中国科学院计算机技术研究所教育中心ArcGIS培训8D.ppt

2020年3月15日 讲解内容 基本含义TIN DEM制作空间内插方法空间表面分析 1 1 DEM是什么 DEM是 数字高程模型 DigitalElevationModel 的英文简写 数字高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型 是数字地形模型 DigitalTerrainModel 简称DTM 的一个分支 一般认为 DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子 如坡度 坡向 坡度变化率等 在ArcGIS中一般都是表面surface ArcGis中表面有两种 一种是Rastersurface 一种就是Tinsurface而Grid是ESRI自己的基于文件系统的栅格影像格式 等同与tif jpeg等等 1 2DEM和GRID区别 DEM和GRID都是栅格数据而TIN是矢量数据连续的栅格数据是没有属性表的或者是简单的栅格单元的统计 离散的栅格数据才带属性表tin可以生成dem tintoraster 在arcgis里面建议选用grid格式的栅格文件两者转换方法 一 先用等值线或特征点生成TIN 在用TIN生成GRID 在转换输出DEM 二 用已有的DEM文件 其它软件生成的 转换成GRID 或TIN 使用空间分析工具 生成等高线 GRID的渲染一般采用ArcGIS里的符号自动分级即可 1 3表面模型 GRID和TIN 的区别 GRID和TIN是常用的两种表示表面的模型 ArcGIS中表面分析就是对GRID和TIN的分析 真实的表面是连续变化的 要想记录所有定义表面的位置是不可能 因而都是用一种非常接近表面的模型来替代 一般都是从真实表面上抽取一些样点 然后用插值的方法来求出样点之间的值则构成了表面模型 其中GRID是用规则的空间格网点来表示表面 格网中间任何一点的值可以通过加权平均的方法来估计 TIN是用相互比邻的 互不重叠的三角面来表示表面 三角面上任一点的值可以通过加权平均附近三角形顶点值的方法来求得 这两种模型各有优缺点 相比而言 GRID模型比较简单 高效 TIN模型比较精确 数据量 耗内存大 所以 一般GRID模型多用于区域性的 小比例尺的应用 而TIN模型则更常用于精细的 大比例尺的应用 2 1创建TIN 1 使用等值线和离散点 有一个字段标注高程值 加载等值线 一定要选高程字段打开3Danalysis工具 creatTIN 设置参数 Hardline提供Z值 那么构建出来的Tin也就会在Hardline处生成节点 表示表面上的不连续性 Softline在参与构Tin时 本身不提供Z值 表示线性要素但并不改变表面坡度的边 比如 要标出当前分析区域的边界 masspoints离散点 生成的TIN没有线 softline和hardline 用于点生成tin 2 1两块等高线创建TIN Tin的剪裁 数据位置 9dem dgx 两块等高线创建TIN 按照下面的方法 创立Tin 这不是我们需要 2 1两块等高线创建TIN Tin的剪裁 使用矢量和栅格clip split都不可以的 只有在创建Tin 加入剪裁的面 一起参与创建tin 面的参数设置 如下 使用hardclip多边形参与tin四种方式裁切多边形 定义插值的边界 处于裁切多边形之外的输入数据将不参与插值与分析操作 删除多边形 定义插值的边界 与裁切多边形的不同之处在于多边形之内的输入数据将不参与插值与分析操作 替换多边形 可对边界与内部高度设置相同值 可用来对湖泊或斜坡上地面为平面的开挖洞建模 填充多边形 它的作用是对落在填充多边形内所有的三角形赋予整数属性值 表面的高度不受影响 也不进行裁切或删除 2 2Tin DEM 然后convertTINtoraster 生成DEM 直接使用经纬坐标的无法生成grid Elevaton按原来的值 下面坡度 坡向 Cellsize默认值是图形外接矩形最短边除以250 单位和地图坐标定义 是地理坐标是度为单位 其他以米为单位 一个像素点代表的矢量的大小 高度 宽度 Cellsize越大 粒度越大 影像越小 