实验三基于GIS土壤侵蚀因子分析与信息提取

1、实验三鉴于GIS的土壤伤害因子分析与信息提取实验三鉴于GIS的土壤伤害因子分析与信息提取20/20实验三鉴于GIS的土壤伤害因子分析与信息提取实验三鉴于GIS的土壤伤害因子分析与信息提取一、实验目的1、要修业生掌握地理信息系统软件（ArcView）的基本源理和操作方法；2、掌握使用该软件进行土壤伤害因子的分析和信息提取的方法。二、实验原理Arc/View的空间分析模块是解决地理空间问题的工具。它主要包含距离制图、计算密度、统计分析、邻域分析、数据的重分类、表面生成、等高线生成、坡度提取、坡向提取、光照模型的生成、流域的区分等功能。利用Arc/View的空间分析模块解决空间问题，第一要把问题空间

2、化、模型化，此后利用Arc/View供给的各样功能的组合来达成。Arc/View的空间分析模块主假如鉴于栅格数据模型的。Arc/View的空间分析模块不只支持矢量数据模型，还支持栅格数据模型。矢量数据是用点、线、面来描绘地理特点及其变化的，它主要用于精准地描绘地理特点，在Arc/View中，点、线、面数据分别是寄存于不一样样的主题中来管理的。栅格数据是经过将地表分开成不一样样的单元来表示地理特点及其变化的，对栅格数据的储蓄但是经过储蓄栅格的原点、栅格单元的尺寸、距离原点的单元数和每个栅格单元的值。对栅格数据影响最大的是栅格单元的尺寸。单元尺寸越大，则对地理特点的描绘越粗糟，越不精准，但产生的数

3、据量会越小，办理速度会越快。相反，单元尺寸越小，则描绘越精准，但数据量会越大，运算速度越慢。三、操作步骤地形指标是最基本的自然地理因素，也是对人类的生产和生活影响最大的自然因素。地形特点限制着地表物质和能量的再分派，影响着土壤与植被的形成和发育过程，影响着土地利用的方式和水土流失的强度。地形指标的提取对水土流失、土地利用、土地资源谈论等方面的研究起重视要的作用。1坡向Aspect坡向定义为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。在Arcview中Aspect表示每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向。在输出的坡向数据中，坡向值有以下规定：正北方向为0度，正东方向为90度，以次类推。坡

4、向可在数字高程模型Dem或TIN数据的基础上提取。在Dem基础上提取坡向的步骤以下：在视图目录表中增添dem并激活它。从【Surface】菜单中选择【DeriveAspect】命令。显示并激活生成的坡向主题AspectofDem（如图3-1）。在Dem或TIN的面主题中坡度为0（平川）的栅格在输出的坡向主题中被赋值为-1，假如环绕中心栅格的任何相邻栅格是NoData数据，它们将被恩赐中心栅格的值，此后计算坡向。在坡向主题的图例中表示了八种主要方向，比方：东67.5-112.5,东南112.5-图3-1提取坡向157.5。2坡度Slope地面上某点的坡度表示了地表面在该点的倾斜程度，坡度定义为水

5、平面与地形面之间夹角的正切值。在Arcview中Slope确立了中心栅格与周围相邻栅格高程值的最大变化率。在输出的坡度数据中，坡度有两种计算方式。坡度(degreeofslope)：既水平面与地形面之间夹角的正切值。坡度百分比（percentslope）：既高程增量（rise）与水平增量（run）之比的百分数（如图3-2）。图3-2坡度的两种计算方法坡度的应用特别宽泛，比方：依据坡度起伏变化，确立倒塌、泥石流地区或严重的土壤伤害区，作为灾祸防治与水土保持工作的基础。提取平展地区，为大型商业中心或房子建筑选址。采纳Dem数据提取坡度的步骤以下：1增添Dem数据并激活它。2从【Surface】菜单

6、中选择【DeriveSlope】命令。3生成新的坡度主题slopeofDem。4双击左侧的图例，在弹出的LegendEditor对话框中可从头调整坡度分级（如图3-3）。图3-3提取坡度3等值线Contours在Arcview中Contours功能生成一个新的线主题，每条线表示了拥有相同高度、数目或许浓度的连续的地点的会合。生成的等值线经过圆滑办理，真切地再现了表面等值线。采纳Contours能够提取等高线、等温线、等降水量线等等，最常用的是在Dem或TIN数据的基础上生成等高线。等高线是地面上高程相同的各点连成的闭合曲线。依据等高线图形，能够判读地貌形态特点，量算各点的高程、坡向和坡度。生成

7、等高线的步骤以下：1在视图目录表中增添dem并激活它。2从【Surface】菜单中选择【CreateContours】命令。3在出现的ContoursParameters对话框（如图3-4）中输入等高距Contourinterval和基础等高线的值BaseContours。4生成等高线主题ContoursofDem（如图3-5）。图3-4提取等高线图3-5提取单根等高线4水文分析Fillsinks的操作步骤以下：1激活视图目录表中的Dem。2从【Hydro】菜单中选择【Fillsinks】命令。3在视图目录表中显示生成的FilledDem，既为填补过凹地的Dem数据（如图3-6）。图3-6填补

8、凹地后的Dem数据在Arcview中提取水流方向的步骤以下：1从视图目录表中激活FilledDem。2从【Hydro】菜单中选择【FlowDirection】命令。3显示重生成的水流流向数据FlowDirection（见图3-7）。图3-7提取水流方向在Arcview中，计算流水积累量的步骤以下：1从视图目录表中激活FlowDirection。2从【Hydro】菜单中选择【FlowAccumulation】命令。3显示重生成的流水积累量数据主题FlowAccumulation。双击此主题的图例，在出现的LegendEditor对话框（见图3-8）中，单击Classify按钮，在出现的Class

