基于GIS的地质灾害与坡度和相对高差相关性分析

毕业设计（论文）任务书题目基于GIS的地质灾害与坡度和相对高差相关性分析学生姓名班级学号题目类型应用型指导教师一、设计参数1、地质灾害与GIS的相关知识2、基于GIS的地形坡度、相对高差的提取3、相关系数知识二、设计（论文）任务及要求1、熟悉ARCGIS软件；2、图像纠正、灾害数据数字化，基于DEM的坡度、相对高差的提取；3、地质灾害与坡度、相对高差的叠加与计算；4、灾点在相对高差与坡度上位置相关性计算；5、相关性分析。三、各阶段时间安排设计内容周数查阅文献（10篇，其中要求有12篇英文文献）4周撰写文献综述2周总结拟定本课题的设计方案、技术路线1周熟悉ARCGIS软件2周图像纠正、灾害数据数字化，基于DEM的坡度、相对高差提取，相关性计算与分析3周毕业论文撰写3周毕业答辩4、主要参考资料1黎立张黎建地质灾害风险评估中GIS技术的应用分析中国新技术新产品2012NO072卢全中彭建兵地质灾害风险评估研究综述长安大学灾害学200312第18卷第4期3姚明波孔志刚戴家胜GIS技术在地质灾害研究中的应用中国水运200612第4卷第12期4吴京何必李海涛地理信息系统应用教程清华大学出版社1516页5郭芳芳扬农孟辉张岳桥叶莹莹地形起伏度和坡度分析在区域滑坡灾害评价中的应用南京大学中国地质20082第35卷第1期6池建地理信息系统清华大学出版社1331页7王小东基于GIS的地质灾害数据库设计河南大学学报20076第26卷第3期目录第一章研究方向111引言112研究的意义213研究的内容2第二章地质灾害与GIS321地质灾害322地理信息系统GIS3221GIS的简介3222GIS的特征3223GIS的功能4224ARCGIS平台423相对高差、坡度与地质灾害4第三章基于GIS的坡度、相对高差计算方法531相对高差和坡度简介532坡度533相对高差734灾害数据7第四章研究数据的获取841灾害数据获取8411图像纠正8412灾害数据数字化1042灾害数据数字化成果图1243基于DEM的坡度提取17431坡度的提取和生成坡度图17432灾害点坡度的提取19433灾害点坡度的提取结果图2344基于DEM的相对高差的提取25441高程（DEM）提取25442相对高差的提取与相对高差图的生成25443灾害点相对高差的提取27444灾害点相对高差的提取结果图30第五章灾害数据处理与分析3251数据格式转换32511栅格数据向矢量数据的转换32512矢量数据向栅格数据的转换3352地质灾害与坡度、相对高差的叠加计算3353灾害点坡度、相对高差值的分类34531灾害点坡度、相对高差值的分类方法34532各灾害点坡度、相对高差值的分类结果属性表3954平均坡度的计算与分析4155属性表的导出42551导出步骤42552表格中灾害个数的计算与统计步骤4356灾害的统计结果与分析44561崩塌灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析44562滑坡灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析45563泥石流灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析4657地质灾害与相对高差和坡度的相关性分析47571相关系数的计算方法47572相关系数的计算与统计结果48573相关性的分析4958结果分析50581得出结论50582成果分析50第六章结束语51参考文献52致谢54外文翻译56基于GIS的地质灾害与相对高差和坡度的相关性分析第一章研究方向11引言今年来,各种地质灾害对我国危害程度日益加重,地质灾害造成的损失逐年增加,造成巨大的经济损失。所谓地质灾害,指由于地质因素的存在和变化能够对各类建筑和工程造成破坏并招致显著的经济损失,对人民生命和生产安全构成威胁,对城乡和区域环境产生危害的各类地质作用和现象。而且随着社会的进步,政府部门及基层广大群众提高了对地质灾害的重视程度对政府而言,它需要了解辖区内的地质灾害发育规律,以便采取相应的防治措施对群众而言,则关系到他们的切身利益,他们需要知道灾害会不会发生,需不需要搬迁等信息。通过对相对高差和坡度地貌学中描述地貌形态的两个重要参数的研究，确定相对高差和坡度对地质灾害的影响作用和预测灾害的发生，帮助政府对地质灾害做出科学预报和有效防治，降低和减少地质灾害对国家建设和人民生活的影响。而地理信息系统GIS是有效表达、处理以及分析与地理分布有关的专业数据的一种技术，它为人们提供了一种快速展示有关地理信息和分析信息的新的手段和平台。从20世80年代以来，GIS在灾害管理中得到逐步深入的应用从简单的灾害数据管理、多源数据集数字化输入和绘图输出，到DTM和DEM模型的建立和使用；从GIS结合灾害评价模型的扩展分析；到GIS与决策支持系统的集成。GIS的核心是空间数据管理子系统，由空间数据处理和空间数据分析构成。运用GIS所具有的数据采集和提取、转换与编辑、数据集成、数据的重构与转换、查询与检索、空间操作与分析、空间显示和成果输出及数据更新等功能，我们可以根据地质灾害评估的需要，建立以GIS技术为基础的、用于地质灾害评价的空间分析模型，评价结果可以图层的形式显示或者报表、表格形式输出，为专业部门或决策部门提供灾害管理和决策依据。