点间的影响越小，等值线呈闭合趋势。默认参数为绘制等值线时效果较好的参数。

（3）网络化区域：X、Y 的最大、最小值决定着网格区域的大小，可以修改为你认为合适的大小。一般要求网格化区域要能覆盖整个区域的边界。

X、Y 的行数是指网格剖分的密度，数值越大，则网格越小，计算越慢。但数值太小，则精度不够。一般可设为（100～500）。设置网格行数，则间距自动变化。

（4）输出网格文件：指定了输出的网格文件存放的位置及文件名，可以任意修改。建议使用连算时不要修改文件名。

（5）未控区域插补控制点：选中此选项会在数据网格化之前插补一些控制点，主要为了解决数据点少，且距离边界较远时，等值线外延产生误差较大的问题。

（6）使用三角网内插时行数据加密：选中此选项会在网格化数据之前对数据进行三角网加密，主要用来解决数据点太稀，等值线走向任意性较大的问题。

设置好所有参数后按“网格化”按钮，在生成网格化文件（.GRD 文件）的同时，将数据点展绘在一个图层上，如图3。

图3 数据图层

展绘后的点子是没有标注的，上图中红色的标注是后加上的，方法如下：

在图上点右键：图层控制，出现图4 图层。

图4 图层控制

勾选石家庄雨量点数据后面的第四个勾 （自动标注），然后点击“标注”按钮，出现图5 图层。

图5 石家庄市雨量点数据选项

这时可以选择任一列名对数据点进行标注，也可以选择表达式进行更为复杂的标注图6。

输入正确表达式，确定即可实现上图中站名和雨量同时标注的图层了。

3.2 克里格法

图6 数据点标注

在网格化方法中选择克里格法。协克里格法(Cokriging)主要目的是对随机函数Z(Ⅱ)在非取样点的不确定性做出估计。克里格法从统计的意义上说，是从变量相关性和变异性出发，在有限区域内对区域化变量的取值进行无偏、最优估计的一种方法；从插值的角度讲是对空间分布的数据求线性最优、无偏内插估计一种方法。其核心技术用半变异函数模型代表空间中随距离变化的函数，以无偏估计与最小估计变异数的条件下，决定各采样点的权重系数，最后以各采样点与已求得的权重线性组合，来求空间任意点或块的内插估计值。

在出现的对话框中选高级选项，如图7。

图7 克里格法数据模型选项

在高级选项中可选择数学模型，点参数反演则检验方差最小为原则求出相应的各参数值，以取得最佳拟合效果。然后点“应用”则回到网格化界面图8。

网格化界面中仍然可以修改各个参数，修改网格化区域的大小以及格网分割密度。

点“网格化”按钮，在生成网格化文件（.GRD 文件）的同时，将数据点展绘在一个图层上。

3.3 趋势面法

图8 应用后的网格化界面

克里格法和径向基函数法，都是对空间点的随机变化给出特定的数学模型。当数据存在明显的趋势时（如大面积的多年平均降水量是从西北向东南递增的），应该先将数据剔除趋势面，通过回归分析原理，运用最小二乘法拟合一个二维非线性函数，把实际的地理曲面分解为趋势面和剩余面两部分，前者反映地理要素的宏观分布规律，属于确定性因素作用的结果；而后者则对应于微观局域，是随机因素影响的结果。再用克里格法或径向基函数法对剩余面进行网格化，将趋势面加回到网格化好的文件，形成新的网格文件，用新的网格文件进行等值线绘制。

4 等值线绘制

有了数据网格化文件，就可以绘制等值线了。选菜单中“等值线数据-绘制等值线”选择一个网格化文件（GRD 文件）。打开后到下面的界面（图9）。

图9 等值线绘制网格

点击等值线值来设置等值线分划，即等值线值的最大值、最小值、步长及小数位数。点击等值线颜色可设置每一条等值线的颜色。双击相应栏目可以修改各类参数值（图10）。

图10 绘制成的等值线

5 等值线的修饰

绘制好的等值线作为Map 的一个图层，你可以把它叠加在其它任意图层上，可以另存为一张图片。使得绘制完成的等值线不再是一个孤立的图像，而是一个同地理系统融为一体的、可编辑、可操作的对象。如图11是一个经过裁剪并加入其它地理信息的输出图。

图11 修饰后的等值线图

6 结 语

经过两年的实际应用，基于GIS 的等值线分析系统所绘制的等值线完全能够满足工作的需要，不论从等值线的合理性还是光滑性上都能达到令人满意的效果。且同地理信息系统结合为一体，能够非常方便地同其它地理信息一同处理及应用。在雨水情报汛、水资源规划、水资源评价等领域发挥了巨大作用。