ArcGIS实验-Ex12-地形指标提取

第九章三维分析练习1:萃取地形索引一、背景地形指标是最基本的自然地理因素，是对人类生产和生活影响最大的自然因素。地形特征制约了地表物质和能量的再分配，影响了土壤和植物的形成和发育过程，影响了土地利用方式和水土流失的强度，还影响了城市规划中劳动农业生产配置的各个方面。地形指标提取对土壤流失、土地利用、土地资源评价、城市规划等方面的研究具有重要作用。根据研究区域规模，地形指标有很多因素。基于ArcGIS的地形指标提取大多数是基于DEM数据执行的。二、目的通过这个实验，读者加深了对各基本地形指标的概念及其应用意义的理解。熟练掌握使用ArcGIS软件提取这些地形指标的方法和过程。三、要求使用提供的DEM数据提取具有四个基本地形指标(区域坡度、坡度、地形起伏和地面粗糙度)的栅格图层。四、数据在本练习中，将使用区域网格DEM(.Chp9Ex1)以渐变表示的区域的分辨率为5米的DEM数据，具体取决于高程值。以下地形指标的提取全部基于此数据。五、程序1、坡度变化率在差异空间中，地面坡度变化率(地面坡度变化率)根据提取的坡度值重新计算地面上的每个点。坡度的坡度(Slope of Slope，简单地说是SOS)。坡度解决了地面高程的变化率，因此坡度变化率特性了地表高程相对于水平面发生变化的二次微分。坡度变化率在一定程度上反映了截面曲率信息，提取如下：(1)激活DEM主题，选择spatial analysis-surface analysis-Slope命令，然后提取DEM主题的坡度以获取“Slope of DEM(图1)”条目，如图2中所示。图1 DEM主题的坡度提取图2坡度数据(2)使用前面介绍的方法，激活Slope of DEM条目以提取坡度，并获取坡度变化率条目DEM专题坡度的坡度(图3)图3坡度变化率2、坡向变化率曲面坡度变化率表示曲面的坡向提取标准之上的坡向变化率值的二次提取(SOA)，如图4、5、6和7所示。很好地反映了等高线的弯曲程度。图4查找DEM数据的坡向图5倾斜数据图6生成了坡向的坡度图7坡向的坡度资料曲面坡向系数基于提取的曲面坡向矩阵应用坡度的计算原理，提取曲面局部小范围内坡向的最大变化。SOA在提取过程中可能会在不同的坡度发生错误。也就是说，在斜坡的北和南，坡向演算法会产生错误，因此请修正北坡度的SOA结果。SOA理论上在曲面北坡发生误差，北坡前坡值为0-90到270-360，北方向附近的15到345之间的坡向差为30，但是计算中的330为差，要更正北坡率中的坡度误差，请执行以下操作(1)获取标记为h的原始DEM数据图层的最大高程值。使用(h-DEM)公式(如图8所示)，通过Spatial Analysis中的栅格计算器计算器获取与原始地形相反的DEM数据图层，即反向地形DEM数据。图8计算半环形DEM数据图9半环形DEM数据(2)根据逆向地形DEM资料计算坡向值，如图10所示。图10查找反向地形DEM数据的坡向值(3)使用SOA方法计算逆地形的坡向变化率，并将其记录为SOA2，如图11所示。根据原始DEM数据计算出的坡向变化率值为SOA1。图11逆向地形的坡向变化率计算(4)SOA=(SOA 1SOA 2)使用公式Spatial Analysis中的网格计算器计算器-ABS (SOA 1-soa2)/2，在图12中，您可以找到没有错误的DEM的坡向变化率，如图13所示。图12使用栅格计算器图13无误差DEM的坡向变化率计算(5)有误差的DEM坡向变化率(图14)与没有误差的坡向变化率(图15)相比，有误差的图中有闭合环，消除误差的图中也有这些环消失。图14有误差的坡度变化率图15没有误差的坡度变化率3、地形起伏地形起伏是特定区域内最高点高程和最低点高程之间的差异。是描述一个地区地形的宏观指标。查看曲面起伏的定义可以发现，找到曲面起伏的值，首先要求一定范围内高程的最大值和最小值，然后求出其差值即可。要获取某个范围的最大值和最小值，可以使用空间分析下的栅格相邻计算工具Neighborhood Statistics将静态类型分别设置为最大值和最小值，相邻设置为圆形或矩形，相邻大小可以根据自己的要求确定。地形起伏的具体提取方法如下：(1)启用DEM数据，然后在Spatial Analysis中使用网格邻居计算工具Neighborhood Statistics(图16)。将静态类型设置为最大值，如果相邻类型为矩形(圆)，相邻大小为1111(此值可以根据需要更改)，则将相邻1111所在矩形的最大侧记录为a。图16获得邻居有1111的矩形的最大侧面(2)要获得DEM数据的最低级别，请将静态类型值设置为最小值，然后重复1、2，如图17所示。图17显示了邻居有1111的矩形的最小侧(3)使用“空间分析”下带有公式A-B的栅格计算器计算器，您可以获得新的方面，其中每个栅格的值是以此栅格为中心确定相邻关系的地理变异值。提取结果如图18所示。图18使用栅格计算器计算器图19地形起伏4、地面粗糙度：地面粗糙度是特定区域内地球表面积与投影面积的比率。也是反映表面形态的宏观指标。根据地面粗糙度的定义，如果将每个格线单元的表面积与投影面积进行比较，则可以使用以下方法执行操作：如果ABC是格线单元的纵断面，是格线单元的坡度，则AB面的面积为该格线的表面积，AC面是格线(根据公式)的投影面积(也是此格线的面积)。cosa=AC/AB此栅格单元的地面粗糙度m为：M=ab面的面积/AC网格储存格的面积=(AC * AB)/(AC * AC)=1/cosale地面粗糙度的提取步骤如下：(1)激活DEM主题，选择spatial analysis-surface analysis-Slope命令，然后提取DEM主题的坡度以选择Slope of DEM得到主题；(2)在Spatial Analysis中，使用网格计算器计算器激活DEM主题Slope of DEM，公式为：如图20所示1/