本文主要简述利用ARCGIS软件由矢量地形图生成TIN,进而得到坡度图、及高程图的方法,分析地质灾害与相对高差和坡度之间的关系从而帮助政府人员合理科学的预防地质灾害和管理规划地质灾害区的建设与开发。12研究的意义在面对各种地质灾害频发的今天,确定灾害发生的时间、地点、规模显得尤为重要。因为地质灾害的强大破坏力和对经济的巨大影响使得人们要对它做到足够的认识和预报。而且地质灾害对人民生命和生产安全构成严重威胁，政府部门及基层广大群众更是提高了对地质灾害的重视程度所以无论从政府方面出发还是从人民方面出发，如何有效的治理和预防地质灾害的发生已经成了人们必须思考的问题。政府急需了解辖区内的地质灾害发育规律,以便防治。群众需要知道灾害会不会发生如何应急。本文就是致力于研究地质灾害与坡度、相对高差之间的关系来确定灾害发生的时间、地点、规模等问题，为政府宏观决策人民如何防灾减灾做出科学依据。通过研究灾害地区灾害数据，得到统计直方图以及分析结果来帮助政府对地质灾害做出科学预报和有效防治，降低和减少地质灾害对国家建设和人民生活的影响。达到人们对地质灾害的科学认识和合理预防。13研究的内容在地质灾害高发的今天，研究地质灾害的方法越来越成熟，工具也越来越多。而地理信息系统GIS就是一种研究地质灾害理想工具，它有着不可替代的优势与功能。它不仅可以有效的表达、处理以及分析与地理分布有关的专业数据，也可以为人们提供一种快速展示有关地理信息和分析信息的新的手段和平台。本文就是基于GIS利用ARCGIS软件平台研究灾害地区（甘肃甘谷地区）的各种灾害的发生与坡度、相对高差之间的关系。提取出坡度图、相对高差图,统计得到坡度、相对高差与各种灾害（滑坡、泥石流、崩塌、不稳定斜坡）之间的关系直方图并加以分析，确定地质灾害与相对高差和坡度之间的关系。再在此基础上计算得到灾害与坡度、相对高差之间的相关系数与统计图，对灾害与坡度、相对高差之间的相关性加以分析研究。确定它们之间的相关性大小。从而确定各种灾害的发生与坡度、相对高差之间的具体关系，帮助政府人员合理科学的预防地质灾害和管理规划地质灾害区的建设与开发。帮助人民防灾减灾。第二章地质灾害与GIS21地质灾害地质灾害是包括自然因素或人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝等与地质作用有关的灾害。1我国是世界上自然灾害最多、损失最严重的国家之一,灾害种类多,分布地域广,造成损失大。应对自然灾害是人类生存与可持续发展不可回避的问题之一,与风险共存,始终做到居安思危、防患于未然,是减灾和灾害管理的基本点和出发点。22地理信息系统GIS221GIS的简介地理信息系统GIS是一门集计算机，信息学，地理学等多门学科为一体的学科。它是在计算机软件和硬件支持下，应用系统工程和信息工程的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。2GIS通常也被认为是一种决策支持系统。它是有信息系统的一般特点。GIS可以通过、分析、通讯进行复杂图案识别以及空间建模和数据挖掘。一个GIS系统一般由5部分组成硬件、软件、数据、人员、方法。所以GIS既是一门学科又是一个技术系统。222GIS的特征（1）具有采集，管理，分析和输出多种地理空间信息的功能，具有空间性和动态性。（2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析，多要素综合分析，多要素综合分析和动态预测的能力。（3）由计算机系统支持进行空间地理数据管理。3223GIS的功能（1）数据的提取，转换和编辑（2）数据的集成（3）数据结构的重构和数据转换（4）空间数据的查询和检索（5）空间操作和分析（6）空间显示和成果输出224ARCGIS平台ARCGIS是美国环境系统研究所ESRI（ENVIRONMENTSYSTEMRESEARCHINSTITUTE）开发的GIS软件，该软件功能强大，易学易用。是世界上应用最广泛的GIS软件之一，也是我国GIS领域常用的商业软件之一。4随着用户的需要的不断增长和应用领域的不断拓展，ARCGIS软件业不断的升级完善。主要有ARCGIS90ARCGIS92ARCGIS93等。本篇论文运用的是ARCGIS93版本。ARCGIS93是优秀的地理信息系统软件，不仅功能强大而且界面友好。基本上可以满足不同层次的用户需要。ARCGIS93有四部分组成，分别是桌面GIS、嵌入式GIS、移动GIS和服务器GIS。而桌面GIS软件ARCGISDESKTOP是开发、设计地理信息系统的主要应用程序。是一系列整合的应用程序总称。主要包括ARCMAP、ARCCATALOG、ARCTOOLBOX。除此之外，还包括若干可选的扩展模块，如3DANALYST、SPATIALANALYST。23相对高差、坡度与地质灾害坡度对地形分析的影响是多方面的,从选择、确定灾害发生地以及城市景观的组织无一不受地形的影响,形影响因素主要有高程、坡度、坡向等。且坡的发育受控于很多因素,如地形相对高差、地层岩性层、地质构造等，这些主控因素成为地质灾害危险度区划的基础。然而,只有深入研究每一个主控因素与灾害发育之间的关系,才能最终建立科学的灾害评价系统,提供客观的灾害发生的区域空间预测模型。在灾害形成的地形控制因素分析中,坡度和相对高差受到了重视,尤其在单体滑坡的监测中,坡度和相对高差可以通过野外实测得到,是控制单体滑坡发育的重要因素。