QGIS 3.10 插值与等值线提取

插值（Interpolation）通过离散的点状数据生成连续的面状数据，是常用的GIS分析技术。现实世界中的很多现象是连续的，比如高程、土壤、温度等，很难通过对整个表面进行测量的方式完成对这些连续现象的建模。通常是沿着表面的不同点位进行测量得到离散的测量值，中间值则是通过 “插值”的过程推断得出。

QGIS 3.10包含两种插值工具：不规则三角网插值（TINInterpolation）和反距离加权法插值（IDWInterpolation）。

任务概述

通过对德克萨斯州阿灵顿湖（Lake Arlington）进行实地深度测量，并根据测量结果绘制高程地形图和等值线（contours ）。

将会学到的其他技巧

• 用点数据绘制等值线。
• 掩膜（mask）栅格图层的无数据值像元。
• 为矢量图层添加标签专题图。

获取示范数据

本教程采用的示范数据为克萨斯州水利发展部（Texas Water Development Board ）的shape格式湖泊调查数据，下载链接如下：

http://www.qgistutorials.com/downloads/Shapefiles.zip

将QGIS界面设置为中文

制作地图之前，请将您的QGIS软件界面设置为简体中文（如果您已经设置过了，可以忽略本节后续内容）。操作方式为：通过菜单【Settings】->【Options…】打开对话框，选择其中的【General】标签，找到“Override system locale”前面的复选框并打勾，在“User Interface Transaction”下拉框中找到并选择“简体中文”，单击【OK】，退出QGIS。重新启动QGIS后即可看到简体中文界面。

详细操作步骤

1. 打开QGIS，点击菜单【图层】->【添加图层】->【添加矢量图层…】。

2. 在【数据源管理器|矢量】对话框中，【源类型】选中“文件”单选框，点击【矢量数据集】右侧的【…】按钮，浏览到下载的压缩文件。点击【添加】按钮。
   

3. 在弹出的【请选择要添加的矢量图层…】对话框中，按住键盘上的Shift键，选中Arlington_Soundings_2007_stpl83.shp和Boundary2004_550_stpl83.shp，点击【OK】按钮。
   

4. 选中的两个图层加载到了QGIS地图窗口中，Boundary2004_550_stpl83是湖泊界线面图层，在【图层】面板中取消选中该图层前面的复选框，使其不显示在地图窗口中。
   

5. 湖泊界线图层关闭后，Arlington_Soundings_2007_stpl83图层显示了出来。这个图层看起来像是线数据，实际上是由一系列非常密集的点数据构成。
   

6. 点击【地图浏览】工具栏的【放大】按钮，将图层放大即可看到点状数据。每个点代表由差分GPS设备记录的该位置上测深仪（Depth Sounder）测得的湖泊深度数据。
   

7. 按下【属性】工具栏上的【识别要素】按钮，点击地图上任意的点，该点的属性信息出现在地图右侧的【识别结果】面板中。其中，“ELEVATION”属性表示湖泊该位置的深度，它将作为插值计算的输入参数，用于创建湖泊的深度地形图和等值线图。
   

8. 本教程采用不规则三角网插值算法对点数据进行插值。点击菜单【处理】->【工具箱】。
   

9. 在【处理工具箱】面板中找到【插值】->【不规则三角网插值】工具，双击运行。
   

10. 在弹出的【不规则三角网插值】对话框中，【输入图层】面板的【矢量图层】下拉框选择“Arlington_Soundings_2007_stpl83”，【插值属性】选择“ELEVATION”字段。点击【+】按钮，将上述选择结果添加到表格中。【插值方法】保持默认的“线性”。点击【范围（xmin,xmax,ymin,ymax）】右侧的【…】，在弹出菜单选择【使用图层范围】，当前图层的左上角点和右下角点坐标将自动填充到文本框中。【输出栅格大小】面板中，设置【横坐标像素大小】和【纵坐标像素大小】为5，表示输出数据中每个像元的大小代表实际距离5英尺。点击【插值】右侧的【…】按钮，将输出文件命名为：“elevation_tin.tif”。点击【运行】按钮开始插值计算。
    
