DEM分析及景观分析.docx
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DEM分析及景观分析
实现平台:
ArcGIS9.3和Fragstats3.3实验源数据为ASCII数据:
srtm3和水流方向数据FlowDir,在ArcMap中将ASCII数据转换为栅格数据,保存为DEM和FlowDir:
1.基本地形参数
坡度Slope
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)以DEM为输入数据,打开【ArcToolBox】—【SpatialAnalystTools]—
【Surface]—【Slope]工具,在窗口中设置相应的输出路径,并将输出单位为Degree,其它为默认值,得到Slope图层。
坡向Aspect
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)以DEM为输入数据,打开【ArcToolBox]—【SpatialAnalystTools]
—【Surface]—【Aspect]工具,设置相应的输出路径,得到Aspect
图层。
坡度变率SOS
1)在ArcMap中,加载已经生成的Slope数据;
2)以Slope为输入数据,打开【ArcToolBox]—【SpatialAnalystTools]
—【Surface]—【Slope]工具,在窗口中设置相应的输出路径,并将输出单位为Degree,其它为默认值,得到SOS图层。
坡向变率SOA(纠正结果)
1)在ArcGIS中加载Aspect数据;
2)以Aspect作为输入数据,执行【ArcToolBox]—【SpatialAnalystTools]—【Surface]—【Slope],得到SOA;
曲率Curvature
全曲率CurvatureAll
平面曲率PlanCurvature
平面曲率PlanCurvature
实现流程:
1)在ArcGIS中加载测试数据DEM;
2)以DEM作为输入数据,打开【ArcToolBox】—【SpatialAnalystTools】—【Surface】—【Curvature];
3)在曲率对话框中设置相应的曲率、剖面曲率和平面曲率的输出路径及名称,其余为默认值。
坡长SbpeLength
上游坡长UpstreamSlopeLength
实现流程:
1)在ArcMap中加载FlowDir数据;
2)以执行FlowDir作为输入数据,执行【ArcToolBox]—【SpatialAnalystTools]—【Hydrology]—【FlowLength];
3)对话框DirectionofMeasurement选项选择Upstream来求上游波长,设置相应的输出路径,保存为Upstr_Len。
下游坡长DownstreamSlopeLength
实现流程:
1)在ArcMap中加载FlowDir数据;
2)以执行FlowDir作为输入数据,执行【ArcToolBox]—【SpatialAnalystTools]—【Hydrology]—【FlowLength];
3)对话框DirectionofMeasurement选项选择Downstream来求下游坡长,设置相应的输出路径。
区域地形统计参数(Statistic)
平均值Mean
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM数据作为输入数据,统计字段设置为Value,统计类型选择Mean,统计邻域用默认的3*3矩形表示,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为Mean。
最大值Max
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM数据作为输入数据,统计字段设置为Value,统计类型选择Maximum,统计邻域用默认的3*3矩形表示,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为Max。
最小值Min
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择Minimum,统计邻域用默认的3*3矩形表示,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为Min。
标准差StandardDeviation
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择StandardDivation,统计邻域用默认的3*3矩形表示,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为SDo
高程变异系数VarianceCoefficient_Elev
实现流程:
1)在ArcMap中加载Mean和SD图层;
2)在SpatialAnalyst工具条下,选择【RasterCalculator】,输入VCE=SD/Mean;
偏差DeviationMean
实现流程:
1)在ArcMap中加载Mean、SD和DEM图层;
2)在SpatialAnalyst工具条下,选择【RasterCalculator],输入DM=(DEM-Mean)/SD。
相对百分位PercentageRange
实现流程:
1)在ArcMap中加载Max、Min和DEM图层;
2)在SpatialAnalyst工具条下,选择【RasterCalculator],输入PR=100*(DEM-Min)/(Max-Min)。
局耶瑞指数GearyIndex
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据,执行【ArcToolBox]—【ConversionTools]—【FromRaster]—【RastertoPoin】,将DEM数据转为点数据,保存为Point;
2)执行【ArcToolBox]—【DataManagementTools—【Projectionsand
transformations]—【Featurd—【project],以Point为输入数据,为其定义一个投影坐标,这里定义为UTM投影,WGS84_48N;
3)打开【ArcToolbox]—【SpatialStatisticsToo©—【AnalyzingPatterns]—【High/LowClustering(Getis-ordGeneralG)],设置相关参数:
Input_Feature_ClassPoint
Input_Field:
Grid_Code
DisplayOutputGraphically:
选中;
Conceptualization_of_Spatial_Relationships:
FIXED_DISTANCE_BAND,
Distance_Method:
EUCLIDEAN_DISTANCE
Distance_Band_or_Threshold_Distanee100;
莫兰指数Moran
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据,执行【ArcToolBox】—【ConversionTools]—【FromRaster]—【RastertoPoin】,将DEM数据转为点数据,保存为Point;
2)执行【ArcToolBox]—【DataManagementTools—【Projectionsand
transformations]—【Featurd—【project],以Point为输入数据,为其定义一个投影坐标,这里定义为UTM投影,WGS84_48N;