在滑坡区域空间预测和相关性研究中,坡度和相对高差的提取基于DEM。在ARCGIS软件平台上,利用已知数据资料,通过对研究区相对高差和坡度的提取,结合现有区域数据资料,建立这两个地形参数与区域灾害发育之间的相关性,探讨相对高差和坡度分析在地质灾害评价中的应用。可以很好的研究和了解地质灾害的形成，发生和预测。第三章基于GIS的坡度、相对高差计算方法31相对高差和坡度简介相对高差和坡度是地貌学中描述地貌形态的两个重要参数。相对高差反映地表起伏程度,常用某一确定面积（一定半径的圆面）内最高点和最低点海拔高度之差来表示,坡度一般指坡面的铅直高度和水平宽度比值的反正切值。地面上某点的坡度是表示地表面在该点倾斜程度的量,它是一个既有大小、又有方向的量。地表面任一点的坡度是指过该点的切平面与水平地面的夹角。坡度表示了地表面在该点的倾斜程度。5ARCGIS中坡度包括两种表示方法，一是坡度DEGREEOFSLOPE，二是坡度百分比PERCENTOFSLOPE。而本文中坡度不是指实测得到的值,而是基于DEM数据利用ARCGIS提取的坡度值。新近快速发展的地理信息系统GEOGRAPHICINFORMATIONSYSTEM,GIS为地质学研究和地貌形态的定量分析提供了新的视角和平台。数字高程模型DIGITALELEVATIONMODEL,DEM作为地理数据库中最为重要的空间信息资料和赖以进行地形分析的核心数据系统，不仅可以提取相对高差、坡度和坡向等地形参数，这些参数同时成为定量分析地形地貌和地质灾害评价的基础。另外,地理信息系统在滑坡灾害评价中的应用日益成为地质灾害研究中的热点。32坡度格网模型中地表基本单元的坡度等于其法向量与Z轴之夹角（图321中JIN,的SLOPE），而两向量的夹角余弦等于两向量的数量积与模的乘积之商，即JI,图321地表基本单元坡度、坡向示意图图322格网点配置示意图SLOPEARCOSJI,IJIJNZARCOS23222,1,1,1,/JIJIJIJIZZYX422,1,1,YXZZXJIJIJIJI根据322式计算格网模型的坡度的过程较为复杂。一般情况下，如果格网为正方形，那么可以采用下面介绍的简化公式（参见图34）进行计算。假设ZZZZ为地表基本单元四个格网点的高程数据，为格网的基本单位长ABCDXY度，那么P点的微分公式为UXYZDISZBABAXZ2VCIDCYZSLOOPACTAN323JI,2VU对322、323而言，0。应用时，可根据需要对度数进行分级，90,JISLOPE以形成坡度分析的分级标准。当需要时，也可以把度数转化为百分比。633相对高差相对高差又可以理解为地形起伏度，是指在一个特定的区域内，最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。它是描述一个区域地形特征的一个宏观性的指标。从相对高差（地形起伏度）的定义可以看出，求地形起伏度的值，首先要求出一定范围内海拔高度的最大值和最小值，然后，对其求差值即可。地形起伏度最早源于前苏联科学院地理所提出的地形切割深度，地形起伏度现在成为划分地貌类型的一个重要指标。本文是在研究的地质灾害区域内安半径为11米得的圆为研究最小单元，在此最小单元内进行计算大的最大高程值与最小高程值之差。它的计算要在ARCGIS中进行，利用栅格邻域计算工具设置最大值A；设置最小值为B。然后AB，即可得到一个新层面，其每个栅格的值就是以这个栅格为中心的确定邻域的相对高差（地形起伏）值。34灾害数据灾害数据是指为研究灾害地区的灾害发生情况进行灾害预报和科学研究灾害而通过各种手段获取的有关灾害的数字信息，图像影像信息以及其他信息。比如灾害数据可以是收集的已有地图。本文研究的灾害数据就是已获得的影像地图，这种灾害数据信息的获取需将图像数字化后才可获取得到具体数据信息。首先使图像扫描、纠正图像。再进行灾害数据数字化，便可得到研究灾害相关性的数据信息。纠正是指，使摄影测量得到的地质灾害图像与灾害界址图像具有相同的坐标，且能很好的重合。让地质灾害图像的坐标和比例尺达到一定精确，满足图像数字化处理要求。其图像纠正的具体方法是加载GGBOIUND（界址图）与灾害图，点击ZOOMTOLAYER利用GEOREFERENCING工具完成图像纠正。第四章研究数据的获取41灾害数据获取411图像纠正图像纠正的步骤在ARCGIS中打开界址图如图1，加载灾害图如图2，左击灾害图出现菜单，然后点击ZOOMTOLAYER，修改在灾害图坐标，使之达合理精度要求如图3。再检查所修改的坐标，确定满足要求精度如图4。利用GEOREFERENCING工具中的FITTODISPLAY完成图像纠正。其结果如图5。图41界址图像图42灾害图像图43修改坐标图44坐标属性框图45纠正结果图412灾害数据数字化1灾害数据数字化步骤灾害数据数字化的目的是为相关性分析获得基础数据，步骤是加载纠正后的图像，新建各个（滑坡，泥石流，不稳定斜坡，崩塌）灾害图层。下面以滑坡灾害数据化为例介绍操作步骤新建滑坡图层，添加纠正后图像，在滑坡图层下选择合适的标志点，逐次在纠正图上点出滑坡的灾害点如图6。打开滑坡灾害图的属性表OPENATTRIBUTETABIE,再在属性CLASS一栏中单击右键，选择FIELDCALCULATOR如图7。编辑CLASS滑坡，点击OK运行后，结果如图8。