GIS教程——地形分析.docx

GIS 软件应用实验指导书1实验六地形显示分析一、实验目的DEM 是对地形地貌的一种离散的数字表达，是对地面特性进行空间描述的一种数字方法、途径，它的应用可遍及整个地学领域。通过本次实验的学习，我们应：1、加深对TIN 建立过程的原理、方法的认识；2、熟练掌握ArcGIS 中建立DEM、TIN 的技术方法；3、掌握根据DEM 或TIN 计算坡度、坡向的方法；4、结合实际，掌握应用DEM 解决地学空间分析问题的能力。二、实验准备软件准备：ArcGIS Desktop 8.3ArcMap（3D 分析模块）实验数据：矢量图层高程点Elevpt_Clip.shp、高程Elev_Clip.shp、边界Boundary.shp、洱海Erhai.shp、移动基站预备知识：不规则三角网 TIN（Triangulated Irregular Network）是利用有限离散点，每三个最邻近点联结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可计算平面内各点高程值。数字高程模型 DEM（Digital Elevation Model）是对地形地貌的一种离散的数字表达，是对地面特性进行空间描述的一种数字方法、途径，它的应用可遍及整个地学领域。利用DEM 可以进行坡度计算、坡向分析、曲面面积计算、地表粗糙度计算、高程及变异分析、谷脊特征分析、日照强度分析及淹没边界的计算等。三、仪器设备微型电子计算机一台、ArcGIS Desktop 8.3 软件一套四、实验步骤1、TIN 及DEM 的生成2、DEM 的应用五、实验过程地形显示分析部分的练习会用到三维分析扩展模块，要使用三维分析模块，首先在ArcMap 中执行菜单命令Tools（工具）Extensions（扩展），在扩展模块GIS 软件应用实验指导书2管理窗口中，将3D Analyst（三维分析）前的复选框选中。（一）TIN 及DEM 的生成1、由高程点、等高线矢量数据生成TIN 转为DEM在ArcMap 中新建一个地图文档，添加数据ArcGISEX7Elevpt_Clip 、Elev_Clip、Boundary、Erhai。执行菜单命令3D Analyst（三维分析）Create /ModifyTIN（创建/修改 TIN）Create TIN From Features（从要素创建TIN）（图6-1），在弹出的对话框中设置参数，在需要参与构造TIN 的图层名称前的复选框上打勾，指定每个图层中的一个字段作为Height Source（高度源），设定三角网特征输入方式，三角网为hard replace（硬替换）。可以选定某一个值的字段作为属性信息（可以为None）。在这里指定图层Erhai 的参数：其他图层参数使用默认值即可，确定生成文件的名称及其路径，生成新的图层tin，如图6-2 所示。图 6-1 图6-2在图层列表中关闭除 tin 和Erhai 之外的其他图层的显示，设置tin 图层的高程分级图，得到如6-3 的效果。图6-3 图6-4执行菜单命令 3D Analyst（三维分析）Convert（转换）TIN to Raster（从TIN 到栅格数据），设置输入图层为TIN，属性值为Elevation，Z 值因子为1，像GIS 软件应用实验指导书3素大小为50，指定输出文件的路径（图6-4）。确定后得到DEM 数据，其中每个栅格单元大小为50m50m 的区域（图6-5）。2、TIN 的显示及应用在上一步操作的基础上进行，关闭除tin 之外的所有图层的显示，编辑图层tin的属性，在图层属性对话框中，点击Symbology（符号）选项页，将Edge types（边类型）和Elevation（高程）前面复选框中的勾去掉（图6-6），点击Add（添加）按钮，在Add Renderer（添加渲染）对话框中将Edges with the same symbol（所有边用同一符号渲染）和Nodes with the same symbol（所有点用同一符号渲染）两项添加到TIN 的显示列表中（图6-7），点击确定后，将TIN 图层局部放大（图6-8），认真理解TIN 的存储模式及显示方式。图6-5 图6-6图6-7 图6-8参考上一步操作，再将 Face slope with graduated color（面坡度用颜色梯度表进行渲染）和Face aspect with graduated color（面坡向用颜色梯度表进行渲染）这两项添加到TIN 的显示列表中（图6-9），选中Slope，点击Classfy（分类）按钮（图6-10），将Class 指定为5，在列表中输入间隔值：8，15，25，35，90，如图6-11 所示。