envi制图与三维可视化

基于GIS的水利水电工程三维可视化图形仿真方法与应用

摘要：在水利水电工程领域，三维可视化可以帮助工程师更好地模拟和分析工程内部结构、性能和动态变化，有助于准确地评估工程的效果和安全性。同时，三维可视化还可以为工程决策提供科学依据和技术支持，提高工程的效率和质量。本文介绍了基于GIS的水利水电工程三维可视化图形仿真方法及其应用，分析了三维可视化在水利水电工程领域的重要性，探讨了目前存在的问题，提出了相关策略。通过对水利水电工程数据的采集、处理和展示，可以更直观地展示水利水电工程的结构、布局和性能，为工程决策提供支持。

关键词：GIS；水利水电工程；三维可视化；图形仿真；应用

随着科技的发展，水利水电工程在建设和管理中需要更加先进的工具和技术。三维可视化作为一种直观的表现形式，可以帮助工程师更好地理解和分析水利水电工程的复杂数据和结构。因此，基于GIS的水利水电工程三维可视化图形仿真方法及其应用变得尤为重要。

1.基于GIS的水利水电工程三维可视化图形仿真方法与应用问题

1.1数据获取困难

由于水利水电工程涉及的地理空间数据种类繁多、来源分散，且涉及的范围较大，因此在获取和整合相关数据时面临诸多困难。这些数据可能来自不同的部门或单位，格式不统一，甚至存在数据缺失或不完整的情况，导致在建立三维可视化模型时难以有效地进行数据输入和处理[1]。此外，数据的更新、维护和共享也是一个难题，需要制定合理的数据管理机制和规范，保证数据的及时性和准确性。因此，如何解决数据获取困难的问题，提高数据采集和整合的效率，是GIS在水利水电工程三维可视化图形仿真中亟需解决的关键问题。 1.2数据处理复杂

水利水电工程涉及到大量的地理信息数据，包括地形地貌数据、水文水资源数据、工程设施数据等，这些数据通常具有不同的格式、来源和分辨率，需要经过统一处理和整合。三维可视化要求对地理数据进行空间分析和模型构建，这涉及到复杂的空间计算和地理信息处理技术[2]。此外，数据的准确性和完整性对于仿真结果的准确性至关重要，因此需要对数据进行质量控制和验证。综合以上因素，数据处理在基于GIS的水利水电工程三维可视化中具有挑战性。

利用ENVI自带全球DEM数据计算区域平距高程

ENVI是一种用于处理遥感数据的软件，它提供了自带的全球数字高程模型(DEM)数据集，可以用来计算区域的平均高程、距离和高度等信息。在本文中，我将介绍如何使用ENVI来计算区域的平均距离和高度。

首先，我们需要加载ENVI软件，并导入全球DEM数据。在ENVI中，可以通过选择“File”->“Open Data File”来导入全球DEM数据。选择正确的文件路径，并确认已经正确地加载了DEM数据。

导入数据后，我们需要定义我们想要计算的区域。可以使用ENVI的ROI工具来定义一个感兴趣的区域。在ENVI中，选择“ROI”->“New

ROI”来创建新的ROI。然后，使用工具栏上的绘图工具来绘制一个多边形，定义我们感兴趣的区域。

绘制完成后，选择“ROI”->“Finish ROI”来完成ROI的定义。此时，我们可以在ENVI的“ROI”窗口中看到我们创建的ROI。

接下来，我们可以使用ENVI的分析工具来计算区域的平均距离和高度。在ENVI中，选择“Analyze”->“Terrain Analysis”->“Profile

Surface”来计算剖面表面。在“Profile Surface”对话框中，选择导入的全球DEM数据作为输入栅格，并选择我们定义的ROI作为输出区域。

点击“OK”按钮后，ENVI将计算区域的剖面表面。完成后，我们可以在ENVI的“Image”窗口中看到生成的剖面图。在该图像中，我们可以通过鼠标测量工具测量区域的平均距离和高度。