到此滑坡灾害数据化完成，其他灾害数据化步骤与其相同这里不在一一介绍。其它灾害数据化结果如图9图10图11图46滑坡灾害数据数字化图47FIELDCALCULATOR图48坡灾害数据数字化结果图泥石流图49泥石流灾害数据数字化结果崩塌图410崩塌灾害数据数字化结果图不稳定斜坡图411崩塌灾害数据数字化结果42灾害数据数字化成果图灾害数据数字化（界址灾害）成果图成果图41泥石流灾害点图成果图42滑坡灾害点图成果图43崩塌灾害点图成果图44不稳定斜坡灾害点图2灾害数据数字化（界址灾害）成果图成果图45滑坡灾害点图成果图46泥石流灾害点图成果图47崩塌灾害点图成果图48不稳定斜坡灾害点图43基于DEM的坡度提取431坡度的提取和生成坡度图坡度的提取是为相关性分析提取必要数据，坡度的提取坡度的计算方法很成熟，基于已有数据，第一步用行政边界和等高线数据生成TIN，然后转成DEM。（ARCGIS3DANALYSISTOOLCREATE/MODIFYTINCONVERT第二步用生成的DEM来进行坡度分析。（ARCGIS3DANALYSISTOOLSURFACESLOPEORASPECT具体的工具是创建TIN3DANALYST工具条CREATE/MODIFYTINCREATETINFROMFEATURES提取坡度工具3DANALYST和SAPATIALANALYST工具条上的SURFACEANALYSTSLOPE坡度。在ARCGIS中添加DEM，然后在SPATIALANALYST工具中选择SURFALEANALSICSLOPE通过点击SLOOP进行确定，其操作过程如图（12），图412SURFALEANALSICSLOP弹出SLOPE对话框图（13）。在对话框中编辑如图属性然后点击OK。图413SLOPE对话框得到坡度图成果图49坡度图432灾害点坡度的提取1提取方法与步骤提取坡度值和高程值到灾害点，是研究相关性必要的数据处理过程，下面以滑坡为例介绍操作过程。在ARCGIS中添加数字化后的各灾害图，以及坡度图。打开工具条，在SPATIALANALYSTTOOLSEXTRACTION中找到EXTRACTVALUESPOINTS工具，如图（14）图414EXTRACTVALUESPOINTS打开EXTRACTVALUESPOINTS对话框，按照如图15选择提取数据与保存位置，点击OK，完成滑坡灾害点坡度的提取。图415EXTRACTVALUESPOINTS对话框再打开数据化后灾害图（以滑坡为例）属性表，修改属性字段名称。在OPTIONSADDFIELD中添加SLOOP字段，利用FIELDCALCULATOR计算器修改，函数公式为SLOOPRASTERVALV如图16图17使之属性表中出现SLOOP（坡度）一列。图416FIELDCALCULATOR图417编辑SLOOPRASTERVALV2灾害点坡度提取属性表结果成果表41泥石流成果表42滑坡成果表43不稳定斜坡成果表44崩塌433灾害点坡度的提取结果图1滑坡灾害发生点坡度图成果图410滑坡灾害发生点坡度图2泥石流灾害发生点坡度图成果图411泥石流灾害发生点坡度图3崩塌灾害发生点坡度图成果图412崩塌灾害发生点坡度图4不稳定斜坡灾害发生点坡度图成果图413不稳定斜坡灾害发生点坡度图44基于DEM的相对高差的提取441高程（DEM）提取提取高程值到灾害点，与提取坡度值到灾害点操作步骤与方法类似，还是在ARCGIS中添加数字化后的各灾害图，以及DEM图。打开工具条，在SPATIALANALYSTTOOLEXTRACTION中找到EXTRACTVALUESPOINTS工具进行提取，在选择提取数据时选择DEM数据。这里不再详细介绍。442相对高差的提取与相对高差图的生成1相对高差的提取方法步骤相对高差（地形起伏度）的具体提取方法如下方法（1）激活DEM数据，在SPATIALANALYST下使用栅格邻域计算工具NEIGHBORHOODSTATISTICS。设置STATISTICTYPE为最大值，邻域的类型为矩形或圆，本文为邻域的大小为半径为11米的圆（这个值也可以根据自己的需要进行改变），则可得到一个邻域半径为11米的圆的最大值层面，记为A；重复以上操作，只是把STATISTICTYPE值设置为最小值，即可得到DEM数据的最小值层面，记为B；在SPATIALANALYST下使用栅格计算器CALCULATOR，公式为AB，即可得到一个新层面，其每个栅格的值是以这个栅格为中心的确定邻域的地形起伏值。本文利用方法1进行相对高差（地形起伏度）的具体提取方法（2）在ARCGIS的SPATIALANALYSTTOOL下，采用FOCAL函数分别计算DEM的最大高程值和最小高程值，再将最大高程值和最小高程值进行差值运算。方法（3）用CREATEFISHNET工具做个要计算的大小范围的栅格，用ZONALSTATISTICS直接计算RANGE，即为地形起伏度。2相对高差图1DEM单位面积（半径为11米的圆）最大值层面图A成果图414最大值层面图A2DEM单位面积（半径为11米的圆）最小值层面图B成果图415最小值层面图B（3）相对高差提取图成果图416相对高差提取图443灾害点相对高差的提取1灾害点相对高差的提取方法与步骤相对高差的计算关键在于统计单元的选择,也就是定义所指的某一确定面积的值。随着统计单元半径的增大,相对高差地形起伏度的值也随之增大,但增到一定程度即趋于稳定。