GIS栅格数据空间分析.ppt

GIS栅格数据空间分析 -以地形分析为例,武汉大学测绘学院,实习目标和内容,实习目标： 以地形分析为例，让大家了解GIS栅格空间分析的基本内容。 实习内容： （1）计算坡度Slope （2）计算坡向Aspect （3）计算山体阴影HillShade （4）创建等值线Contours （5）制作地形剖面图 （6）测量面积和体积 （7）可视性分析,地形分析步骤,实习步骤 （1）调用ArcToolBox。 （2）3D Analyst Tools-Raster Surface-Aspect/Contour/Contor List/Curvature/Cut file/Hillshade/Observaer Points/Slope/Viewshed,一、计算坡度Slope,地面上某点的坡度表示了地表在该点的倾斜程度 坡度与坡向的计算通常在33的DEM栅格窗口（如图）中进行 坡度有两种表示方法：度或百分比,坡度的应用非常广泛，例如： 根据坡度起伏变化，确定崩塌、泥石流区域或严重的土壤侵蚀区，作为灾害防治与水土保持工作的基础。 提取平坦区域，为大型商业中心或房屋建筑选址。 坡度可在DEM或TIN的基础上提取。,坡度应用,根据DEM计算得到的坡度栅格,二、计算坡向Aspect,坡向定义为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。 在ArcGIS中Aspect表示每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向。 在输出的坡向数据中，坡向值有如下规定：正北方向为0度，正东方向为90度，以次类推。,在一个区域内提取所有朝南的坡面，为房地产建设选址提供最佳位置。 计算研究区域内的每一点的太阳光照量，从而测定每一点的生物量。 坡向可在数字高程模型DEM或TIN数据的基础上提取。,坡向应用,基于DEM计算坡向分布图，坡向栅格单元中的值表示当前栅格相对正北方向的的坡向（从0-360变化）,三、计算山体阴影HillShade,分析或模拟地面的光照情况，产生地形表面的阴影图。Hillshade 可测定研究区域中给定位置的太阳光强度和光照时间，并且对实际地面进行逼真的立体显示，增强地面的起伏感。 要计算山影，需要给定太阳方位角和太阳高度角,山体阴影的应用有： 对地形起伏进行生动的表示，从而显示不同土地利用类型在地形上的分布情况。 研究阳光的照射位置与公路上发生的车祸事件发生率之间的相关性。 分析农作物与太阳光照的关系,山体阴影应用,根据DEM计算得到的山影图,注意事项,Create a hillshade or slope using data in Geographic coordinates Summary: When performing a hillshade or slope function in ArcGIS, the Z units are presumed to be the same as the horizontal (x,y) units. When working with data in geographic coordinates, this is a problem because the linear distance of a degree of latitude varies. In some cases, a value of 0.00003 was suggested as the Z factor to account for the actual Z unit in meters. While that value can still be used, this article presents a more accurate method of determining the Z factor when the Z units are in meters. Procedure: The following procedure assumes the Z units of the raster being used to generate the hillshade or slope are meters. If the Z units of the data being used is feet, first use the raster calculator to multiply the raster by the conversion factor 0.3048, so that the z units are meters. (1)Determine what the middle latitude of the area of interest is. (2)Convert that degree value to radians. 1 degree = 0.0174532925 radians (3)Use the value in radians in the following equation: Z factor = 1.0 / (113200 * cos() (4)Use this calculated Z factor in the hillshade or slope tool.,四、创建等值线Contours,在ArcGIS中Contours功能生成一个新的矢量图层，每条线表示了具有相同高度、数量或者浓度的连续的位置的集合。生成的等值线经过平滑处理，真实地再现了表面等值线。 有三种方法： （1）将DEM或Tin生成为线要素矢量主题 （2）创建一个新的线主题 ，并从Dem主题或Tin中提取等值线，提取的等值线成为新主题中的要素 （3）提取单条等值线,五、制作地形剖面图,在工程方面(如在公路、铁路、管线等的设计过程中)，常常需要制作剖面图。剖面图的制作是以DEM数据(GRID数据)或TIN数据为基础的 基于DEM数据进行“线插值” ，得到一条具有高程值的线段 计算具有高程值的线段的剖面图,六、测量表面面积和体积,使用三维分析可以测量表面面积和体积，同时还可以测量两个表面之间容积的差异-进行开挖、填埋分析。 表面面积是沿表面的曲面进行测量，计算出的面积总要大于二维平面测量的面积。 体积是计算TIN表面和某一指定高程所在的水平面之间的立体空间，可以是平面之上的，也可以是平面之下的。测量体积，在实际应用中一般用来计算土石方量,给定一条等高线，计算其上或以下的的表面面积和体积,挖填分析,通过分析比较两个表面模型前后的变化，还可以计算填埋及挖掘土石方量。,可视性分析实质上属于对地形进行最优化处理的范畴。例如：设置雷达站、电视台的发射站、道路选择、航海导航等、移动电话基站选址，在军事上如布设阵地（炮兵阵地、电子对抗阵地）、设置观察哨所、铺架通信线路等。 主要的两可视性分析： 通视性分析Line of sight，通过此功能可以显示两点之间的通视情况，从而判断从一个观察点是否可以看到目标物，回答了“从这里我可以看到哪个目标？” 。 可视域分析Viewshed Analysis，确定了从一