数字地形实验报告.docx

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数字地形实验报告

实验4坡面地形因子提取

一、目的

地形因子是为定量表达地貌形态特征而设定的具有一定意义的数学参数或指标。

各种地貌都是由不同的坡面组成。

微观坡面因子反映了该地貌微观地表单元的形态、起伏或扭曲特征，而宏观坡面因子反映了地貌的宏观形态特征。

本次实验学习，我们应：

1、加深认识坡面地形因子如何对地貌形态特征的定量表达。

2、熟练掌握应用ARCGIS提取坡面地形因子。

二、实验准备

1、软件：

ArcMap

2、数据：

…\实验4\坡面因子。

三、实验内容

1、坡向、等值线（等高线）、山体阴影、曲率、坡度

1）在ArcMap中加载“原始坡面因子dem”数据文件；

2）在ArcToolbox中展开spatialanalyst——表面分析工具箱，应用相应工具提取：

坡度（Slop）

坡向（Aspect）

等高线（Contour30/等高距=30）

山体阴影（HillShade）

曲率（Curvature）

2、坡度变率、坡向变率

1）基于坡度数据再次提取坡度，得到DEM数据坡度的坡度，即：

坡度变率

2）坡向变率

（1）通过对坡向Aspect进行坡度提取，得到由原始DEM数据算出的坡向变率值为SOA1；

SOA1

（2）在ArcToolbox中展开spatialanalyst——邻域分析——焦点统计工具，求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H-max；

H-max

（2）通过栅格计算器依公式（H－DEM），得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据；

（3）基于反地形DEM数据求算坡向值；再对得到的反地形DEM数据坡向值进行坡度提取，得到反地形的坡向变率，记为SOA2。

SOA2

（4）在SpatialAnalyst下使用栅格计算器Calculator，公式为SOA＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/2，即可求出没有误差的DEM的坡向变率。

SOA

3）地形起伏度

地形起伏度是指在一个特定的区域内，最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。

（1）依提取DEM的最大高程数据Hmax的原理，提取出DEM的最小高程数据Hmin；

（2）应用栅格计算器，公式为Hmax-Hmin，得到地形起伏度。

地形起伏度

4）地表粗糙度

地面粗糙度是指在一个特定的区域内，地球表面积与其投影面积之比。

在ArcGis中采用坡度来提取地面粗糙度，即

（1）应用栅格计算器，公式为：

1/Cos（[SlopeofDEM]*3.14159/180）得到地面粗糙度。

5）明暗等高线制作

（1）利用转化工具箱---要素转栅格工具将生成的矢量等高线栅格化；得到栅格化等高线

（2）根据坡向图；按入射光方向将坡向图划分为背光面和受光面两个部分；（假定光源位于地面西北方向，则可将坡向为0°~45°、225°~360°的部分划为受光面，坡向为45°~225°的部分划分为背光面；）即得到坡向二值图

（3）将栅格化等高线图与划分背光受光的二值坡向图进行融合，实现栅格化等高线二值分布，得到明暗等高线地图。

实验6山顶点、凹陷点

一、原理

山顶点指那些在特定邻域分析范围内，该点都比周围点高的区域。

凹陷点指哪些在特定邻域分析范围内，该点都比周围点低的区域区域。

二、目的

通过等高线、山顶点、凹陷点的提取和配置、引导读者熟练掌握利用ArcGIS栅格数据空间分析中等高线的提取、栅格数据邻域分析和窗口计算功能，完成栅格数据表面分析。

三、数据：

黄土丘陵地区1:

10000DEM数据（实验6\提取山顶点、凹陷点）。

四、操作过程：

1）在ArcMap中加载“原始坡面因子dem”数据文件；

2）点击SpatialAnalysis下拉箭头，选择SuefaceAnalysis子菜单并点击Contour，分别提取等高距为15、75的等高线

Contour15

Contour75

3）选择SuefaceAnalysis子菜单并点击Hillshade，设置输出文件名为Hillshade

4）利用栅格计算器（RasterCalculator），按公式：

Back=[DEM]>=0提取有效数据区域，作为等高线三维背景掩模；并修改Back数据层属性，将其Display属性页设置透明度60%，在Symbology属性框中设置其显示颜色为Gray50%；

