基于ArcGIS的DEM分析与可视化

1、实验四 基于ArcGIS的DEM分析与可视化一、实验目的1、掌握利用ArcGIS三维分析模块进行创建表面的基本方法2、 掌握利用ArcGIS三维分析进行各种表面分析的基本方法，并能进行表面创建及景观 图制作3、 掌握地形特征信息的提取方法，能利用ArcGIS软件基于DEM寸山脊线和山谷线的提 取4、 掌握三维场景中表面及矢量要素的立体显示其原理与方法，熟练掌握ArcGIS软件表 面及矢量要素杂场景中的三维显示及其叠加显示5、熟练掌握ArcScene三维场景中要素、表面的多种可视化方法。6、通过制作某区域的飞行动画，实现对该区域的宏观浏览，掌握地形的三维显示与飞 行动化的制作方法。二、主要实验器

2、材(软硬件、实验数据等)计算机硬件：性能较高的PC机计算机软件：ArcGIS9.3 软件、Visual Basic6.0实验数据：ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程随书光盘或其他中三、实验内容与要求1、地形特征信息提取操作指导见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程第九章 实例与练习2 P349-351。实验数据具体见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程随书光盘ch9EX2。要求：利用所给区域DEM数据，提取该区域山脊线、山谷线栅格数据层。具体操作：1点击DEM数据，使用表面分析中的坡向( Aspect )工具，提取DEM勺坡向数据层，命 名为A。2点击数据层A,使用表面分析中的坡

3、度(Slope )工具，提取数据层 A的坡度数据， 命名为SOA13. 求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H;使用空间分析工具集中的栅格计算器(Raster Calculator ),公式为(H DEM,得到与原来地形相反的数据层，即反地形DEM数据。4. 基于反地形DEM数据求算坡向值。5. 利用SOA方法求算反地形的坡向变率，记为SOA26. 使用空间分析工具集中的栅格计算器(Raster Calculator ),公式为 SOA=(SOA1+SOA2)-Abs(SOA1+SOA2)/2 ，这样就可以求出没有误差的 DEM勺坡向变 率SOA7. 再次点击初始 DEM数据，点击 Spat

4、ial Analyst->Neighborhood Statistics(栅格邻域计算工具)，打开对话框，设置统计类型(Statistic type )为平均值(Mean),邻域的类型为矩形(也可以为圆)，领域的大小为11 x 11(这个值也可以根据自己的需要进行改 变),则可得到一个邻域为 11 x 11的矩形的平均值数据层，记为B,各项设置如图4-1所示。8.使用空间分析工具集中的栅格计算器(Raster Calculator ),公式为C=DEM-B,即可求出正负地形分布区域，如图4-2所示。NRIB匸£vj£二 口匚二Input detd:Field:Stat

5、istic type:Neighborhood:Neighborhood SettingsHeight:Width：Units:好 CellMapOutput 亡ell size：Outputaster:.Arc gin实验报甘口刖凸c仝让iU ancel图4-1栅格邻域计算对话框图4-2正负地形分别示意图9. 使用空间分析工具集中的栅格计算器(Raster Calculator ),公式为shanji=C>0&SOA>70，即可求出山脊线，如图4-3所示。10. 同理，在栅格计算器(Raster Calculator )中，键入公式为 shangu=C<0&

6、SOA>70,即可求出山谷线，如图4-4所示。图4-3 山脊线的界面图4-4山谷线的界面2、表面创建及景观图制作操作指导见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程第九章实例与练习3 P352-356。实验数据具体见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程随书光盘 ch9EX3。要求：（1）利用所给等高线数据建立景区栅格表面；（2）在ArcScene三维场景中，实现表面与其它要素叠加三维显示；（3）设计各要素如道路、水系等的符号化显示；（4）综合考虑表面及各要素，生成美观大方的区域景观图；具体操作：思路是利用原有图层创建区域TIN表面，然后建立地表的平面景观，在生成三维景观图。第一，创建区

7、域TIN表面1、 启动 ArcScenee,打开数据，在3D Analyst 工具栏中选择 Create/Modify TIN 中的 Create TIN From Features., 如图 4-5，打开 Create TIN From Features 对话框，在对 话框中设置目标图层，参数设置如图4-6，单击0K即可，得到的区域 TIN表面，如图4-7。图4-5 3D Analyst工具栏中的建立 TIN的工具界面Create TIN From Features图 4-6 Create TIN From Features 对话框图4-7 区域TIN表面第二、创建栅格表面：打开在3D An

8、alyst工具栏中选择 Convert的TIN to Raser., 如图4-8，打开 ConvertTIN to Raser对话框，在对话框中设置目标图层，参数设置如图4-9，单击0K即可，得到的栅格表面，如图4-10。Create/Modify TINrite中oktfl to Rd star ConvertOptions.-Surface Analysisfeatures to 3D»»Raster to Features,Raster to TINBSBTIN to Raster.TIN to Features.图4-8 3D Analyst工具栏中的建立栅格表面的