3)打开【ArcToolbox]—【SpatialStatisticsToo©—【AnalyzingPatterns]—【SpatialAutocorrelation(MoransI)],设置相关参数:
Input_Feature_ClassPoint
Input_Field:
Grid_Code
DisplayOutputGraphically:
选中;
Conceptualization_of_Spatial_Relationships:
FIXED_DISTANCE_BAND,
Distance_Method:
EUCLIDEAN_DISTANCE
Distance_Band_or_Threshold_Distanee100;
区域等高线密度
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)打开SpatialAnalys—SurfaceAnalysis—contour;
3)将DEM作为输入数据,设置等高线间距,这里为20,其余设为默认
值,并设置相应的输出路径,保存为Contour_20;并为其定义投影坐标系,此处为高斯克吕哥投影,Beijing1954;
4)在ArcMap内容列表中选中Contour_20,右键打开其属性表,在属性表右下角点开Options,选择AddField,命名为Contour_Len,选择该字段,右键打开CalculateGeometry,Property选为Length,单位为米;
5)通过Statistics查看SUM,
Elevation_Density=SUM_Length/Row*Col*cellsize*cellsize;
2.复合地形参数
坡度坡长因子SbpeLengthFactor
实现流程:
1)在ArcMap中加载基本地形统计参数中的上游坡长栅格Upstr_Len和
Slope坡度栅格;
2)运用RasterCalculator计算:
SILeFactor=Upstr_Len*(Slope*3.1415926/180);
地形动力因子TerrainDynamicFactor
实现流程:
1)在ArcMap中加载Slope栅格数据;
2)在SpatialAnalyst工具条下打开RasterCalculator,并计算Sin_Slope=Sin(Slope*3.1415926/180);
3)执行【ArcToolBox】—【SpatialAnalystTools】f【RasterCreation—【CreateContantRaste】,设置相应的输出路径,保存为Contant_ras;其值设为1,outputextent设置为与Slope图层相同;
4)执行【ArcToolBox】f【SpatialAnalystTooisif【Zonal】f【ZonalStatistics];设置参数如下:
InputRasterorFeatureZoneDataContant_rast
ZoneField:
Value
InputValueRaster:
Sin_Slope;
StatisticsTypeSUM
选中:
IgnoreNodatainCalculations
设置输出路径,保存为Result;
5)在RasterCalculator中计算:
TerDynFact=Result/P;其中P为DEM的栅格数,既不包含NoData的栅格数,而非Row*Col;
起伏度ReliefAmplitude
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM
数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择Range,统计邻域用默认的3*3矩形表示,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为Ranga
粗糙度Roughness
实现流程:
1)在ArcMap中加载Slope坡度栅格;
2)在RasterCalculato冲计算:
Roughness=1/cos(Slope*3.1415926/180).
切割深度Surfaceincision
实现流程:
1)在ArcMap中加载基本地形统计参数生成的平均高程Mean和最小高程Min栅格;
2)在RasterCalculator中计算:
Surfaceincision=Mean-Min。
3.地形特征参数
特征点FeaturePoints
凸点(山顶点)
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM栅格;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择Maximum,统计邻域用设置为11*11的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为DEM_MAX。
3)在RasterCalculator中计算:
MaxPoint_Area=DEM_MAX-DEM==0。
4)在SpatialAnalyst工具条下选择Reclassify,输入数据为MaxPoint_Area,将原0值对应的1改为0,原值对应的2,改为1,及属于MaxPoint_Area的为1;设置输出路径,并保存为Peak
凹点(洼地点)
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM栅格;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM数据作为输入数据,统计字段设置为Value,统计类型选择Minimum,统计邻域用设置为11*11的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为DEM_MiN。
3)在RasterCalculator中计算:
MinPoint_Area=DEM_MIN-DEM==0。
5)在SpatialAnalyst工具条下选择Reclassify,输入数据为Min_Point_Area,将原0值对应的1改为0,原值对应的2,改为1,及属于MinPoint_Area的为1;设置输出路径,并保存为Pit。
鞍部点PassPoint
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM和FlowDir栅格数据;
2)以FlowDir为输入数据,执行【ArcToolBox】—【SpatialAnalystTooisi—【Hydrology】—【FlowAccumulation】,设置输出路径,保存为FlowAcc1;
3)用RasterCalculator计算汇流累积量为0的栅格:
FlowAcc0=(FlowAcc仁=0);
4)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics以FlowAcc0数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择Mean,统计邻域用设置为3*3的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为neiborfacc。
。
5)在内容列表中选中neiborfacc0,右击选择Properties,选择Symbology,进行重分类,分为两级,分界阈值为0.5541;
6)用RasterCalculator计算反地形栅格:
FanDEM=2000-DEM;
7)以FanDEM为输入数据,执行【ArcToolBox】—【SpatialAnalystToolsif【Hydrology】—【FlowDirection】,设置输出路径,保存为FanDEMFlowDir;
8)以FanDEMFlowDir为输入数据,执行【ArcToolBox】f【SpatialAnalystTools]—!
