基于ArcGIS的DEM分析與可視化

1、實(shí)驗(yàn)四 基于ArcGIS的DEM分析與可視化一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握利用ArcGIS三維分析模塊進(jìn)行創(chuàng)建表面的基本方法2、 掌握利用ArcGIS三維分析進(jìn)行各種表面分析的基本方法，并能進(jìn)行表面創(chuàng)建及景觀 圖制作3、 掌握地形特征信息的提取方法，能利用ArcGIS軟件基于DEM寸山脊線和山谷線的提 取4、 掌握三維場景中表面及矢量要素的立體顯示其原理與方法，熟練掌握ArcGIS軟件表 面及矢量要素雜場景中的三維顯示及其疊加顯示5、熟練掌握ArcScene三維場景中要素、表面的多種可視化方法。6、通過制作某區(qū)域的飛行動(dòng)畫，實(shí)現(xiàn)對該區(qū)域的宏觀瀏覽，掌握地形的三維顯示與飛 行動(dòng)化的制作方法。二、主要實(shí)驗(yàn)器

2、材(軟硬件、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等)計(jì)算機(jī)硬件：性能較高的PC機(jī)計(jì)算機(jī)軟件：ArcGIS9.3 軟件、Visual Basic6.0實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程隨書光盤或其他中三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求1、地形特征信息提取操作指導(dǎo)見ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程第九章 實(shí)例與練習(xí)2 P349-351。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體見ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程隨書光盤ch9EX2。要求：利用所給區(qū)域DEM數(shù)據(jù)，提取該區(qū)域山脊線、山谷線柵格數(shù)據(jù)層。具體操作：1點(diǎn)擊DEM數(shù)據(jù)，使用表面分析中的坡向( Aspect )工具，提取DEM勺坡向數(shù)據(jù)層，命 名為A。2點(diǎn)擊數(shù)據(jù)層A,使用表面分析中的坡

3、度(Slope )工具，提取數(shù)據(jù)層 A的坡度數(shù)據(jù)， 命名為SOA13. 求取原始DEM數(shù)據(jù)層的最大高程值，記為H;使用空間分析工具集中的柵格計(jì)算器(Raster Calculator ),公式為(H DEM,得到與原來地形相反的數(shù)據(jù)層，即反地形DEM數(shù)據(jù)。4. 基于反地形DEM數(shù)據(jù)求算坡向值。5. 利用SOA方法求算反地形的坡向變率，記為SOA26. 使用空間分析工具集中的柵格計(jì)算器(Raster Calculator ),公式為 SOA=(SOA1+SOA2)-Abs(SOA1+SOA2)/2 ，這樣就可以求出沒有誤差的 DEM勺坡向變 率SOA7. 再次點(diǎn)擊初始 DEM數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊 Spat

4、ial Analyst->Neighborhood Statistics(柵格鄰域計(jì)算工具)，打開對話框，設(shè)置統(tǒng)計(jì)類型(Statistic type )為平均值(Mean),鄰域的類型為矩形(也可以為圓)，領(lǐng)域的大小為11 x 11(這個(gè)值也可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行改 變),則可得到一個(gè)鄰域?yàn)?11 x 11的矩形的平均值數(shù)據(jù)層，記為B,各項(xiàng)設(shè)置如圖4-1所示。8.使用空間分析工具集中的柵格計(jì)算器(Raster Calculator ),公式為C=DEM-B,即可求出正負(fù)地形分布區(qū)域，如圖4-2所示。NRIB匸£vj£二 口匚二Input detd:Field:Stat

5、istic type:Neighborhood:Neighborhood SettingsHeight:Width：Units:好 CellMapOutput 亡ell size：Outputaster:.Arc gin實(shí)驗(yàn)報(bào)甘口刖凸c仝讓iU ancel圖4-1柵格鄰域計(jì)算對話框圖4-2正負(fù)地形分別示意圖9. 使用空間分析工具集中的柵格計(jì)算器(Raster Calculator ),公式為shanji=C>0&SOA>70，即可求出山脊線，如圖4-3所示。10. 同理，在柵格計(jì)算器(Raster Calculator )中，鍵入公式為 shangu=C<0&