9、工具Convert TIN tc RasterI 曾Converts a TIN to a raster of elevationj slopej or aspect.OK | Cancel图 4-9 Convert TIN to Raser 对话框图4-10得到的栅格表面第三、建立平面景观图平面景观图很容易建立，只需要对各个图层进行符号化之后，叠加即可，最终的平面景观图，如图4-11 o图4-11 平面景观图界面第四、三维景观图的建立主要也是通过3DAnalyst工具实现河流和道路及其栅格表面的三维化，进行叠加即可。在 3D Analyst 工具栏中选择 Convert 的 Features

10、 to 3D., 如图 4-12，打开 Convert Features to 3D对话框，在对话框中设置目标图层，参数设置如图4-13，单击0K即可，得到的三维景观图，如图4-14 oCredte/Modify TINInterpolate to Raster Surface AnalysisFeatures tcRaster to Features.Raster to UNh.TIN to Raster.TI但 to Feature s».图4-12 3D Analyst工具栏中进行图层三维化的工具Convert Fejturet to 30Turns Features hto

11、3D by interpolating heights off 3 surface, using ©n attrtuta 刁 source oF height勻 or taUng a specified constant.Input features：Arc_Clip_rirtr被三维化的图层5our匚亡 of heightsRaster or TIN surface:基;隹高程''Input Feature attribute:|fnode厂 Numeric constant:|o.ooOutput featurwi IcarcgisGhpSdddfeatl -ih

12、p輪出路径圄0< I Cancel图 4-13 Convert Features to 3D对话框界面图4-14三维景观图3、污染物在蓄水层中的可视化操作指导见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程第九章实例与练习4 P356-359。实验数据具体见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程随书光盘 ch9EX4。要求：利用所给数据，实现污染物状况的三维可视化显示，点状水井矢量要素的突出显示，污 染源的符号化突出显示。具体操作：思路是先弄清楚污染物的体积与污染程度，然后再了解一下污染物与水井的位置关系， 在进一步确定需要优先清理的污染源，在场景中进行三维显示。首先，得出污染物的面积及污染

13、程度：1、 打开场景Chp9Ex4Exercised4.sxd ，可以看到所需实验数据已经加载，如图4-15 所示。2、显示污染物的体积与污染程度。将污染物浓度的栅格图层叠加到污染空间表面上，可以显示蓄水层中污染物的体积与污染物程度，即要打开污染物浓度图层con tam in ation的属性对话框，选择其空间TIN表面（c_tin ）为基准高程，同时设置 Z值转换系数为200，如图4-16所示。3、在Symbology选项卡中选择一合适渐变色系。4、在内容列表中取消 TIN表面的显示，此时可以在三维空间中察看污染物空间的形状及其受污染的强度，如图4-17所示。图4-15工作环境Laryer

14、PropertiesGtntrd | Display | g御bolofy | Fields |AHeightf' Use a constant vatue or expression to set heights for layer:ff J* Obtan hsights for layer From surface：| C arogistChpgf K4ic_tinRaster Restfutiorir. 1厂 L&yif have z UK tlZ Unit ConversionApply conversian Factor to place heights in sam

15、e units as scene:OffsetAdd w offset usng a constant or expwslon；图4-16 contamination数据层属性对话框图4-17污染物的体积与污染程度界面其次，显示污染物空间与水井的关系。从数据中可以看出一些水井位于污染物空间中。可以通过水井的深度属性对其进行突出显示，即可查找出那些水井与污染物空间相交，受污染较严重。1. 打开水井数据层属性对话框并选择Extrusion选项卡。2. 计算突出表达式为其深度属性字段Depth，同时选择将表达式应用为各个要素的基准高程，水井的深度以负值表示，使其向下突出。关闭C-TIN数据层的显示。

16、此时，可以直观地察看与污染物空间相交或相邻的水井，如图4-18所示。图4-18污染源与水井的位置关系另外，优先显示需要清理的污染源。1.打开污染源facility 数据层属性对话框并选择extrusion 对话框。2.计算突出表达式为 Priority*100 。3.在Symbology选项卡中设置符号为渐变色( Graduated colors )，选择值域(Value) 为PRIORIYT1,将符号分为5级显示，如图4-19。此时，工业设施根据其优先级按比例突出 显示。场景中可以看得出污染的形状及强度、水井与污染物的空间关系，以及为阻止地下水进一步污染而需要进行清理的污染源，如图4-19。Layer PropertiesJoins & Rela七苗Gener ：ilShow：Features Categories Quantities； Gradu-ated colorsGraduated symbols ； F'ropurtional symbols =Dot densityChartsMultiple AttributesS uni- c eBase Hei ghSelecti onEKtrusi onDi spla