GIS教程——地形分析

1、GIS 軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書1實(shí)驗(yàn)六地形顯示分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康腄EM 是對地形地貌的一種離散的數(shù)字表達(dá)，是對地面特性進(jìn)行空間描述的一 種數(shù)字方法、途徑，它的應(yīng)用可遍及整個地學(xué)領(lǐng)域。通過本次實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，我 們應(yīng)：1、加深對 TIN 建立過程的原理、方法的認(rèn)識；2、熟練掌握 ArcGIS 中建立 DEM 、TIN 的技術(shù)方法；3、掌握根據(jù)DEM或TIN計(jì)算坡度、坡向的方法；4、結(jié)合實(shí)際，掌握應(yīng)用 DEM 解決地學(xué)空間分析問題的能力。二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備軟件準(zhǔn)備： ArcMap（3D 分析模塊） 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：矢量圖層高程點(diǎn)、高程、邊界、洱海、移動基站預(yù)備知識：不規(guī)則三角網(wǎng) TIN （Triangulated Ir

2、regular Network）是利用有限離散點(diǎn)，每三 個最鄰近點(diǎn)聯(lián)結(jié)成三角形，每個三角形代表一個局部平面，再根據(jù)每個平面方 程，可計(jì)算平面內(nèi)各點(diǎn)高程值。數(shù)字高程模型 DEM （Digital Elevation Model ）是對地形地貌的一種離散的數(shù) 字表達(dá)，是對地面特性進(jìn)行空間描述的一種數(shù)字方法、途徑，它的應(yīng)用可遍及 整個地學(xué)領(lǐng)域。利用 DEM 可以進(jìn)行坡度計(jì)算、坡向分析、曲面面積計(jì)算、地表粗 糙 度計(jì)算、高程及變異分析、谷脊特征分析、日照強(qiáng)度分析及淹沒邊界的計(jì)算等。三、儀器設(shè)備微型電子計(jì)算機(jī)一臺、軟件一套四、實(shí)驗(yàn)步驟1、TIN及DEM的生成2、DEM 的應(yīng)用五、實(shí)驗(yàn)過程 地形顯示分析部

3、分的練習(xí)會用到三維分析擴(kuò)展模塊，要使用三維分析模塊， 首先在ArcMap中執(zhí)行菜單命令Tools （工具）Extensions （擴(kuò)展），在擴(kuò)展模 塊GIS 軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 管理窗口中，將3D Analyst （三維分析）前的復(fù)選框選中（一） TIN及DEM的生成1、由高程點(diǎn)、等高線矢量數(shù)據(jù)生成 TIN轉(zhuǎn)為DEM在ArcMap中新建一個地圖文檔，添加數(shù)據(jù) ArcGISEX7Elevpt_Clip、Elev_Clip、Boundary、Erhai。執(zhí)行菜單命令 3D Analyst （三維分析）Create /ModifyTIN （創(chuàng)建 /修改 TIN ） Create TIN From F

4、eatures （從要素創(chuàng)建 TIN ）（圖 6-1），在彈出的對話框中設(shè)置參數(shù)，在需要參與構(gòu)造 TIN 的圖層名稱前的復(fù)選框上打 勾，指定每個圖層中的一個字段作為Height Source （高度源），設(shè)定三角網(wǎng)特征輸 入方式，三角網(wǎng)為hard replace （硬替換）?？梢赃x定某一個值的字段作為屬性信息（可以為None）。在這里指定圖層Erhai的參數(shù)：其他圖層參數(shù)使用默認(rèn)值即可，確 定生成文件的名稱及其路徑，生成新的圖層tin，如圖6-2所示。圖 6-1 圖 6-2在圖層列表中關(guān)閉除tin和Erhai之外的其他圖層的顯示，設(shè)置tin圖層的高程 分級圖，得到如 6-3 的效果。圖6-3

5、圖 6-4執(zhí)行菜單命令3D Analyst （三維分析）Convert （轉(zhuǎn)換）TIN to Raster（從TIN到柵格數(shù)據(jù)），設(shè)置輸入圖層為TIN，屬性值為Elevation，Z值因子為1， 像GIS 軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書3素大小為50，指定輸出文件的路徑（圖6-4）。確定后得到DEM數(shù)據(jù)，其中每 個柵格單元大小為50mx 50m的區(qū)域（圖6-5 ）。2、TIN 的顯示及應(yīng)用在上一步操作的基礎(chǔ)上進(jìn)行，關(guān)閉除 tin 之外的所有圖層的顯示，編輯圖層 tin 的屬性，在圖層屬性對話框中，點(diǎn)擊 Symbology （符號）選項(xiàng)頁，將Edge types（邊類型）和Elevation （高程）前面復(fù)

6、選框中的勾去掉（圖 6-6），點(diǎn)擊Add （添加） 按鈕，在Add Renderer （添加渲染）對話框中將 Edges with the same symbol（所有邊用同一符號渲染）和 Nodes with the same symbol （所有點(diǎn)用同一符號渲染） 兩項(xiàng)添加到 TIN 的顯示列表中（圖 6-7 ），點(diǎn)擊確定后，將 TIN 圖層局部放大（圖 6- 8），認(rèn)真理解 TIN 的存儲模式及顯示方式。圖6-5 圖 6-6圖6-7 圖 6-8參考上一步操作，再將 Face slope with graduated color （面坡度用顏色梯 度表進(jìn)行渲染）和 Face aspect