点击两次确定后关闭图层属性对话框，图层tin 将根据指定的渲染方式GIS 软件应用实验指导书4进行渲染，效果如图6-12 所示。图6-9 图6-10图6-11 图6-12（二）DEM 的应用1、坡度新建地图文档，加载前面得到的 DEM 数据TINGrid 数据，执行菜单命令3DAnalyst（三维分析）Surface Analysis（表面分析）Slope（坡度），在对话框中设置Input Surface（输入表面）为tingrid 文件，Output measurement（输出度量）为Degree（度），Z factor（Z 因子）为1，Output cell size（输出像素大小）为50，在Output raster（输出栅格）中指定存储位置及名称（图6-13），得到坡度栅格文件（图6-14）。图6-13 图6-14GIS 软件应用实验指导书5右键点击图层Slope，执行属性命令，设置图层符号，重新调整坡度分级，如图6-15 所示。再次执行菜单命令 3D Analyst（三维分析）Surface Analysis（表面分析）Slope（坡度），在Input Surface（输入表面）处选择坡度文件Slope，其他参数设置如图6-16 所示，确定后即可得到剖面曲率栅格文件，如图6-17 所示。图6-15 图6-16图 6-172、坡向在上一步的基础上进行，关闭Slope 的显示。执行菜单命令3D Analyst（三维分析）Surface Analysis（表面分析）Aspect（坡向），设置参数如图6-18 所示，确定后得到坡向栅格数据，如图6-19 所示。执行菜单命令 3D Analyst（三维分析）Surface Analysis（表面分析）Slope（_坡度），计算坡向的坡度，参数设置如图6-20 所示，得到平面曲率栅格数据，如图6-21 所示。GIS 软件应用实验指导书6图6-18 图6-19图6-20 图6-213、提取等高线执行菜单命令 3D Analyst（三维分析）Surface Analysis（表面分析）Contour（等高线），对话框中Contour interval（等高距）设置为50 米，其他各参数如图6-22 所示，执行后可得到等高距为50 米的等高线，如图6-23 所示。图6-22 图6-234、计算地形表面的阴影图在上一步基础上进行，执行菜单命令3D Analyst（三维分析）Surface Analysis（表面分析）Hillshade（山体阴影），按图6-24 所示指定各参数，其中AzimuthGIS 软件应用实验指导书7（方位角）设置为315，Altitude（高度角）设置为45，生成地表阴影栅格如图6-25所示。DEM 渲染：关闭除tingrid 和Hillshade 以外所有图层的显示，并将tingrid 置于Hillshade 之上，右键点击tingrid，在属性对话框中参照图6-26 设置选项页中的颜色，。打开 Effects（效果）工具栏，设置栅格图层tingrid 的透明度为40%左右，如图6-27 所示。图6-24 图6-25图6-26 图6-275、可视性分析1）通视性分析在上一步的基础上进行，在 3D Analyst（三维分析）工具栏上选择工具，在出现的Line of Sight（通视线）对话框中输入Observer offset（观察者偏移量）和Target offset（目标偏移量），即距地面的距离，如图6-28 所示。在地图显示区中从某点 A 沿不同方向绘制多条直线，可以得到观察点A 到不同目标点的通视性，如图6-29 所示，其中绿色线段表示可视的部分，红色线段表GIS 软件应用实验指导书8示不可见部分。2）可视区分析：移动发射基站信号覆盖分析在上一步基础上进行，在内容列表中关闭除 tingrid 之外的所有图层，加载移动基站数据。执行菜单命令3D Analyst（三维分析）Surface Analysis（表面分析）Viewshed（可视区），在对话框中设置如图6-30 所示的参数。生成可视区栅格，如图6-31 所示。其中绿色表示现有发射基站信号已覆盖的区域，淡红色表示无法接收到手机信号的区域。图6-28 图6-29图6-30 图6-316、地形剖面在上一步基础上进行，点击三维分析工具栏上的插入线工具，在地图上跟踪一条线段，这条线段可以从DEM 数据tingrid 中得到高程值，点击创建剖面图按钮，得到上一步所生成的3D 线段的剖面图，如图6-32 所示。GIS 软件应