    备注：根据插值方法和设置参数的不同，插值得到的结果可能大相径庭。QGIS支持不规则三角网（Triagulated Irregular Network (TIN)）和反距离加权法（Inverse Distance Weighting (IDW)）两种插值方法。TIN方法常用于高程数据插值计算，IDW方法则常用于其他数据插值计算中，如矿物浓度、人口密度等。

11. 计算完成后，QGIS地图窗口中添加了插值得到的图层：“elevation_tin”，右键点击该图层，在弹出菜单中选择【缩放到图层范围】，将该图层全图显示在地图窗口中。
    

12. 在点数据测量区域以外，插值算法很难得到准确的计算结果。本教程示范数据是湖泊深度测量点数据，可以明显看到，湖泊范围以外区域的插值数据出现了异常。因此，需要按照湖泊界线将该图层进行裁剪。点击菜单【处理】->【工具箱】，调出【处理工具箱】面板，在该面板中找到【栅格提取】->【按掩膜图层裁剪栅格】工具，双击运行。
    

13. 在【按掩膜图层裁剪栅格】对话框中，【输入图层】下拉框选择“elevation_tin”，【掩膜图层】选择“Boundary2004_550_stpl83”，【为输出波段指派的无数据值】文本框中输入0.000000，该设置将栅格图层中无数据值的像元指定为0。点击【已裁剪（掩膜）】右侧的【…】，将输出结果文件命名为：“elevation_tin_clipped.tif”。点击【运行】按钮。
    

14. 回到QGIS，地图窗口中添加了裁剪结果图层：“elevation_tin_clipped”，默认用“单波段灰度”进行渲染，地图的可视化效果较差。为了达到更好的可视化效果，可以为该图层设置样式来表达不同的高程。请留意“elevation_tin”图层的最小/最大高程值，它们将影响样式设置的【最小/最大值设置】选项。点击【图层】面板上方的【打开图层样式面板】按钮。
    

15. 在【图层样式】面板中，选择“单波段伪彩色”渲染器。展开“最小/最大值设置”，选择【Cumulative count cut】选项，将标准数据范围设置成数据原始取值的2%-98%，这意味着奇异值（outlier）将不会被设置成最小值或最大值，有利于改善地图的可视化效果。【颜色渐变】下拉框中选择“Spectral ”，再次点击该下拉框，选择“反转颜色渐变”，使得蓝色代表湖泊较深区域，红色表示湖泊较浅区域。
    

16. 地图窗口得到一幅由湖泊深度点数据插值生成的高程地图，利用该地图可以生成等值线。点击菜单【栅格】->【提取】->【等值线…】。
    

17. 在弹出的【等值线】对话框中，【输入图层】选择“elevation_tin_clipped”。【等值线之间的间隔】文本框输入5.00000，此处默认采用地图单位，即生成的等值线之间高程间隔为5英尺。【属性名】文本框输入“ELEV”，用于存储该要素的高程值。点击【等值线】右侧的【…】按钮，输出文件名称设置为“contours.shp ”。点击【运行】按钮开始提取等值线。
    

18. 等值线提取结束后，生成的线图层“contours”添加到了地图窗口中。右键点击该图层，从弹出菜单选择【属性…】，为等值线添加数值标签。
    

19. 在【图层属性】对话框中，切换到【标签】页，选择“单一标签”，【Value】下拉框选择“ELEV”字段，找到下方【位置】标签，选中“弯曲”单选按钮，点击【OK】。
    

20. 回到QGIS地图窗口，可以见到，沿着每条等值线增加了一个表示该等值线高程的文本标签。至此，通过湖泊测量点绘制高程地图和提取等值线就完成了。
    

本教程到此结束。

吴建玲

2020年6月18日

---

版权声明

本文欢迎转载，转载时请注明出处。

本文主要翻译并改编自qgistutorials网站，原文链接为https://www.qgistutorials.com/en/docs/interpolating_point_data.html，原文已根据《知识共享署名4.0国际许可协议（Creative Commons Attribution 4.0 International License）》获得许可，在此向原文作者乌加尔·甘地（Ujaval Gandhi）致以敬意，感谢他为分享QGIS技术做出的贡献。