山脊线山谷线提取实验报告.docx
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山脊线山谷线提取实验报告
山脊线山谷线提取实验报告
实验内容描述:
山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线（骨架线），因此它对于地形地貌研究具有
重要意义；另一方面，对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别代表示分水性与汇水性，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。
本次实验通过某区域栅格DEM掌握山脊线和山谷线这两个基本地形特征信息的理论及
其基于DEM的提取方法与原理；同时，熟练掌握利用ArcGIS软件对这两个地形特征信息的
提取方法。
实验原理：
1•本实验基于规则格网DEM数据使用平面曲率与坡形组合法提取山脊线和山谷线，首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。
实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率
（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。
因此，提取过程中可以SOA代替平面曲率。
2•主要用到以下理论知识：
1）坡向变率：
是指在提取坡向基础上，提取坡向的变化率，亦即坡向之坡度（SlopeofAspect，SOA）。
它可以很好地反应等高线弯曲程度；
2）反地形DEM数据：
求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H,通过公式（H-DEM）,得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据；
3）地面坡向变率SOA:
地面坡向变率在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原
理，提取地表局部微小范围内坡向的最大变化情况。
但是SOA在提取过程中在北面坡将会
有误差产生，所以要将北坡坡向的坡向变率误差进行纠正，其公式为：
SOA=（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]）2
其中：
SOA1为原始DEM数据层坡向变率，SOA2为反地形DEM数据层坡向变率。
4）焦点统计
5）ArcScan自动矢量化
流程图
实验步骤：
1•相对路径
2•加载数据
Aspect）
3•提取原始dem的坡向（利用dem数据--空间分析--表面分析--坡度工具，命名为
9£p曰吕IAnalystToolslbxH竜Conditional
匡心Density
1+Dis-tance
1+WEwtrartion
S.%■G电rer^li23tian+Grefundwater匡帝Hydrologyl±电Interpolation1+4$^-Local1+竜MapAlgebra匡雜Matfild_Multivanatel~《NeighLorhoedS■Overlay11tSvRasterCreation田心Redact
1+❸SolarRadiation1$!
Surface
Conicur
GonlourList
ConlourwithBarriersCurvature
CutFill
Hillshade
ObserverPoints
Slope
Jf（
Viewslied
4•提取原始DEM数据的坡向变率
（利用3中生成的Aspect图层--空间分析--表面分析--坡度工具，命名为S0A1）
G❺SpatialAnalystTools.tbx
EConditional
S詹Density
3弧Distance
3Extract!
on
®?
S*Generalization
♦J©Groundwater
S■Hydrology
®W?
Interpolation
S@Local
3MapAlgebra
E心Math
S3©Multivariate
®dNeighborhood
®Overlay
S旳•RasterCreation
3•Reclass
田&SolarRadiation
曰心Surface气Aspect气ContourJContourList弋Con*tourwrthBarriersoCurvature气CutFillx-Hillshade
©ObserverPoints
气
Viewshed
5•提取反地形DEM数据（栅格计算器--输入公式H-DEM）
1）找出DEM最大高程值（右键属性---找出数据源中最大值为1153.791870117188）
2）栅格计算器提取反地形DEM数据（输入公式1153.791870117188-"dem"，命名为INdem）
SpatialAnalystTools.tbx
E耐ConditiQnal
BDensity
l±iDistance
l+i笔/Ejctraction
Fl睦iGeneralizaticn©薦i：
Groundwateirl±i氐Hydrology
FiInterpolation
0曹Loral
LI転’MapAlgetra
RasterCakulator
6•提取反地形DEM数据的坡向值
3回
InputrAEtsr
Outputratt&r
F:
\33\e\NewFileGeqlatabe.gjdb\AspectJNdem
■
VI
（■
ri
&
7•计算反地形DEM数据的坡向变率
8•计算进行误差纠正的地面坡向变率（栅格计算器--输入公式（（"S0A1"+"S0A2"）-Abs（"S0A1"
-"S0A2"））/2）
■■a
jr
i
i
■
H
1
h■
■
9•邻域分析（原始dem--邻域分析--焦点统计focalstatistics（统计原始dem的平均值）---设置统计类型为平均值mean，邻域类型为矩形（也可为圆形）,邻域大小为3*3（我发现邻域越
大越模糊）（11*11），则可得到一个邻域为3*3（11*11）的矩形的平均数据层，命名为mean
E）导SpatialAnalystTools.tbx
SConditional
SDensity
l±l&Distance
i*l心Extraction
®©Generalization
S$9Groundwater
S•Hydrology
®©Interpolation
®&Local
□&MapAlgebraRasterCalculator
Q飪Math
GO抵（Ylultiyariate
□心Neighborhood"弋BlockStatistics气FilterFocalFlow
FocalStatistics-
气LineStatistics
PointStatistics
zccalStatistics
10.计算正负地形分布区域（空间分析--地图代数--栅格计算器---输入公式为"dem"-"mean",
命名为Dvalue（差值））
Msl>Algebraexpression
EE叵0000□□□□ESQi°innnnnn
TdemT'「帼酮*
Outputraster
I：
\33\*\NswFileGtod^t&base.;db\Dvalue
Cancel
Enwironiments...