6、SOA>70,即可求出山谷線，如圖4-4所示。圖4-3 山脊線的界面圖4-4山谷線的界面2、表面創(chuàng)建及景觀圖制作操作指導(dǎo)見ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程第九章實(shí)例與練習(xí)3 P352-356。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體見ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程隨書光盤 ch9EX3。要求：（1）利用所給等高線數(shù)據(jù)建立景區(qū)柵格表面；（2）在ArcScene三維場景中，實(shí)現(xiàn)表面與其它要素疊加三維顯示；（3）設(shè)計(jì)各要素如道路、水系等的符號化顯示；（4）綜合考慮表面及各要素，生成美觀大方的區(qū)域景觀圖；具體操作：思路是利用原有圖層創(chuàng)建區(qū)域TIN表面，然后建立地表的平面景觀，在生成三維景觀圖。第一，創(chuàng)建區(qū)

7、域TIN表面1、 啟動(dòng) ArcScenee,打開數(shù)據(jù)，在3D Analyst 工具欄中選擇 Create/Modify TIN 中的 Create TIN From Features., 如圖 4-5，打開 Create TIN From Features 對話框，在對 話框中設(shè)置目標(biāo)圖層，參數(shù)設(shè)置如圖4-6，單擊0K即可，得到的區(qū)域 TIN表面，如圖4-7。圖4-5 3D Analyst工具欄中的建立 TIN的工具界面Create TIN From Features圖 4-6 Create TIN From Features 對話框圖4-7 區(qū)域TIN表面第二、創(chuàng)建柵格表面：打開在3D An

8、alyst工具欄中選擇 Convert的TIN to Raser., 如圖4-8，打開 ConvertTIN to Raser對話框，在對話框中設(shè)置目標(biāo)圖層，參數(shù)設(shè)置如圖4-9，單擊0K即可，得到的柵格表面，如圖4-10。Create/Modify TINrite中oktfl to Rd star ConvertOptions.-Surface Analysisfeatures to 3D»»Raster to Features,Raster to TINBSBTIN to Raster.TIN to Features.圖4-8 3D Analyst工具欄中的建立柵格表面的

9、工具Convert TIN tc RasterI 曾Converts a TIN to a raster of elevationj slopej or aspect.OK | Cancel圖 4-9 Convert TIN to Raser 對話框圖4-10得到的柵格表面第三、建立平面景觀圖平面景觀圖很容易建立，只需要對各個(gè)圖層進(jìn)行符號化之后，疊加即可，最終的平面景觀圖，如圖4-11 o圖4-11 平面景觀圖界面第四、三維景觀圖的建立主要也是通過3DAnalyst工具實(shí)現(xiàn)河流和道路及其柵格表面的三維化，進(jìn)行疊加即可。在 3D Analyst 工具欄中選擇 Convert 的 Features

10、 to 3D., 如圖 4-12，打開 Convert Features to 3D對話框，在對話框中設(shè)置目標(biāo)圖層，參數(shù)設(shè)置如圖4-13，單擊0K即可，得到的三維景觀圖，如圖4-14 oCredte/Modify TINInterpolate to Raster Surface AnalysisFeatures tcRaster to Features.Raster to UNh.TIN to Raster.TI但 to Feature s».圖4-12 3D Analyst工具欄中進(jìn)行圖層三維化的工具Convert Fejturet to 30Turns Features hto

11、3D by interpolating heights off 3 surface, using ©n attrtuta 刁 source oF height勻 or taUng a specified constant.Input features：Arc_Clip_rirtr被三維化的圖層5our匚亡 of heightsRaster or TIN surface:基;隹高程''Input Feature attribute:|fnode廠 Numeric constant:|o.ooOutput featurwi IcarcgisGhpSdddfeatl -ih

