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场地土壤污染可视化

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1 算例简介 2 数据预处理 3 操作步骤 3.1 新建项目 3.2 导入高程 3.3 导入卫星地图 3.4 导入污染物数据 3.5 空间变换 3.6 生成污染体 3.7 污染体查看 3.8 动画 4 小结

算例简介

本算例以某电镀厂污染场地为例，基于该场地的土壤样品测定结果，使用不同的块体生成方法展示污染物在场地的分布情况，污染物包含Zn、Mn等。

数据预处理

  1. 由于导入的卫星地图和高程文件各自带有坐标系，所以在导入地图前需要先确定工作坐标系，算例大部分数据为XiAn80（Zone 40）投影坐标系，所以选定为工作坐标系。
  2. 由于高程数据原始坐标为经纬度地理坐标，需要事先转换为XiAn80投影坐标系。
  3. 根据污染场地所在位置和经纬度，下载同区域的卫星图片，将其转换为jpg格式。

操作步骤

新建项目​

  1. 打开Envifusion软件，若软件界面仍有其他项目，点击菜单栏按钮关闭当前项目文件。

导入高程​

首先，导入污染场地所在区域的高程数据

  1. 点击文件菜单栏中的打开选项，或点击界面上方的打开按钮，打开打开文件对话框。

  2. 选择003\GIS\dem_18_xian文件夹中的w001001.adf文件。对象浏览器中生成w001001.adf图层，在该图层对应的属性对话框中点击应用，导入adf高程文件。

  3. 由于adf文件在坐标变换过程中会产生空值，先点击工具箱->网格->阈值裁切去掉空值。在对象浏览器中选中阈值裁切1图层，在其属性对话框中，为标量数列选择Band_1，并根据实际场地高程情况，将最小值设为1。设置完毕后点击应用按钮切除高程小于1的区域。在渲染子面板中将色彩设为Band_1，点击下方的重置颜色阈值到数值边界按钮，点击应用查看区域高程分布。

  4. 将阈值裁切后的栅格数据转换为散点数据。点击工具箱->网格->网格属性->散点属性，创建网格属性->散点属性1图层，在该图层属性面板数据子面板中，勾选保留网格数据选项，点击应用完成设置。

  5. 使用高程数据进行标量扭曲，使得散点图从平面变为曲面。在对象浏览器中选择网格属性->散点属性1图层，点击工具箱->空间拓扑->标量扭曲，生成标量扭曲1图层。

    在该图层对应的属性面板数据子面板中，将缩放因子选项设置为10，点击应用。

    点击视图1选项卡下方的2D图标，可将平面视图转换为3D旋转视图，视图窗口如下图所示。按住鼠标左键移动旋转视图，按住鼠标中间移动平移视图。

导入卫星地图​

为已有的高程曲面导入区域地图。

  1. 在对象浏览器中选中标量扭曲1图层，点击工具箱->曲面->曲面->蒙板，点击属性面板中的应用，生成曲面->蒙板1图层。

  2. 在曲面->蒙板1图层的属性面板渲染子面板中，将色彩选项设置为纯色；为曲面蒙板选项的材质导入Rectangle#1卫图_Level_19.jpg文件。点击属性面板上方的应用按钮，为污染场地所在区域增加卫星地图展示。

    在对象浏览器中只保留曲面->蒙板1图层显示，所得结果如下图所示： 红框所在区域为电镀厂所在污染区。

导入污染物数据​

导入土壤样品测试结果，即不同土壤采样点的污染物测试数据。

  1. 点击文件菜单栏中的打开选项，或点击界面上方的按钮，打开打开文件对话框。

  2. 选择003\Input文件夹中的XRFData.csv文件。对象浏览器中生成XRFData.csv图层，在该图层对应的属性对话框中点击应用，导入土壤样品测试结果。

  3. 点击视图1旁的新建，生成视图2表格窗口，可查看从csv文件中读取的数据。

  4. 在对象浏览器中选中XRFData.csv图层，点击工具->散点->表格->散点，生成表格->散点1图层。在该图层属性面板数据子面板中，分别为XYZ坐标选择相应的数据列（x，y和Elevation）；并勾选下方的保留坐标选项。点击应用完成设置。根据采样点坐标信息生成的采样点如下图所示

    在对象浏览器中保留曲面->蒙版1和表格->散点1图层显示。为方便查看，在曲面->蒙版1图层属性面板渲染子面板中的透明度设为0.4，根据采样点坐标信息生成的采样点如下图所示，

空间变换​

土壤采样点坐标与地图坐标有些许差异，通过对污染物测试数据散点的空间变换使采样点与地图相匹配。

  1. 在对象浏览器中选中表格->散点1图层，点击工具->空间拓扑->空间变换，生成空间变换1图层，在该图层的属性面板数据子面板中，取消显示手柄选项的勾选；在平移选项中，X和Y的平移值分别为95和-30；在缩放选项中，将Z轴缩放因子设置为10。设置完毕后点击应用按钮。