此外，除了计算区域的平均距离和高度，ENVI还提供了其他的地形分析工具，如计算地形坡度和方位等。通过选择“Analyze”->“Terrain

Analysis”菜单，我们可以使用这些工具来进一步分析区域的地貌特征。总结起来，使用ENVI自带的全球DEM数据，我们可以很方便地计算区域的平均距离和高度。通过按照上面的步骤，我们可以在ENVI中完成这些计算，并获得区域地形信息。希望这些信息可以帮助你更好地理解和利用ENVI软件来处理遥感数据。

ENVI遥感影像处理软件最新版本4

ENVI遥感影像处理软件最新版本4.2将于今秋推出! 继2004年ENVI4.1版本正式发布之后，ENVI下一版本4.2将于2005年秋季正式发布，目前正在 Beta过程中。ENVI4.2版本将会是ENVI软件发展过程中的一个重要里程碑，新版本将会沿着支持最新遥感传感器数据、快速进行地物空间和波谱信息自动获取和识别的方向，在影像快速预处理（影像自动配准）、快速DEM提取（摄影测量工具）、快速自动信息提取（多光谱、高光谱分析工具）等功能上进行了极大的强化：

• 影像快速预处理工具——影像自动配准功能， ENVI的自动几何纠正工具可完成两幅图像控制点的自动选取，并对此两幅图像进行几何纠正。传统的手工选取地面控制点的方式如今可以被几秒钟的自动选点所取代，省时省力精度高！ • 快速DEM提取——ENVI摄影测量工具包，从航片或立体像对中提取DEM，针对推扫式传感器 (ASTER, IKONOS, QuickBird, OrbView-3, SPOT5)，全面支持RPC模型参数，尽可能用最少的地面控制点达到有效的精度。 • 快速自动信息提取——ENVI新增SMACC（Sequential Maximum Angle Convex Cone）终端单元提取和BandMax波谱角（SAM）目标探测器工具 SMACC是一种新的自动识别实地地物的方法。它是一种比传统的波谱影像处理流程更自动化的方法，需要更少的先验知识和更少的时间。基于BandMax的波谱角（SAM）目标探测器工具允许用户使用BandMax向导实现快速目标检测功能。对于目标和背景比较相似或目标隐藏在较小的影像像元中的区域检测效果尤佳。可有效用于伪装物检测。 • 植被分析工具：ENVI新的植被工具可产生用于精准农业、林业管理和火点监测的专题分类制图。另外，植被指数计算器提供了更大的灵活性，可分析27种与绿度、光合有效利用率、植被冠层含氮、碳衰减、植被含水量及叶绿素相关的不同的植被指数。 • 将原始的辐亮度转换为反射率：ENVI的log residuals工具降低了由于地形、大气、仪器自身及太阳光照的变化而引起的光谱噪音。 • 无损影像波谱信息的影像融合算法：Gram-Schmidt 波谱锐化和PC波谱锐化，能有效保持融合前后影像波谱信息的一致性。

第1章感图像处理软件ENVI基本操作

实验目的：掌握遥感图像处理软件基本界面信息和数据文件的打开方法

主要内容：

（1）遥感图像处理软件ENVI界面总体介绍；

（2）ENVI软件能识别的图像类型介绍

（3）各种图像文件的打开

重点： ENVI能识别的文件类型

第1节 ENVI软件简介

遥感图像处理软件主要有ENVI，PCI ，ERDAS，ERMAPPER等。ENVI软件 (The Environment for Visualizing Images)由美国Research Systems,Inc．公司（RSI）的产品。由遥感领域的科学家采用IDL（Interactive Data Language）开发的一套功能强大的遥感图像处理系统.

IDL是进行二维或多维数据可视化、分析和应用开发的理想工具。

ENVI是一个完整的遥感图像处理平台，其软件处理技术覆盖了图像数据的输入/输出、定标、图像增强、纠正、正射校正、镶嵌、数据融合以及各种变换、信息提取、图像分类、基于知识的决策树分类、与GIS的整合、DEM及3维信息提取、雷达数据处理、3维立体显示分析，提供了专业可靠的波谱分析工具和高光谱分析工具。