12、p輪出路徑圄0< I Cancel圖 4-13 Convert Features to 3D對話框界面圖4-14三維景觀圖3、污染物在蓄水層中的可視化操作指導(dǎo)見ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程第九章實(shí)例與練習(xí)4 P356-359。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體見ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程隨書光盤 ch9EX4。要求：利用所給數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)污染物狀況的三維可視化顯示，點(diǎn)狀水井矢量要素的突出顯示，污 染源的符號化突出顯示。具體操作：思路是先弄清楚污染物的體積與污染程度，然后再了解一下污染物與水井的位置關(guān)系， 在進(jìn)一步確定需要優(yōu)先清理的污染源，在場景中進(jìn)行三維顯示。首先，得出污染物的面積及污染

13、程度：1、 打開場景Chp9Ex4Exercised4.sxd ，可以看到所需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)加載，如圖4-15 所示。2、顯示污染物的體積與污染程度。將污染物濃度的柵格圖層疊加到污染空間表面上，可以顯示蓄水層中污染物的體積與污染物程度，即要打開污染物濃度圖層con tam in ation的屬性對話框，選擇其空間TIN表面（c_tin ）為基準(zhǔn)高程，同時(shí)設(shè)置 Z值轉(zhuǎn)換系數(shù)為200，如圖4-16所示。3、在Symbology選項(xiàng)卡中選擇一合適漸變色系。4、在內(nèi)容列表中取消 TIN表面的顯示，此時(shí)可以在三維空間中察看污染物空間的形狀及其受污染的強(qiáng)度，如圖4-17所示。圖4-15工作環(huán)境Laryer

14、PropertiesGtntrd | Display | g御bolofy | Fields |AHeightf' Use a constant vatue or expression to set heights for layer:ff J* Obtan hsights for layer From surface：| C arogistChpgf K4ic_tinRaster Restfutiorir. 1廠 L&yif have z UK tlZ Unit ConversionApply conversian Factor to place heights in sam

15、e units as scene:OffsetAdd w offset usng a constant or expwslon；圖4-16 contamination數(shù)據(jù)層屬性對話框圖4-17污染物的體積與污染程度界面其次，顯示污染物空間與水井的關(guān)系。從數(shù)據(jù)中可以看出一些水井位于污染物空間中?？梢酝ㄟ^水井的深度屬性對其進(jìn)行突出顯示，即可查找出那些水井與污染物空間相交，受污染較嚴(yán)重。1. 打開水井?dāng)?shù)據(jù)層屬性對話框并選擇Extrusion選項(xiàng)卡。2. 計(jì)算突出表達(dá)式為其深度屬性字段Depth，同時(shí)選擇將表達(dá)式應(yīng)用為各個(gè)要素的基準(zhǔn)高程，水井的深度以負(fù)值表示，使其向下突出。關(guān)閉C-TIN數(shù)據(jù)層的顯示。

16、此時(shí)，可以直觀地察看與污染物空間相交或相鄰的水井，如圖4-18所示。圖4-18污染源與水井的位置關(guān)系另外，優(yōu)先顯示需要清理的污染源。1.打開污染源facility 數(shù)據(jù)層屬性對話框并選擇extrusion 對話框。2.計(jì)算突出表達(dá)式為 Priority*100 。3.在Symbology選項(xiàng)卡中設(shè)置符號為漸變色( Graduated colors )，選擇值域(Value) 為PRIORIYT1,將符號分為5級顯示，如圖4-19。此時(shí)，工業(yè)設(shè)施根據(jù)其優(yōu)先級按比例突出 顯示。場景中可以看得出污染的形狀及強(qiáng)度、水井與污染物的空間關(guān)系，以及為阻止地下水進(jìn)一步污染而需要進(jìn)行清理的污染源，如圖4-19。Layer PropertiesJoins & Rela七苗Gener ：ilShow：Features Categories Quantities； Gradu-ated colorsGraduated symbols ； F'ropurtional symbols =Dot densityChartsMultiple AttributesS uni- c eBase Hei ghSelecti onEKtrusi onDi spla