最佳的统计单元才能真实反映相对高差（地形起伏）。提取相对高差值到灾害点，与提取坡度值、DEM值到灾害点的操作步骤与方法类似，还是在ARCGIS中添加数字化后的各灾害图，以及相对高差的提取图。打开工具条，在SPATIALANALYSTTOOLEXTRACTION中找到EXTRACTVALUESPOINTS工具进行提取，在选择提取数据时选择相对高差数据。这里不再详细介绍。其结果如图（19）图419结果属性表2灾害点基于坡度相对高差的提结果成果表45泥石流成果表46不稳定斜坡成果表47滑坡成果表48崩塌444灾害点相对高差的提取结果图1滑坡成果图417滑坡灾害点相对高差图2泥石流成果图418泥石流灾害点相对高差图3崩塌成果图419崩塌灾害点相对高差图4不稳定斜坡成果图420不稳定斜坡灾害点相对高差图第五章灾害数据处理与分析51数据格式转换511栅格数据向矢量数据的转换展开CONVERSIONTOOLS工具箱，打开FROMRASTER工具集，双击RASTERTOPOLYGON，打开RASTERTOPOLYGON对话框。在INPUTRASTER文本框中选择输入需要转换的栅格数据。在OUTPUTPOLYGONFEATURES文本框键入输出的面状矢量数据的路径与名称。选择SIMPLIFYPOLYGONS按钮（默认状态是选择），可以简化面状矢量数据的边界形状。单击OK按钮，执行转换操作。512矢量数据向栅格数据的转换展开CONVERSIONTOOLS工具箱，打开TORASTER工具集，双击FEATURETORASTER打开FEATURETORASTER对话框。在INPUTFEATURES文本框中选择输入需要转换的矢量数据。在FIELD窗口选择数据转换时所依据的属性值。在OUTPUTRASTER文本框键入输出的栅格数据的路径与名称。在OUTPUTRASTER文本框键入输出栅格的大小，或者浏览选择某一栅格数据，输出的栅格大小将与之相同。单击OK按钮，执行转换操作。该命令同样适用于地理数据库中的要素类。52地质灾害与坡度、相对高差的叠加计算在ARCGIS常见的叠加分析情况汇总。在矢量叠加，即将同一区域、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠加产生一个新的数据层，其结果综合了原来图层所具有的属性。矢量叠加操作分为交集（INTERSECT）、擦除（ERASE）、标识叠加（又称交补集,IDENTIFY）、裁减（CLIP）、更新叠加（UPDATE）、对称差（SYMMETRICALDIFFERENCE）、分割（SPLIT）、合并叠加（UNION）、添加（APPEND）、合并（MERGE）以及融合（DISSOLVE）等类型。编辑里边的MERGE是将同一要素类里边的要素合并生成新的要素，并将原要素删除，其属性按指定的要素修改。编辑里边的UNION可将同一要素类或不同要素类的要素合并生成新的要素，不删除原要素，新要素的属性为系统默认值（空格或0等，根据字段属性而定）。编辑里的MERGE和UNION是对选中的要素进行操作。灾害点坡度、相对高差叠加后图像成果图521灾害点坡度、相对高差叠加后图53灾害点坡度、相对高差值的分类531灾害点坡度、相对高差值的分类方法为了方便相关性分析，还要将提取出来的灾害点坡度、相对高差值进行分类研究，添加新的属性字段，在OPTIONSADDFIELD添加坡度分类字段SLOOPCALSS，相对高差分类字段XDGCCLASS下面以灾害点坡度分类为例进行详细介绍打开属性表，添加SLOOPCALSS字段，如图（20）PE框中选择TEXT。图520OPTIONSADDFIELD然后打开SALECTBYATTRIBUTES工具，如图（21）图521SALECTBYATTRIBUTES在SALECTBYATTRIBUTES对话框中选择SLOOP5使之选出坡度小于5度的灾害点，之后点击APPLY确认，如图（22）图522SALECTBYATTRIBUTES对话框确认之后再在属性表中点击SELECTED使之在全属性表中搜索选择数据，如图（23）图（24）图523SELECTED图524筛选再打开FIELDCZLCULATER计算工具，在FIELDCZLCULATER对话框中编辑SLOOPCALSS”05”,如图（25）图（26）图525FIELDCZLCULATER图526FIELDCZLCULATER对话框按照以上方法，依次在SALECTBYATTRIBUTES计算工具中编辑SLOOPCALSS10ANDSLOOPCALSS5SLOOPCALSS20ANDSLOOPCALSS10SLOOPCALSS40ANDSLOOPCALSS20SLOOPCALSS60ANDSLOOPCALSS40进行坡度分类，选择出不同坡度的灾害点数。如图（27）图527编辑公式图分类结果属性表如图（28）图528结果属性图其它灾害点的坡度分类方法与上面步骤一致，各灾害点的相对高差分类方法也与上面步骤类似，在编辑公式时安XDGCCLASS的分类大小范围编辑即可。这里不再详细介绍。532各灾害点坡度、相对高差值的分类结果属性表泥石流成果表59泥石流滑坡成果表510滑坡崩塌成果表511崩塌不稳定斜坡成果表512不稳定斜坡54平均坡度的计算与分析利用ARCGIS软件的SPATIALANALYST空间分析模块功能模块,先由矢量等高线数据生成DEM栅格表,再由SLOPE函数提取出坡度,对坡度进行重分类,然后对该数据层的属性数据进行统计和分析。