行数row col越少 数据精度越低 Cellsize可以浮点数 可以小于1的 2 3对没有等高值的点填等高值通过Dem给点层赋值ExtractValuestoPoints 一定要设置输出的范围 范围可和当前显示窗口一致 造成根本原因grid的坐标系统有问题 2 3对没有等高值的点填等高值通过Dem给点层赋值ExtractValuestoPoints 也可以Sample 不同是这个工具生成只有一个属性表 需要通过数据表建立点层 使用已有DEM对等高线赋高程 获得等高线一个点FeaturetoPoint对获得点赋高程ExtractValuestoPoints线连接 join 点 3 空间内插方法 空间插值常用于将离散的测量数据转换为连续的数据曲面 以便与其它空间现象的分布模式进行比较 它包括了空间内插和外推两种算法 空间内插算法是一种通过已知点的数据推求同一区域其它未知点数据的计算方法 空间外推算法则是通过已知区域的数据 推求其它区域数据的方法 插值是利用有限数目的样本点来估计未知样本点的值 插值的前提是空间地物具有一定的空间相似性 距离较近的地物 其值更为接近 如气温 高程 污染等 实际中 通常不可能对研究区内的每个点的属性值都进行测量 一般选择一些离散的样本点进行测量 通过插值得出未采样点的值 采样点可以是随机选取 或则选取特征样点 但必须保证这些点代表了区域的总体特征 可以插值生成连续且规则的栅格面 通常采样点数目越多 分布地越均匀 插值效果就会越好 3 空间内插方法类型 反距离权重插值 InverseDistanceWeighting简称IDW 样条函数插值 Spline 克里格插值 kriging 自然邻域法 NaturalNeighbor 注意 1 4必须是点层数据 3 1反距离权重插值IDW 这种方法的假设前提是每个采样点间都有局部影响 并且这种影响与距离大小成反比 就是离目标点近的点其权值就比远的点大 这种方法适用于变量影响随距离增大而减小的情况 如计算某一超市的消费者购买力权值 由于人们通常喜欢就近购买 所以距离越远权值越小 如辐射 或者污染源 距离越远 影响越小 3 1反距离权重插值IDW Zvaluefield用来插值的属性数据字段Power即距离的指数 幂越大 点的距离对影响越小 幂越小 表面越平滑 合理范围是0 5 3Searchradiustype 搜索半径类型 有可变和类型两种 定半径插值时 使用指定搜索半径内所有的点作为输入点 如果在搜索半径内没有任何点 这时将自动增加栅格单元的搜索半径 直到达到指定的最少点数为止 Maximumudistance 指定最大搜索半径 没有指定是整个地图范围Numberofpoints 最大搜索半径内用作输入的点数Usebarierpolylines 插值障碍 3 2样条函数插值 Spline 它采用样本点拟合光滑曲线 且其曲率最小 通过一定的数学函数对采样点周围的特定点进行拟合 且结果通过所有采样点 该方法适用于渐变的表面属性 如高程 水深 污染聚集度等 不适合在短距离内属性值有较大变化的地区 那样估计结果会偏大 3 2样条函数插值 Spline Zvaluefield用来插值的属性数据字段Splinetype 样条函数类型张力 Tension 规则 Regularized 张力 Tension 样条中的加权值 是用来调整表面弹力的值 当加权值为0时 为标准的薄板样条插值 加权值越大 表面弹性越大 典型的加权值为0 1 5和10 规则样条 Regularized 中的权重值用来控制表面的平滑度 权重指定三阶导数的系数 以使表面的曲率最小 权重值越大 表面越平滑 一阶导数 坡度 表面也越平滑 通常 权重值取0 0 5 3 3克里格插值 kriging 此方法的假设前提是采样点间的距离和方向可反映一定的空间关联 并用它们来解释空间变异 克里格利用一定的数学函数对特定点或是给定搜索半径内的所有点进行拟合来估计每个点的值 该方法适用于已知数据含距离和方向上的偏差的情况 常用于社会科学研究及地质学中 克里格 kriging 不同高斯 克吕格 Gauss Kruger 前者是插值方法 后者是投影方法 3 3克里格插值 kriging