    在空间变换1图层属性面板渲染子面板中，将色彩选项设置为Zn；点宽设置为6，并勾选将点渲染为圆球*选项*。

  2. 在颜色面板中，点击调色板右侧的选择预设调色板按钮，打开选择预设调色板对话框选择合适的颜色，本算例使用jet色板，设置完毕后点击执行退出对话框。勾选调色板下方的颜色使用Log间距选项，点击应用完成设置。

  3. 在空间变换1图层中，点击渲染子面板色彩下方的显示/隐藏颜色图例按钮，表示Zn浓度的散点如下图所示，

  4. 关闭对象浏览器中曲面蒙板1的显示，点击按钮，再打开曲面蒙板1的显示。此时采样点分布放大，更利于看到污染物分布。调整空间变换1图层色彩属性中的数据系列，查看不同污染物测试值在样本点的分布。

生成污染体​

利用采样点数据散点生成污染体，为便于查看污染体，先关闭曲面->蒙板1图层的显示。

  1. 在对象浏览器中选中空间变换1图层，点击工具->散点->散点->块体（三角化），生成散点->块体（三角化）1图层，在该图层的属性窗口的色彩选项选择Zn，点击应用按钮完成设置。

  2. 点击空间变换1图层，点击工具箱->散点->散点->均匀网格（高斯），生成散点->高斯均匀网格1图层，在该图层的属性窗口的数据系列选项选择Zn，将渲染方式改为透视体，点击应用按钮完成设置。查看不同散点->网格方法生成的块体之间的差异。

  3. 点击空间变换1图层，点击工具箱->散点->散点->均匀网格（克里金），生成散点->克里金均匀网格1图层，在该图层的属性窗口的数据系列选项选择Zn，网格划分Z方向设为20，影响半径设为0.1，勾选边界填充选项，并将空值填充设为-100，点击应用按钮，散点将基于20*20*20的网格进行克里金插值生成污染体。

  4. 视图窗口出现克里金插值需要的网格。更改渲染子面板中的渲染方式，对生成的块体进行查看。透视体方式可以查看到块体内部。

曲面曲面网格
网络透视体

污染体查看​

对块体进行裁切后查看污染在块体内部的分布。以克里金均匀网格为例。

  1. 在对象浏览器中点击散点->克里金均匀网格1图层，点击工具箱->空间拓扑->等维裁切，生成等维裁切1图层，在该图层的属性面板数据子面板中，将切块类型选为数据系列，裁切值设为2000，取消反转项的勾选；在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面，色彩为ef插值结果。点击应用按钮完成设置。可查看Zn离子浓度超过2000mg/L的等值面。

    为方便展示，使曲面蒙板1图层和空间变换1图层可见。旋转视图确定最适宜的查看视角。

  2. 同样步骤，修改裁切值查看不同浓度范围Zn离子的等值面。通过修改3.6中散点->克里金均匀网格1图层中属性数据系列的设置，查看其他元素的分布。

  3. 在对象浏览器中点击散点->克里金均匀网格1图层，点击工具箱->空间拓扑->降维切片，生成降维切片1图层，在该图层的属性面板数据子面板中，将切割类型选为平面，平面参数选择Y法相；在色彩面板中，取消勾选调色板下方的颜色使用Log间距选项，点击应用完成设置。通过移动平面可以查看不同方向的污染物分布。

动画​

可通过动画设置查看污染体的动态变化，以Zn为例进行以下操作。

  1. 在对象浏览器中选中等维裁切1图层，点击视图->动画打开动画面板。

  2. 取消时钟1-时间动画轨的显示。在动画面板上方选择按帧数播放，帧数设为100。在动画列表中选择等维裁切1图层，选择裁切值属性，点击动画轨左侧添加按钮，添加动画时钟轨。双击该动画轨，在编辑窗口编辑不同时间点（0、1）对应缩放系数（0和20000），内插方式均选择线性内插。输入完成之后点击确定完成设置。上述设置表示，等维裁切1图层中Zn离子，从0mg/L到20000mg/L等值面之间的变化。

    将曲面蒙板1图层、空间变换1图层和等维裁切1图层设为可见，点击界面上方播放按钮，播放动画。

  3. 取消等维裁切1-裁切值动画轨的显示。在对象浏览器中选择降维切片1图层，在动画面板选择切割类型-原点（1）属性，点击动画轨左侧添加按钮，添加动画时钟轨。双击该动画轨，在编辑窗口编辑不同时间点（0、1）对应数值（4031364和4031559），内插方式均选择线性内插。输入完成之后点击确定完成设置。上述设置表示，降维切片1图层中块体切面，沿Y轴从南向北移动。

  4. 点击界面上方播放按钮，播放动画。

小结

完成本指南中的算例后，可以学到以下内容：

  • 如何导入高程信息；
  • 如何导入污染物表格数据；
  • 如何利用污染数据模拟污染物烟羽；
  • 掌握散点生成块体的不同方式；
  • 如何使用透视体方式查看污染烟羽；
  • 如何创建动画。