7、with graduated color （面坡向用顏色梯度表進(jìn)行 渲染）這兩項(xiàng)添加到TIN的顯示列表中（圖6-9），選中Slope，點(diǎn)擊Classfy （分類）按 鈕（圖 6-10），將 Class 指定為 5，在列表中輸入間隔值： 8， 15， 25， 35， 90， 如圖6-11 所示。點(diǎn)擊兩次確定后關(guān)閉圖層屬性對話框，圖層 tin 將根據(jù)指定的渲染 方式GIS 軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書4進(jìn)行渲染，效果如圖 6-12 所示。圖6-9 圖 6-10 圖6-11 圖 6-12（二） DEM的應(yīng)用1、坡度新建地圖文檔，加載前面得到的 DEM數(shù)據(jù)TINGrid數(shù)據(jù)，執(zhí)行菜單命令3DAnalyst （三

8、維分析）Surface Analysis（表面分析）Slope （坡度），在對話框中設(shè)置 In put Surface（輸入表面）為 tin grid文件，Output measureme nt （輸出度量）為 Degree （度），Z factor （Z 因子）為 1，Output cell size（輸出像素大小）為 50，在Output raster （輸出柵格）中指定存儲位置及名稱（圖 6-13），得到坡度柵 格文件（圖 6-14 ）。圖6-13 圖 6-14GIS 軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書5右鍵點(diǎn)擊圖層Slope，執(zhí)行屬性命令，設(shè)置圖層符號，重新調(diào)整坡度分級，女口圖 6-15 所示。再次執(zhí)

9、行菜單命令3D Analyst （三維分析）f Surface Analysis （表面分析）Slope （坡度） ，在 Input Surface （輸入表面）處選擇坡度文件 S lope ，其他參 數(shù)設(shè)置如圖 6-16 所示，確定后即可得到剖面曲率柵格文件，如圖 6-17 所示。 圖6-15 圖 6-16圖 6-172、坡向在上一步的基礎(chǔ)上進(jìn)行，關(guān)閉 Slope 的顯示。執(zhí)行菜單命令 3D Analyst （三維 分析）f Surface Analysis （表面分析）f Aspect （坡向），設(shè)置參數(shù)如圖6- 18 所示，確定后得到坡向柵格數(shù)據(jù)，如圖 6-19 所示。執(zhí)行菜單命令3D

10、Analyst （三維分析）f Surface Analysis （表面分析）f Slope（ 坡度），計(jì)算坡向的坡度，參數(shù)設(shè)置如圖 6-20 所示，得到平面曲率柵格數(shù)據(jù)，如圖 6-21 所示。GIS 軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書6圖6-18 圖 6-19圖6-20 圖 6-213、提取等高線執(zhí)行菜單命令3D Analyst （三維分析）f Surface Analysis （表面分析）f Contour（等高線），對話框中 Contour interval （等高距）設(shè)置為 50 米，其他各參數(shù) 如圖6-22 所示，執(zhí)行后可得到等高距為 50 米的等高線，如圖 6-23 所示。 圖6-22 圖 6-2

11、34、計(jì)算地形表面的陰影圖在上一步基礎(chǔ)上進(jìn)行，執(zhí)行菜單命令 3D Analyst （三維分析）f Surface Analysis（表面分析）f Hillshade （山體陰影），按圖6-24所示指定各參數(shù)，其中 AzimuthGIS 軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書7（方位角）設(shè)置為 315， Altitude （高度角）設(shè)置為 45，生成地表陰影柵格如圖6-25所示。DEM渲染：關(guān)閉除tingrid 和Hillshade 以外所有圖層的顯示，并將tingrid置于Hillshade 之上，右鍵點(diǎn)擊tin grid ，在屬性對話框中參照圖6-26設(shè)置選項(xiàng) 頁中的顏色，。打開 Effects （效果）工具欄

12、，設(shè)置柵格圖層 tingrid的透明度為 40%左右，如圖 6-27 所示。圖6-24 圖 6-25圖6-26 圖 6-275、可視性分析1）通視性分析在上一步的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在 3D Analyst （三維分析）工具欄上選擇工具， 在出現(xiàn)的 Line of Sight （通視線）對話框中輸入 Observer offset （觀察者偏 移量）和Target offset（目標(biāo)偏移量），即距地面的距離，如圖 6-28所示。在地圖顯示區(qū)中從某點(diǎn) A 沿不同方向繪制多條直線，可以得到觀察點(diǎn) A 到不 同目標(biāo)點(diǎn)的通視性，如圖 6-29 所示，其中綠色線段表示可視的部分，紅色線段 表GIS 軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

13、指導(dǎo)書8示不可見部分。2）可視區(qū)分析：移動發(fā)射基站信號覆蓋分析 在上一步基礎(chǔ)上進(jìn)行，在內(nèi)容列表中關(guān)閉除 tingrid 之外的所有圖層，加載移 動基站數(shù)據(jù)。執(zhí)行菜單命令3D Analyst （三維分析）Surface Analysis （表 面分析）Viewshed （可視區(qū)），在對話框中設(shè)置如圖6-30所示的參數(shù)。生成可視區(qū)柵 格，如圖 6-31 所示。其中綠色表示現(xiàn)有發(fā)射基站信號已覆蓋的區(qū)域，淡紅色表示無法 接收到手機(jī)信號的區(qū)域。圖6-28 圖 6-29圖6-30 圖 6-316、地形剖面 在上一步基礎(chǔ)上進(jìn)行，點(diǎn)擊三維分析工具欄上的 插入線 工具，在地圖上跟蹤一條線段，這條線段可以從DEM數(shù)據(jù)tingrid中得到高程值，點(diǎn)擊創(chuàng)建剖面圖按鈕，得到上一步所生成的 3D 線段的剖面