基于ArcGIS的DEM分析与可视化.docx

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基于ArcGIS的DEM分析与可视化.docx

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基于ArcGIS的DEM分析与可视化

实验四基于ArcGIS的DEM分析与可视化

一、实验目的

1、掌握利用ArcGIS三维分析模块进行创建表面的基本方法

2、掌握利用ArcGIS三维分析进行各种表面分析的基本方法，并能进行表面创建及景观

图制作

3、掌握地形特征信息的提取方法，能利用ArcGIS软件基于DEM寸山脊线和山谷线的提

取

4、掌握三维场景中表面及矢量要素的立体显示其原理与方法，熟练掌握ArcGIS软件表

面及矢量要素杂场景中的三维显示及其叠加显示

5、熟练掌握ArcScene三维场景中要素、表面的多种可视化方法。

6、通过制作某区域的飞行动画，实现对该区域的宏观浏览，掌握地形的三维显示与飞行动化的制作方法。

二、主要实验器材（软硬件、实验数据等）

计算机硬件：

性能较高的PC机

计算机软件：

ArcGIS9.3软件、VisualBasic6.0

实验数据：

《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘或其他中

三、实验内容与要求

1、地形特征信息提取

操作指导见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》第九章实例与练习2P349-351。

实验数据具体见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘\\ch9\EX2。

要求：

利用所给区域DEM（据，提取该区域山脊线、山谷线栅格数据层。

具体操作：

1.点击DEMB据，使用表面分析中的坡向（Aspect）工具，提取DEM勺坡向数据层，命名为A。

2.点击数据层A,使用表面分析中的坡度（Slope）工具，提取数据层A的坡度数据，命名为SOA1

3.求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H;使用空间分析工具集中的栅格计算器

（RasterCalculator）,公式为（HI-DEM,得到与原来地形相反的数据层，即反地形DEM

数据。

4.基于反地形DEM^据求算坡向值。

5.利用SOA方法求算反地形的坡向变率，记为SOA2

6.使用空间分析工具集中的栅格计算器（RasterCalculator）,公式为SOA=（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]+[SOA2]））/2，这样就可以求出没有误差的DEM勺坡向变率SOA

7.再次点击初始DEM^据，点击SpatialAnalyst---->NeighborhoodStatistics（栅

格邻域计算工具），打开对话框，设置统计类型（Statistictype）为平均值（Mean）,邻域

的类型为矩形（也可以为圆），领域的大小为11X11（这个值也可以根据自己的需要进行改变），则可得到一个邻域为11X11的矩形的平均值数据层，记为B,各项设置如图4-1所示。

.使用空间分析工具集中的栅格计算器（RasterCalculator）,公式为C=[DEM]-[B],即可求出正负地形分布区域，如图4-2所示。

InputdAtA：

Fbeld:

Statistictype:

Neighborhood:

NeighborhoodSettlings

Height:

|11

Width：

Units:

eCellLMap

Outputcellsize;S

Outputraster:

14r匚口冷实验报—hp%—之总

OK厂ance）

9.使用空间分析工具集中的栅格计算器（RasterCalculator）,公式为shanji=[C]>0&SOA>70,即可求出山脊线，如图4-3所示。

10.同理，在栅格计算器（RasterCalculator）中，键入公式为shangu=[C]<0&SOA>70,即可求出山谷线，如图4-4所示。

图4-3山脊线的界面图4-4山谷线的界面

2、表面创建及景观图制作

操作指导见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》第九章实例与练习3P352-356。

实验数据具体见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘\ch9\EX3。

要求：

（1）利用所给等高线数据建立景区栅格表面；

（2）在ArcScene三维场景中，实现表面与其它要素叠加三维显示；

（3）设计各要素如道路、水系等的符号化显示；

（4）综合考虑表面及各要素，生成美观大方的区域景观图；

具体操作：

思路是利用原有图层创建区域TIN表面，然后建立地表的平面景观，在生成三维景观图。

第一，创建区域TIN表面

1、启动ArcScence,打开数据，在3DAnalyst工具栏中选择Create/ModifyTIN中的CreateTINFromFeatures...,如图4-5,打开CreateTINFromFeatures对话框，在对

话框中设置目标图层，参数设置如图4-6,单击OK即可，得到的区域TIN表面，如图4-7。

图4-53DAnalyst工具栏中的建立TIN的工具界面

CreateTINFromFeatures

图4-6CreateTINFromFeatures对话框

图4-7区域TIN表面

第二、创建栅格表面：

打开在3DAnalyst工具栏中选择Convert的TINtoRaser...,如图4-8,打开ConvertTINtoRaser对话框，在对话框中设置目标图层，参数设置如图4-9,单击OK即可，得到的栅格表面，如图4-10。