操作流程如下加载等高线数据。加载SPATIALANALYST空间分析模块功能模块,运行SPATIALANALYST/INTERPOLATETORASTER/SPLINE命令,生成DEM栅格表。图形裁减。利用ARCTOOLBOX/SPATIALANALYSTTOOLS/EX17资源开发与市场RESOURCEDEVELOPMENTMOBILECONSUMERSINCREASINGLYDEMANDCONVENIENTCOMMERCIALLOCATIONSERVICESTHATENHANCEMOBILELIFESTYLESANDLEGISLATIONINSOMEREGIONSOFTHEWORLDFORCESSOLUTIONPROVIDERSTOQUICKLYDEVELOPHIGHLYRELIABLE,TRUSTED,ANDALWAYSAVAILABLEEMERGENCYSERVICEAPPLICATIONS,ENSURINGPUBLICSAFETYRESPONSESFORALLLOCATIONAWAREMOBILEDEVICESANDENTITIESMANYCOMPANIES,INCLUDINGAIRZIP,SIGNALSOFT,ANDTRAFFICSTATION,AREASSISTINGESRIINBRINGINGTHISTECHNOLOGYTOBUSINESSESANDGOVERNMENTSTHROUGHOUTTHEWORLD8、MININGANDEARTHSCIENCESGISCREATESEFFICIENCYANDPRODUCTIVITYOPPORTUNITIESINALLASPECTSOFMINERALEXPLORATIONANDMININGGISENABLESMINERALGEOLOGISTSANDMINEOPERATORSTOMINEINTELLIGENTLY,EFFICIENTLY,COMPETITIVELY,SAFELY,ANDENVIRONMENTALLYGISPROVIDESTHEFRAMEWORKTOACQUIRE,DEVELOP,ANDINTERPRETTHECOMPLEXSPATIALANDTABULARDATASETSUSEDFORMININGANDTHEEARTHSCIENCESMAPPING,SPATIALCONCEPTS,ANDTIME/SPACEOPERATIONSTECHNOLOGYAREABSOLUTELYESSENTIALTOEFFECTIVEMININGNATURALRESOURCESATATIMEWHENTHEEARTHSRESOURCESAREBEINGTAXEDLIKENEVERBEFORE,NATURALRESOURCEMANAGERSAREDISCOVERINGTHEPOWEROFGISTOHELPTHEMMAKECRUCIALDECISIONSGISISHELPINGDEVELOPMENTANDCONSERVATIONCOMMUNITIESFINDCOMMONGROUNDBYPROVIDINGAFRAMEWORKFORTHEANALYSISANDDISCUSSIONOFRESOURCEMANAGEMENTISSUESCOMPANIESANDORGANIZATIONS,INCLUDINGTHENATURECONSERVANCY,THEENVIRONMENTALPROTECTIONAGENCY,CHEVRON,ANDTHEDEPARTMENTOFFISHANDWILDLIFE,AREUNLEASHINGTHEPOWEROFGISTOMANAGENATURALRESOURCES9、TRANSPORTATIONINTHETRANSPORTATIONINDUSTRY,GEOGRAPHICANALYSISISTHEKEYTOMAKINGBETTERDECISIONSGISSERVESTHREEDISTINCTTRANSPORTATIONNEEDSINFRASTRUCTUREMANAGEMENT,FLEETANDLOGISTICSMANAGEMENT,ANDTRANSITMANAGEMENTTRANSPORTATIONPROFESSIONALS,SUCHASTHENEWYORKDEPARTMENTOFTRANSPORTATION,THEMARYLANDSTATEHIGHWAYADMINISTRATION,ANDTHECITYOFREYKJAVIK,ICELAND,USEGISTOINTEGRATEMAPPINGANALYSISINTODECISIONSUPPORTFORNETWORKPLANNINGANDANALYSIS,TRACKINGANDROUTING,INVENTORYTRACKING,ROUTEPLANNINGANDANALYSIS,ANDMOREGIS有关基础与应用一、GIS的有关基础内容1、GIS的定义地理信息系统”是一个缩写含义，地理信息系统。为了提供一个很好的了解，下面给出的定义由兰德（1989）和美国地质调查局（美国地质勘探局，1997）分别是第一次提出。1“GIS是一个由硬件，软件，和程序设计，支持捕获，管理，处理，分析，建模，并显示空间参照的数据，以解决复杂的规划和管理的问题的一个系统。”