5）按Contour75、Contour15、Back、Hillshade次序放置数据层，生成三维立体等高线图

6）在ArcToolbox中展开spatialanalyst——邻域分析——焦点统计工具，求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H-max；

H-max值

7）同理提取出DEM的最小高程数据Hmin

8）利用栅格计算器（RasterCalculator），按公式：

SD=[Maxpoint]-[DEM]==0，提取山顶点区域；

SD

9）依据给定参数利用重分类工具将SD重分类得到RE_SD数据层，选择该数据层，利用转化工具输出矢量山顶点数据

10）利用栅格计算器（RasterCalculator），按公式：

SG=[Minpoint]-[DEM]==0，提取山谷点区域；

11）依据给定参数利用重分类工具将SG重分类得到RE_SG数据层，选择该数据层，利用转化工具输出矢量山谷点数据

12）按SL_SD、SL_GD、Contour75、Contour15、Back、Hillshade从上到下依次放置上述数据层，并利用编辑工具除去噪声，合并显示山顶点、凹陷点提取结果

去除错误点

山顶点、凹陷点提取结果

实验9提取山脊、山谷线--利用水文分析方法

一、背景：

山脊线、山谷线是地形特征线‘它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。

因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。

二、目的：

理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及提取原理；将水文分析方法和其它的空间分析方法结合以解决应用问题。

三、要求：

利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线和山谷线。

四、数据：

…\实验9\山脊线和山谷线提取二。

五、操作过程：

1、求正负地形

1）在ArcMap中加载“原始dem”数据文件；

2）利用邻域分析----焦点统计工具，计算高程均值MeanDEM

3）利用栅格计算器，按公式DEM-MeanDEM=0，并将结果重分类为0，1得到正负地形

4）对上一步得到的二值化数据进行两次重分类，一次将正地形区域属性值赋值为1，负地形区域属性赋值为0，命名为ZDX；另一次将正地形区域属性值赋值为0，负地形区域属性赋值为1，命名为FDX。

正地形

负地形

2、山脊线的提取：

1）利用水文分析工具箱下相应工具进行填洼得filldem，计算无洼地水流方向flowdirfill

2）计算汇流累积量flowacc

3）利用栅格计算器，按公式：

flowacc0=（flowacc=0），并将结果重分类，提取出汇流累积量=0的栅格值图，命名为flowacc00

4）对flowacc0图层利用邻域分析进行光滑处理,处理后的数据命名为neiborfacc0

5）基于原始DEM数据，分别生成等高距=50的等值线图contour和晕渲图hillshade

Contour50

Hillshade

6）将neiborfacc0数据依分界阈值0.5541进行二值化重分类，命名为reneibor，将属性值接近1的那一类的属性值赋值为1，其余的赋值为0

7）将重分类过后的neiborfacc0数据与正地形数据ZDX利用山歌计算器进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的错误的山脊线。

然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为NODATA。

得到山脊线图：

山脊线

3、山谷线的提取

1）利用栅格计算器，按公式：

fandem=Abs（dem-2000），得到反地形数据

反地形

2）反地形计算完毕之后，山谷线的提取就和山脊线的提取步骤一样的，直到最终利用重分类的方法将重新分级的邻域分析后的结果二值化为止。

在这里，是不需要对反地形DEM进行洼地填充的。

计算过程中的数据名称分别为：

水流方向数据为flowdirfan，汇流累积量数据为flowaccfan，零值汇流累积量提取数据为flowacc0fan，利用重分类提取出汇流累积量=0的栅格值图，命名为flowafan00,此外对flowacc0fan进行均值3×3邻域分析后的结果数据为nbfacc0fan，并将其分级改为两级，分级阈值为0.65677。

3）将重分类过后的数据与负地形数据FDX利用栅格计算器进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的错误的山脊线。

然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为NODATA。

就得到了反地形的山脊线图，即原地形的山谷线图。

反地形的山脊线

原地形的山谷线