Zvaluefield用来插值的属性数据字段Krigingmethod 插值方法 有ordinary 普通 universal 泛 普通克里格是应用最普遍的 它假定均值是未知的常数 泛克里格用于已知数据趋势的情况 并能够对数据进行科学的判断来描述它 Semivariogrammodels 模式方法Circular 圆形 Spherical 球形 Exponential 指数 Gaussian 正态分布 高斯分布 Linear 线形 3 4自然邻域法 NaturalNeighbor 邻域插值将TIN的一些方法与栅格插值方法结合起来 栅格表面使用输入数据点及其邻近栅格单元进行插值 首先 为输入数据点创建一个Delauney三角形 输入的样本数据点作为三角形的结点 并且每个三角形的外接圆不能够包含其它结点 对每个样本点 邻域为其周围相邻多边形形成的凸集中最小数目的结点 每个相邻点的权重 通过评价其影响范围的Thiessen Voroni技术计算出来 类似于反距离权重法 是一种权平均算法 但是它并不利用所有的距离加权来计算插值点 邻域法对每个样本点做delaunay三角形 选择最近的点形成一个凸集 然后利用所占面积的比率来计算权重 该方法适用于样本点分布不均的情况 较为常用 3 4自然邻域法 NaturalNeighbor heighsource是数据源字段 cellsize是分辨率 单位是地图单位 4 空间表面分析 等值线 Contour 坡度 Slope 坡向 Aspect 山体阴影 hillshade 可视范围 Viewshed 计算土方量工具 Cut Fill 容积和面积计算 areaandvolume 表面分析 可以基于Tin 也可以基于Grid 基于tin的效果 比grid要好的多 基于grid还和grid的分辨率有关 基本按钮介绍 在屏幕上创建等高线 是Element 操作在屏幕上点一下屏幕可视分析 操作是屏幕上划线 绿色是可视 红色是不可视画点画线画面断面分析 先划线 4 1 等值线 1 等值线 Contour 可以是从TIN Contour 或DEM Contour 相对TIN生成等高线质量好一些 毕竟tin是矢量的 可以用来等高线的加密 度 和抽稀 4 1 空间表面分析grid表面分析错误解决 在grid表面分析时 生成的等高线等为空 原因在生成的数据的坐标是错误的 Krasovsky 1940 Transverse Mercator 解决办法 界面的设置如下 4 2坡度分析 坡度 Slope 地表面在该点的倾斜程度 垂直高 水平距离 如耕地坡度大小 是否适宜耕种 道路两边是否需要加护坡 实际坡度有两种表示方式方法 1 坡度 degreeofslope 既水平面与地形面之间夹角 2 坡度百分比 percentslope 既高程增量与水平增量之比的百分数 4 3坡度分析 坡向 Aspect 坡向反映了斜坡所面对的方向 坡向指地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过该点的正北方向的夹角 对于地面任何一点来说 坡向表征了该点高程值改变量的最大变化方向 在输出的坡向数据中 坡向值有如下规定 正北方向为0度 按顺时针方向计算 取值范围为0 360 坡向在植被分析 环境评价等领域有重要的意义 在生物学上 生长在朝向北的斜坡上和生长在朝向南的斜坡上的植被一般有明显的差别 建立风力发电站的选址时 需要考虑把它们建在面向风的斜坡上 地质学家经常需要了解断层的主要坡向 或者褶皱露头 来分析地质变化的过程 在确定容易被积雪融水破坏的居民区的位置时 需要识别朝南的坡面 来得到最初融化的积雪的位置 4 3坡度分析结果 4 4山体阴影 hillshade 山体阴影 hillshade 是根据设置的光源对栅格的照明值 太阳方位角 太阳高度角设置 设置的位置不同 结果也不一样 可以用于日照分析 一天日照的时间等 值越小表示 阴影越大 4 5可视性分析Viewshed 在ArcGIS主要两点直线之间是可见的还是遮挡的 必须要选择一个点层 在屏幕上画线 可以实现屏幕上两点可视分析 绿色表示可视 红色表示不可视 4 6计算土方量工具 Cut Fill 计算土方量工具 主要是用于地形变化后 计