Hydrology】f【FlowAccumulation】,设置输出路径,保存为FanFlowAcc1;
9)用RasterCalculator计算汇流累积量为0的栅格:
FanFlowAcc0=(FanFlowAcc仁=0);
10)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以
FanFlowAcc0数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选
择Mean,统计邻域用设置为3*3的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为Faneiborfaccd
11)在内容列表中选中Faneiborfacc0,右击选择Properties,选择
Symbology,进行重分类,分为两级,分界阈值为0.65677;
12)用RasterCalculator计算鞍部点:
PassPoint=Faneiborfacc0*neiborfacc0;
特征线FeatureLines
山脊线RidgeLine
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择Mean,统计邻域用设置为11*11的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为DEM_Mean。
3)用RasterCalculator计算正地形栅格:
Positive_DEM=DEM-DEM_Mean>0;
4)以FlowDir为输入数据,执行【ArcToolBox】—【SpatialAnalystTooisi—【Hydrology】—【FlowAccumulation】,设置输出路径,保存为FlowAcc1;
5)用RasterCalculator计算汇流累积量为0的栅格:
FlowAcc0=(FlowAcc仁=0);
6)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics以FlowAcc0
数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择Mean,统计邻域用设置为3*3的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为neiborfacc。
。
7)在内容列表中选中neiborfacc0,右击选择Properties,选择Symbology,
进行重分类,分为两级,分界阈值为0.5541;
8)将进行过二值化后的neiborfacc0进行重分类,reneiborfacc0將属性值接近1的赋值为1,其余为0;
9)用RasterCalculator确定山脊线栅格:
RidgeLine=reneiborfacc0*
Positive_DEM;
谷底线ValleyLine
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM数
据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择Mean,统计邻域用设置为11*11的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为DEM_Mean。
3)用RasterCalculator计算负地形栅格Nagtive_DEM=DEM-DEM_Mea*=0;
4)用RasterCalculator计算反地形栅格:
FanDEM=2000-DEM;
5)以FanDEM为输入数据,执行【ArcToolBox】—【SpatialAnalystToolsif【Hydrology】—【FlowDirection】,设置输出路径,保存为FanDEMFlowDir;
6)以FanDEMFIowDir为输入数据,执行【ArcToolBox】—【SpatialAnalystTools】—【Hydrology】—【FlowAccumulation】,设置输出路径,保存为FanFlowAcc1;
7)用RasterCalculator计算汇流累积量为0的栅格:
FanFlowAccO=(FanFlowAcc仁=0);
8)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以
FanFlowAcc0数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选
择Mean,统计邻域用设置为3*3的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为Faneiborfaccd
9)在内容列表中选中Faneiborfacc0,右击选择Properties,选择
Symbology,进行重分类,分为两级,分界阈值为0.65677;
10)将进行过二值化后的Faneiborfacc0进行重分类,reFaneiborfacc0将属性值接近1的赋值为1,其余为0;
11)用RasterCalculator确定山谷线:
谷底线ValleyLine=reFaneiborfacc。
*Nagtive_DEM;
坡脚线SIpeFootLine
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM、Slope和SOS栅格;
2)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics,以DEM数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择Mean,统计邻域用设置为3*3的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为DEM_Mean。
3)用RasterCalculator计算负地形栅格Nagtive_DEM=DEM-DEM_Mea*=0;
4)在SpatialAnalyst工具条下选择NeighborhoodStatistics以SOS数据作为输入数据,统计字段设置为Value统计类型选择Maximum,统计邻域用设置为3*3的矩形,单位用cell表示。
输出像素大小与DEM相同,设置输出路径,保存为Max_SOS。
5)用RasterCalculator确定负地中的坡度变率大的点栅格SlpeFootLine=Nagtive_DEM*Max_SOS&(Slope>15);
4.水文分析
流域提取
洼地填充FILL
实现流程:
1)在ArcMap中加载DEM数据;
2)以DEM为输入数据,【ArcToolBox】—【SpatialAnalystTools】—【Hydrology】-【Fill】,设置相应的输出路径,保存为Fill_DEM;