其主要应用领域：科研、环境保护、气象、石油矿产勘探、农业、林业、医学、国防和安全、地球科学、公用设施管理、遥感工程、水利、海洋、测绘勘察和城市与区域规划等。

IDL 是集科学数据分析、可视化表达和跨平台应用开发等功能为一体的第四代可视化计算机语言。它是面向矩阵的、完全支持对数组的直接操作，具有快速分析超大规模数据的能力，速度比传统语言如C、C++等有很大的提升。它包括了高级图像处理能力、交互式二维和三维图形技术、面向对象的编程、OpenGL硬件图形加速功能、集成的数学分析与统计软件包、完善的信号分析和图像处理功能、灵活的数据输入输出方式、跨平台的图形拥护界面工具包、连接ODBC兼容数据库、支持远程服务器访问数据以及具有多种外部程序连接方式。它成为数据分析和可视化的首先工具。

ENVI下的统计分析功能

ENVI是一款功能强大的遥感图像分析软件，具有丰富的统计分析功能，可以帮助用户更好地理解和分析遥感图像数据。在ENVI中，用户可以使用各种统计工具和算法进行数据处理、分析和可视化，以提取出图像数据中的有用信息和特征。下面将介绍ENVI中的一些主要统计分析功能及其应用。

1.直方图分析

直方图是一种常用的统计分析方法，用于表示图像数据的分布情况。在ENVI中，用户可以通过直方图分析工具查看、绘制和分析图像数据的直方图，从而了解数据的分布情况和特征。用户可以选择不同的波段进行直方图分析，比较不同波段之间的差异，并根据直方图分析结果进行后续的数据处理和分析。

2.统计数据分析

ENVI提供了丰富的统计数据分析工具，可以对图像数据进行各种统计计算和分析。用户可以使用这些工具进行均值、方差、相关性等统计计算，了解图像数据之间的关系和特征。同时，用户还可以进行空间统计分析，如聚类分析、热点检测等，发现数据中的空间模式和趋势。

3.特征提取与分类

在ENVI中，用户可以通过特征提取和分类工具对图像数据进行特征提取和分类分析。用户可以选择不同的特征提取算法，如主成分分析、线性判别分析等，提取出图像数据中的关键特征，用于后续的分类和识别。同时，用户还可以使用分类工具对提取的特征进行分类分析，识别出图像数据中的不同类别和目标。 4.空间分析

ENVI还提供了丰富的空间分析功能，可以对图像数据进行空间统计分析、地理空间分析等。用户可以进行空间聚类分析、空间关联分析、空间插值等，发现数据中的空间特征和结构。同时，用户还可以进行地理空间分析，如坐标转换、地图叠加等，将图像数据与地理信息相结合进行综合分析。

5.时间序列分析

时间序列分析是一种常用的统计分析方法，用于研究图像数据随时间变化的规律和趋势。在ENVI中，用户可以通过时间序列分析工具对图像数据进行时间序列分析，了解数据在不同时间点的变化情况。用户可以通过时间序列分析，揭示数据的季节性变化、趋势性变化等，为后续的数据分析和决策提供依据。

ENVI高光谱数据处理流程

一、显示图像波谱

1. 打开文件：主菜单中，File→Open Image File→文件名.raw或者Window→

Available Bands List→File →Open Image File→文件。

2. 显示真彩色图像：波段列表（Available Bands Lis）中，右键→Load TrueColor。

3. *设置像素大小：主窗口（Display）中，右键→Pixel Locator。

4. 绘制波谱：主窗口中，右键→Z Profile（Spectrum）。

5. 收集任意点波谱：Spectral Profile中，Options→Collect Spectra，点击图像任意位置，即可得到不同光谱的曲线。

6. 光谱平滑：Spectral Profile中，Options→Set Z Profile Avg Window，将window size 换成

m*n，即对图中m*n个点的光谱做积分平滑（例如3×3）。

7. 部分光谱：主菜单→Basic Tools→Resize Data(Spatial/Spectral)→Spectral

Subset，选择需要的光谱波段。生成新的文件，右键→Load True Color to。

显示新图像。

8. 关闭所有文件：File→Close All Files。二、标准波谱库

主菜单→Spectral→Spectral Libraries→Spectral Library Viewer→安装文件夹

下，ITT\IDL\IDL80\products\envi48\spec_lib。

共有usgs_min、veg _lib、jpl_lib、jhu_lib四个标准波谱库。

在Spectral Library Viewer中，单击波谱名称，自动显示波谱。

三、自定义波谱库

1. 输入波长范围：在菜单中，Spectral Spectral Library→Spectral Library Builder

envi提取纹理特征步骤

纹理特征是指图像中的纹理信息，通过提取纹理特征可以对图像进行分类、分割和识别等操作。envi是一款功能强大的遥感图像处理软件，可以用来提取纹理特征。本文将介绍使用envi提取纹理特征的步骤。