2“GIS是一个计算机系统能组装存储操作和显示地理参考信等,根据其位置来数据证实。”GIS书籍通常采用这两个定义所表达的思想。这两个特征用以区分GIS与其他类型的信息系统“地理”在GIS的解释是事物所在的“空间”，比如国家,州,县、市、学校、道路、河流、湖泊等等之类的位置。空间意味着在地球表面上的一个对象或特征所在地。这可以被简单的理解为一个特征的纬度和经度。地理特征或对象可以是任何我们感兴趣的事物。“信息”在GIS里是指我们感兴趣的空间特征的“数据”或“属性”信息。特性的这个名字,什么是特性,特征的位置及关于它的任何其它的重要信息一个范例可以是一个城市的名字,它的位置,它有多大的平方英尺区域,它的人口,其在过去的人口,和其他重要的信息。“系统”在GIS中是指所编写的计算机软件，它用来帮助人们分析数据,查找数据,并以不同方式把它们结合在以一起来显示它们的关系或创建地理模型。GIS系统由各种各样的软件和硬件工具组成,只要它们是集成在一起，就能够提供一个实用的地理数据处理工具。正如上面提到的,GIS是一个将地理信息（在哪里）和描述性信息（是什么）链接在一起的电脑系统。不像平面纸质地图,“你看到的就是你得到的全部”,一个GIS可以表达许多层的不同信息。使用纸制地图,你所要做的就是打开它。面前展现出你是一个关于城市、道路、山川和河流、铁路、和政治边界的描述。城市用小点或圆表示,道路被黑色线条,山峰通过小的三角形,湖泊由类似于真正的湖泊的小型蓝色区域表示。相比纸制地图,数字地图使用没有太大的困难。在纸质的地图上,采用点代表城市类的特地物,采用线代表道路类的线状地物,采用小区域代表河流类的特征地物。所有这些信息这一点的所在的位置,路是多长,甚至是一个湖占据有多少平方英里都是以数字格式作为图层以1或0的模式存储在计算机里。考虑这个地理数据作为层信息显示在电脑屏幕上。每一层代表地图的一个特定的主题或者特征。一个主题可以是由在一个区域的所有道路组成。另一个主题可以表示同一区域内所有的湖泊然而,另一个能代表所有的城市。这些主题可以被放置在另一个之上,创建同一地理区域内的一叠信息每一层都可以关闭和开启,仿佛你从一叠里剥去一层或把它重新打开。你控制一个区域里的所有信息,你可以在任何时间，任何专题图上浏览它们。GIS的技术组件在硬件、软件和人力资源这些术语里给予解释。GIS硬件包括电脑、电脑配置/网络工程、输入设备,打印机,和存储系统。用于GIS的计算机可以是个人计算机或超级计算机这些计算机可以是独立的单元或可以连接到一个网络环境输入设备包括数字转换器和扫描仪打印机和绘图仪是用来产生硬拷贝地图GIS存储系统包括光学磁盘,磁磁盘如硬盘驱动器,软盘或磁带。GIS软件包括GIS项目和特殊应用程序包，如数字地面模型和网络分析。GIS软件项目和桌面制图程序最主要的区别在于GIS具有空间分析的能力。由美国环境系统研究所ESRI有限公司出的ARC/INFO，就是一个典型的GIS软件包。桌面制图程序提供许多类似的特性,但作为GIS,它们支持进行空间分的能力是有限的。他们正在开发以满足个人用户需要的地图显示。MAPINFO公司开发的MAPINFO就是一个目前应用较多的桌面制图程序。用来操作GIS系统的人力资源通常包括操作人员、专业技术人员和管理人员。操作人员是这样的人1监控设计的地图显示,标准地图符号和标准地图集的绘制2将地图转成数字形式的数据获取人员3潜在的GIS系统的用户。专业技术人员,包括1解决特定用户的问题并满足他们的信息需求的信息分析员,2负责保持系统硬件/软件运行的系统管理员3将分析师准备好的应用程序规范编译成项目的程序员,和4协助分析员,程序员和用户将地理特征组织到每一层,确定的数据来源,为非图像数据开发编码结构和管理数据库的文档信息的数据库管理员。管理人员包括1经理,监控GIS项目实现团队的日程的和管理按组织的要求生产输出2质量保证协调员负责最终产品的输出,以确保它满足了转换规范和数据验收计划。2、地理信息系统的工作方式GIS是通过提供一种方式来捕获或输入、存储、检索和管理数据、处理和分析数据,最后以一种方式将数据显示为一个地图或一个文档或两者。让我们来仔细看一下GIS的每个方面。数据输入所有GIS数据必须是数字格式，因此无论是报告、照片、地图,或者收集到的一个区域的信息,它必须是数字。将获取的地理数据输入一个GIS是一个包括许多不同的方法的大型工程。空间地理数据收集的最普遍的方法之一是的进行一项物理测量。这包括测量土地,水下地区,和地球的地下特性这分别被称为野外测量、水文测量和矿山调查。基本形式的数据输入包括1打字报告测量文件,人口统计数据等等所有这些最好以一个数据基础格式或表格数据输入电脑。2扫描纸质地图如地形图,航拍照片,遥感图像如果不是数字格式，则需要扫描,然后匹配或矫正地图。当一幅图片或一个地图或航拍照片是匹配过的，它会以正确的位置被GIS打开在一个地图上,与其它相关的地图对象一同被显示。他们将在空间上的正确位置。3数字化目前数字化是最常见的将现有的地图和图像转换成数字形式的方法。数字化基本上是从纸质地图或航空相片跟踪点、线或区域来替代一个照片或一个栅格图像,变成一个数字图形或矢量文件。4GPS数据捕获数据可以作为为点、线和多边形从GPS装置放置到一个GIS里，如果GPS具有记录这种信息的能力。5航空摄影/遥感这是一种越来越流行的方法来收集空间数据。摄影测量采取一架飞机,这从而数据被测量和解释。