ShowHe单>>
L
*
4
i
El
tTj
II
11.利用栅格计算器提取山脊线（公式为"SOA">70&"Dvalue">0这是错的!
!
要加括号！
！
（"SOA">70）&（"Dvalue">0））和山谷线（（"SOA">70）&（"Dvalue"<0））
Outputrastmir
fSOA'>7Q）&{lvalue>0）
MapAlgebraexpression
I:
\33\e\NiwFilfe^dbVshanji
OK
Cancel
Eriwronmerite...
11
ShowHet»
0]
"RasterCalculator
J
■,
MapAlgebraexpression
Conditional—厶
Con
Pick
SetNull
Math
Abs
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fSOA・>70〉&CDvalue"<0）
Outputraster
F:
\33\e\NewFileGeod&t&b&se.gdb\shw.gu|
OK
Cancel
Envronments...
ShowHelp»
Layer...
GroupLayer
12•利用ArcScan自动矢量化得到山脊线山谷线的矢量图层
1）在ArcCatalog中新建（方法有两种：
右击文件夹--new--shapefile!
或者是右击
geodatabase--new--featureclass（新建要素类））山脊线图层（名称为shanjiline,类型为
线）
方法1:
new--shapefile
Felde-r
FileGeoddiabase
方法2：
new--featureclass（但是这种方法下的线图层，在自动矢量化山脊线后无法读到这个图层，所有还是选择方法1---这是因为栅格图层和矢量图层不能放在同一个geodatabase里面么）
2）打开开始编辑
ArcScan
3）勾选扩展工具中的自动矢量化工具
匚jstormizeWindowsHelp
Toolbars►
Evtensiori乩“
Add-InManager.*.
C-uatomizeMode.,,
StyleManager...
ArcMapOptions...
4）在菜单栏空白处右击勾选ArcScan,打开ArcScan工具条--单击自动矢量化下的生
成要素打开生成要素对话框即可生成自动矢量化后的矢量山脊线
3DAnalyst
AdvancedEditing
Animation
ArcScan
COGO
DataDrivenPages
DataFrjm*Took
Distributed
shaqitI53Vedodzalion'匸#*IRMitrCleanup■ICellSelection章0斗耳屮
JS
Verrorization▼
VcrtorzatioiiSettings...
SihcnvPreview
Ge^eraTeFeatuires,,.
Opticrm
RasterCleanup*CelSelection，wE础卜耳十
*f
5）用同样的方法生成矢量山谷线
sbargu
Vcctcrizaton
VectorizatiorSettingj・
ShowPreview
GenerateFeatures-・
Options...
•Seed-eettreTemplate°
■W■塞
'Swrch、
•gR
€i3r;dire兀9壮
shorjilirK
一穴*
Cancel
—
13•制作立体图。
用三维分析--表面分析--Hillshade工具基于原始DEM数据--做出山体阴影图层，调节各图层颜色和线宽，并用effect工具调节山体阴影图层、山脊线、山谷线图层透明度，得到最终结果。
日站3DAnalystTools.tbx
（±$3DFeatures
ffi竜Conversion
E•DataManagement出心FunctionalSurface
5&RasterInterpolation
6RasterMath
®©RasterReclass
Bg;RasierSurfaceJ.Aspect"、.Contour■ContourList
*.ContourwithBarriers",Curvature\CutFill
Hillshade
".Slope
Effects
-
|降＞HillShade
14•制作专题图
15.导出为灰度图像
实验小结
1•实验前要了解两地形特征的特性（这个实验山脊线和山谷线即坡向改变最大的地方，山脊
线高程比其邻域范围内的平均高程高，山谷线则相反），这样在实验时才有一个正确的分析
方向；
2•实验前一定要弄懂实验原理，这样操作时才对整体有个大体的把握；
3•要特别注意输入输出图层，所以要养成一个对输出图层命英文名的习惯。
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