第一步是打开图像。在envi中，可以通过“File”菜单中的“Open”选项来打开需要处理的图像。打开后，图像将显示在envi的主窗口中。

第二步是选择感兴趣区域。在提取纹理特征之前，需要选择感兴趣的区域。可以通过envi的工具栏中的“ROI”按钮来选择感兴趣区域。在弹出的窗口中，可以选择矩形、圆形或多边形等形状，然后在图像中拖动鼠标来绘制感兴趣区域。

第三步是选择纹理特征提取方法。envi提供了多种纹理特征提取方法，包括灰度共生矩阵（GLCM）、灰度差异矩阵（GLDM）和灰度尺度变换（GST）。可以通过envi的工具栏中的“Raster”按钮来选择相应的纹理特征提取方法。

以GLCM为例，第四步是设置GLCM参数。在GLCM设置窗口中，可以选择计算GLCM的方向（水平、垂直、对角线等），距离和灰度级数等参数。根据实际情况调整参数值，然后点击“OK”按钮。

第五步是计算纹理特征。在设置完参数后，可以通过envi的工具栏中的“Raster”按钮选择“Texture”选项，然后选择“Calculate

Texture”来计算纹理特征。计算完成后，纹理特征将显示在envi的主窗口中。

第六步是可视化纹理特征。可以通过envi的工具栏中的“Raster”按钮选择“Texture”选项，然后选择“Display Texture”来可视化纹理特征。在弹出的窗口中，可以选择显示的纹理特征类型和颜色表等参数，然后点击“OK”按钮。可视化后，纹理特征将以彩色图像的形式显示在envi的主窗口中。

第七步是保存纹理特征。可以通过envi的工具栏中的“File”按钮选择“Save As”选项来保存纹理特征。在弹出的窗口中，可以选择保存的文件格式和路径，然后点击“Save”按钮。保存后，纹理特征将以文件的形式保存在指定的路径中。

测绘技术中的地形图绘制软件推荐

地形图是测绘技术中的重要工具，它通过绘制地表的高程和地貌特征，为工程规划、农林业生产、环境保护等提供了基础数据支持。在过去，地形图的绘制主要依赖于传统的手工制图方法，耗时耗力且精度较低。随着科技的发展和计算机应用的普及，地理信息系统（GIS）的出现为地形图绘制带来了革命性的变革。现如今，许多专业绘图软件已经涌现出来，为测绘人员提供了更高效、便捷的制图工具。本文将介绍几款值得推荐的地形图绘制软件。

首先，我们来谈谈全球较为知名的ArcGIS软件。ArcGIS由美国Esri公司开发，是一款功能强大的地理信息系统软件。它提供了丰富的地图制作工具和强大的数据处理能力，可以应用于各种测绘任务。对于地形图绘制而言，ArcGIS提供了多种数据分析和地图制作功能，包括多元高程分析、坡度坡向计算、曲率分析等，能够生成高质量的地形图像。此外，ArcGIS还支持多种数据格式的导入和导出，方便与不同平台的数据进行交互和共享。

除了ArcGIS，ENVI软件也是地形图绘制领域的佼佼者。ENVI由美国Exelis公司开发，是一款专业的遥感图像处理与分析软件。它能够处理多种遥感数据，如卫星影像、激光雷达数据等，并提供了丰富的图像处理和分析功能。对于地形图绘制，ENVI可以进行数字高程模型（DEM）的制作和重建，通过数据融合和影像分类技术，生成具有高分辨率和高精度的地形图。此外，ENVI还提供了强大的遥感数据可视化功能，能够以多种方式展示地形特征，方便用户进行地形变化的观察和研究。