CcnvtrtTINtoRaster

总J

ConvertsaTINtoarasterofefevation^sHope^oraspect.,

InpbtTIN:

tin

73回

Atbrtxjtft：

[Elevation’]

Zfactor:

|1.0000

Cellsize：

|64.1^Rows；157Columns;249

Outputraster:

|c：

\arcgis\Chp9\Ex3\tingrid2

回

Cancel

图4-9ConvertTINtoRaser对话框

图4-10得到的栅格表面

第三、建立平面景观图

平面景观图很容易建立，只需要对各个图层进行符号化之后，叠加即可，最终的平面景

观图，如图4-11。

图4-11平面景观图界面

第四、三维景观图的建立

主要也是通过3DAnalyst工具实现河流和道路及其栅格表面的三维化，进行叠加即可。

在3DAnalyst工具栏中选择Convert的Featuresto3D...,如图4-12,打开ConvertFeaturesto3D对话框，在对话框中设置目标图层，参数设置如图4-13,单击OK即可，得

到的三维景观图，如图4-14。

Convert

3DAnalyst▼Layer:

令加工嘉合

CreAte/WodifyTIN►

InterpolatetoRaster►

SurfaceAn^lysi5卜

Reclassify

Featuresto3D”.

Options...RastertoFeatures...

RastertoTIN...

TINtoRaster...

UMtoFeature5h.

图4-123DAnalyst工具栏中进行图层三维化的工具

ConvertFejturetto3D

TurnsFeatureshto3DbyinterpolatingheightsqFFwsurface,usinganattrtuta苦色sourceoFheight，ort的ngaspecifiedconstant.

被三维化的图层

Inputfeatures:

|ArcjCllpjfh»r

图4-14三维景观图

3、污染物在蓄水层中的可视化

操作指导见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》第九章实例与练习4P356-359。

实验数据具体见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘\ch9\EX4。

要求：

利用所给数据，实现污染物状况的三维可视化显示，点状水井矢量要素的突出显示，污

染源的符号化突出显示。

具体操作：

思路是先弄清楚污染物的体积与污染程度，然后再了解一下污染物与水井的位置关系，在进一步确定需要优先清理的污染源，在场景中进行三维显示。

首先，得出污染物的面积及污染程度：

1、打开场景Chp9\Ex4\Exercised4.sxd,可以看到所需实验数据已经加载，如图4-15

所示。

2、显示污染物的体积与污染程度。

将污染物浓度的栅格图层叠加到污染空间表面上，可以显示蓄水层中污染物的体积与污染物程度，即要打开污染物浓度图层contamination

的属性对话框，选择其空间TIN表面（c_tin）为基准高程，同时设置Z值转换系数为200,

如图4-16所示。

3、在Symbology选项卡中选择一合适渐变色系。

4、在内容列表中取消TIN表面的显示，此时可以在三维空间中察看污染物空间的形状及其受污染的强度，如图4-17所示。

LayerProperties

Gtntrd|Sourc.||Display|$㈣||JointA

Height

「UseaconstantvaLieorexpressiontosetheightsforlayer:

*ObteinhsiqhtsforlayerFrom?

urFace：

Grogist小口咻咻」in值

RasterResJJtcrir..1

「l斯呼1F时旧卧hw卓EyWuh.usethem

1LhtConwefsion

Offset

Addanoffsetusrgaconstantorexpression:

[-350

图4-17污染物的体积与污染程度界面

其次，显示污染物空间与水井的关系。

从数据中可以看出一些水井位于污染物空间中。

可以通过水井的深度属性对其进行突出

显示，即可查找出那些水井与污染物空间相交，受污染较严重。

1.打开水井数据层属性对话框并选择Extrusion选项卡。

2.计算突出表达式为其深度属性字段Depth,同时选择将表达式应用为各个要素的基准

高程，水井的深度以负值表示，使其向下突出。

关闭C-TIN数据层的显示。

此时，可以直观地察看与污染物空间相交或相邻的水井，如图4-18所示。

图4-18污染源与水井的位置关系

另外，优先显示需要清理的污染源。

1.打开污染源facility数据层属性对话框并选择extrusion对话框。

2.计算突出表达式为Priority*100。

3.在Symbology选项卡中设置符号为渐变色（Graduatedcolors）,选择值域（Value）为PRIORIYT1,将符号分为5级显示，如图4-19。

此时，工业设施根据其优先级按比例突出显示。

场景中可以看得出污染的形状及强度、水井与污染物的空间关系，以及为阻止地下水

进一步污染而需要进行清理的污染源，如图4-19。

LayerProperties

Joins&Relates

BaseHeigh+5

EKtrusion

Rendering

GerLeral

Sijiirce

SelectionDisplay

SjTTib.jlo^Fields

HTMLPopup

DefinitionQuery

■I

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