同样,卫星遥感技术可以被解释为物理特性和属性。6的人口普查人口普查由美国人口普查局管理，它们收集各种的人口数据诸如人口、年龄结构、性别比例、种族组成,就业率。7统计统计数据是一组用于收集和分析数据的数学方法。这些方法包括在一个固定地点的不同的时间间隔收集和研究数据,为年鉴、气象站报告等提供信息。这此信息通常有一个空间结构，因此，可以被合并到GIS中。二、GIS的应用由于现实日益复杂的现实世界的情况，关于地球的精确规划和决策的过程出现了更多的挑战。GIS现信被认为是一个在规划和决策制定上的重要工具。它被发现用于很多个领域，比如地籍图制作，土地利用规划，林业，野生动植物管理，基础设施规划，区域划分，军事，环境监测，网络规划，设备选择，考古学，农业，企业市场营销和销售，银行业，健康与人类服务业，园林景观，图书馆和博物馆，海事，海岸和海洋，媒体，矿业和地球科学，石油，零售业，国家和地方政府，运输业。目前更深层次的应用包括航空交通监测，道路导航，犯罪分析等等。目前，GIS成为利用空间数据的公认的标准方法。同样的，空间数据在多种领域的利用也在迅速的增长，组织、管理、分析空间数据并且解决空间问题的能力是GIS系统的一个显著的特征。地图制作和地理分析并不是新知识，但是因为现代计算机的力量和方便，GIS能够使更快速、更高效地完成这样的工作成为一种可能。环境领域长期在各种领域应用GIS，范围涉及从简单的库存和查询范围到地图分析和叠加，再到复杂地空间决策系统。1、环境方面包括下面的例子森林建模，空气/水质量建模和监测，环境敏感区制图，经济交叉分析，气象学，水文和地质变化。输入到环境地理信息系统里的象征性的数据包括高程，森林覆盖，土壤推土机和水文地质覆盖。在很多情况下，环境地理信息系统被应用，所以环境因素能够很好地与社会经济学发展相结合并且能够达到两者之间的平衡。2、基础设施和公用事业方面GIS技术在规划和管理公共事业方面的应用也非常广泛，基础设施和公用事业处理组织发现GIS在处理某些方面的问题的时候是一个有力的工具，比如规划，决策支持，客户服务，管理要求，方法标准化和图表显示。典型的应用包括以下设施的管理电，燃气，水，公路，交通，排水管道，电视/电台发射设备，危险分析，调度和应急服务。输入的典型数据包括街道网，地形数据，人口统计数据和地方政府的管理边界。3、计算机的地图制作方面计算机辅助制图技术的成长很大依靠基于GIS的矢量的发展。在GIS的帮助下，制图任务像专题信息的叠加，地图投影和单张地图的布局能够更方便地进行。持续地更新地理数据库为生产新地图的版本提供了一个简单方式。自动制图和地图图像在很多应用领域取代了传统的纸质地图。以一般地导航为目的基于网络的地图对于公众更为方便。然而，人工数字化纸质地图仍然是将数据输入到一个自动成图地理信息系统的主要形式。扫描地图也也经常用到。4、土地信息方面GIS通过轻松创建和维护土地记录，土地规划和土地利用数据来帮助管理土地信息。特别的，大量的市政府开始应用GIS来帮助管理他们的土地信息。GIS使输入，更新，恢复诸如纳税记录，土地利用规划，和区域编码比纸质地图时代更加容易。GIS中在土地信息管理中的典型应用包括为地产权益，管理土地登记，准备土地利用规划和地图分区，地图制作等。输入到一个土地信息系统中的数据包括行政和管理区划，交通运输和土地覆盖。5、工程管道方面竞争压力和监管机制对管道管理者高效、安全、合理的行使职责，提出了更高的要求，为了响应这些需求，需要获得有关地理上分散的资产和业务的信息。GIS技术通过地理组件技术促进了数据的组织和管理，它也使数据的获取和应用更容易。GIS为公司里的管道运营商提供像壳（CIAO）牌国际一样的管道完整性管理的改进能力，提高流水线作业的效率，并改善响应业务发展能力。6、工程测量方面测量员和工程师了解地理数据的重要性，从地籍测量到工程施工放样，测量员在进行野外测量时采用高精度的仪器，流程和计算方法来精确定位并确定地理特征，工程师根据测量员测量的地形设计和建造结构及基础设施。在数以千计的国家政府和地方政府，包括马里恩县，俄勒冈州，GIS提供工具来帮助测量员，它将多种数据来源和数据类型融合到一起，维护和管理目录，并采用动态地图来显示数据和相关信息，GIS通过提供模型和分析为房地产诉讼提供支持。7、定位服务方面随着全球社会变得更加流动，相对初始位置定位人、地点和事件，同时获取有用信息从未变得像现在这样重要。政府和企业对企业范围内的空间数据库的管理，对关键的商业信息传递给人力资源传递提供了有用的选项。手机消费者对提高移动生活方式的便利化、商业化的定位服务提出了更多的需求；世界上一些地区的法律强迫解决方案供应商开发高度可靠，可信赖的，并且随时提供紧急服务的应用，以确保公众对所有位置感知移动设备和实体的安全响应。许多公司，包括AIRZIP,SIGNALSOFT和TRAFFICSTATION，帮助ESRI将这项技术带入商业、政府直至整个世界。8、矿业和地球科学方面GIS在矿产资源勘查和开采的所有方面创造了提高效率和生产力的机会。地理信息系统，使矿产地质学家和矿商智能地，高效地，有竞争力地，安全地，环保地挖掘，GIS提供了获取、开发和解译复杂的空间属性数据用于采矿和地球科学的框架。制图、空间概念和时/空操作技术对于高效的开采是十分必要的。地球的自然资源从未有像现在这样大的负担，自然资源的管理者发现了GIS帮助他们制定关键决策的作用