另外，AutoCAD软件也是测绘行业中备受推崇的绘图工具之一。AutoCAD是由美国Autodesk公司开发的二维和三维计算机辅助设计软件，广泛应用于建筑、土木工程和测绘等领域。对于地形图的绘制而言，AutoCAD提供了丰富的线条绘制和填充功能，可以根据实际地形数据绘制等高线、坡度等特征线条，并进行灰度或彩色填充。此外，AutoCAD还配备了多种辅助设计和编辑工具，如实体建模、点云处理等，方便用户对地形图进行进一步修改和修正。

ENVI4.8新功能

ENVI4.8的新功能

ENVI是快速、便捷、准确地从影像中提取信息的首屈一指的软件解决方案。ENVI4.8于

2010年11月16日正式发布，该版本中，ENVI与ArcGIS的一体化有了很大改进，新增激光

雷达数据浏览器，新增传感器/数据格式支持，增强了ENVI EX和ENVI Zoom中的功能。

ENVI4.8的新功能包括：

 与 ArcGIS一体化的改进

 新增LiDAR浏览器

 新增传感器和文件格式的支持

 ENVI库程序中新增Geodatabase读写函数

 新增ENVI常用功能

 ENVI Zoom的改进

 ENVI EX的改进

1. 与ArcGIS一体化的改进

随着遥感GIS一体化在各行业的应用，用户需要越来越简便的遥感GIS软件一体化操作。

ENVI4.8完全兼容ArcGIS10和ArcGIS9.3，用户可以直接在ArcGIS Toolbox中使用ENVI功能，

这些ENVI工具可以用来进行GP建模和分析，此外，为 ArcGIS® Server 设计的ENVI工具允

许用户协调服务器上的资源分类，提高大数据量的处理和流程化分析速度。  ENVI Tools for ArcGIS Desktop

在安装ENVI4.8时，可直接将ENVI的专业图像处理功能安装到ArcGIS Desktop中。在

ArcGIS Toolbox中会拥有一个ENVI Tools工具，都是流程化的处理工具，包括：

• 变化检测

• 探测和提取感兴趣地物

• 分类或土地覆盖

• 异常探测

也可以将自定义的ENVI功能添加到工具箱中，用户可在ArcGIS Desktop 平台下对栅格数据进行各样的处理。

图1： ENVI Tools for ArcGIS  ENVI Tools for ModelBuilder

可以用ModelBuilder将ArcGIS Toolbox中的ENVI工具或用户自定义的工具拖放到建模界面

tif提取高程点

TIF（Tagged Image File Format）是一种常见的图像文件格式，它可以存储各种类型的数据，包括高程数据。在地理信息系统（GIS）中，TIF文件通常用于存储地形或地貌数据，以供进行地形分析、制图和三维可视化等操作。本文将介绍如何提取TIF文件中的高程点。

为了提取TIF文件中的高程点，我们需要借助专业的GIS软件，例如ArcGIS、QGIS或ENVI等。这些软件提供了一系列功能和工具，可以处理和分析TIF文件中的高程数据。

一般来说，提取TIF文件中的高程点的步骤包括以下几个方面：

1.导入TIF文件：

在GIS软件中，打开或导入TIF文件。可以通过"导入"、"打开"或"加载"等相关功能，在软件中将TIF文件加载到地图界面上。

2.数据预览和选择：

在地图界面上，可以进行数据预览和选择。根据自己的需求，选择需要提取高程点的区域或范围。 3.创建高程点图层：

在GIS软件中，可以使用相关工具创建一个新的图层，专门存储提取出来的高程点数据。这个图层可以是点矢量图层或栅格图层，具体选择取决于后续分析和应用的需求。

4.提取高程点：

在GIS软件中，有一些工具可以直接从TIF文件中提取高程点数据。这些工具通常包括"提取"、"采样"、"栅格到点"等相关功能。通过选择合适的工具和参数设置，可以提取出TIF文件中特定位置的高程点，并将其保存到新创建的图层中。

5.分析和处理：

提取高程点后，可以对其进行进一步的分析和处理。例如，可以计算高程点的均值、最大值、最小值等统计量；可以根据高程点的分布模式进行插值或拟合；还可以根据高程点进行地形可视化、等高线生成等操作。

6.结果展示和输出：可以将提取的高程点结果展示和输出。可以在GIS软件中生成和编辑地图，将高程点图层与其他图层进行叠置；可以导出高程点数据为Excel、CSV或Geodatabase等格式，以便与其他软件进行数据交换和分析。