9、ification对话框中选择标准误差StandardDeviation为分类种类，单击OK。图3-8LegendEditor对话框提取的FlowAccumulation主题（见图3-9）显示了地面水系的散布情况。提取水网密度的步骤以下：1从视图目录表中激活FlowDirection。图3-9提取水流积累量2从【Hydro】菜单中选择【StreamNetworkasLineShape】命令。3在出现的StreamNetwork对话框（见图3-10）中输入计算水网密度的最小河流长度，其单位为栅格数。图3-10StreamNetwork对话框单击4在OK。Hydro.StreamNetwork对话

10、框（见图3-11）中选择水流方向FlowDirection主题，图3-11Hydro.StreamNetwork对话框5生成新的主题StreamNetworkShape即为水网密度散布图。不一样样的河流最短长度值所计算的水网密度以以下列图（见图3-12、图3-13）所示：图3-12最短河流长度为20提取的水网密度图3-13河流最小长度为100米提取的水网密度5、地形起伏度地形起伏度是指在一个特定的地区内，最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。它是描绘一个地区地形的一个宏观性的指标。地形起伏度的详细提取方法以下：1、激活DEM数据，在【Analysis】菜单中使用【Neighborhoodsta

11、tistics】命令，设置statistic值为最大值，邻域的种类为矩形（也能够为圆），邻域的大小为100个Mapunits（这个值也能够依据自己的需要进行改变），则可获得一个邻域为100*100的矩形的最大值层面，记为A；2、对DEM数据采纳相同的方法，但是把statistic值设置为最小值，即可获得DEM数据的最小值层面，记为B；3、在【Analysis】菜单下使用【Calculator】命令，公式为A-B，即可获得一个新层面，其每个栅格的值是以这个栅格为中心确实定邻域的地形起伏值。假如还想知道更大范围或整个地区、整个图幅的地形起伏度，则可经过【Theme】下的【Editlegend】中的

12、statistics来查察，其内容包含地形起伏的最大值、最小值、均值图3-14地形起伏度等。提取的结果如图3-14。6、地面粗拙度：地面粗拙度是指在一个特定的地区内，地球表面积与其投影面积之比。它也是反应地表形态的一个宏观指标。1、提取DEM层的坡度；2、在【Analysis】菜单下使用【Calculator】命令,公式为:(Slope*3.14159/180).cos)Pow(-1)即可获得地面粗拙度的层面。图3-15地面粗拙度需要注意的是，在Arcview中，计算cos默认的角度值是弧度值，而经过提取坡度获得的值是角度，因此在计算时必然把角度转为弧度。7、沟壑密度：沟壑密度是指在一个特定的

13、地区内，地表单位面积内沟壑的总长度。沟壑密度的提取可经过水文分析方法提取沟壑，此后经过统计查问，查出沟壑的长度，再除以地区面积，则可获得地区的沟壑密度。其重点是确立沟壑的标准。详细方法以下：1、激活DEM数据，在【Hydro】菜单下使用【Fill】命令，对DEM数据中的高程为0的栅格进行填补，获得新的层面，记为A；图3-16经过水文分析求出的沟壑2、对A层使用【Hydro3、对水流方向层再用【】菜单的【Flowdirection】命令,提取水流方向；Hydro】菜单的【Flowaccumulation】命令，获得水流的积累量层；4、用【Mapquery】命令，提拿出水流积累量大于500（此值需

14、依据研究地区的土壤、植被、地形等特点及研究目的来确立）的值，即可获得提拿出的沟壑层；5、经过【Editlegend】编写沟壑层的图例，经过此中的statistics项，能够查出沟壑层中构成沟壑的栅格单元数，则得出沟壑的长度为“沟壑的栅格单元数*栅格单元的长度”，地区的总面积可经过此统计项中的count数来算出，为“count数*每个栅格单元的面积”，最后，把单位换算成公里，则沟壑密度=沟壑的栅格单元数/（地区总的栅格单元数*栅格单元的长度*0.001）关于以以下列图的例子，沟壑的栅格单元数为8959，总的栅格单元数为391140，栅格单元的分辨率为5米，则最后的沟壑密度=8959/（39114

15、0*5*0.001）=4.58公里/平方公里。图11-25耕地的坡度分级图其次，对耕地的坡度构成进行统计。比方：计算1525的坡耕地在样区中占的比率。1从【Analysis】菜单项选择取【Mapquery】命令。2在MapQuery对话框中建立查问表达式（见图中提取坡度为1525的数据。11-26），从耕地坡度主题GengDi-Slope图11-26建立提取1525坡耕地的表达式3单击evaluate。提取的新主题GDslope（15-25）表示了坡度为1525的耕地的散布情况（见图11-27）。4激活GDslope（15-25）。图11-27提取的坡度在1525的耕地的散布图5单击，翻开此主

16、题的属性表（见图11-28）图11-28GDslope（15-25）主题属性表样区的总栅格数为817777+196574=1014351，坡度为1525的耕地的栅格数为196574，其在样区中所占的比率为196574/1014351=0.1933。采纳此种方法，挨次计算各土地种类中各级坡度所占的比率（见表1）。表1样区内各土地利用种类的坡度分析（面积百分比）用地种类35共计耕地1.135.4119.3319.7415.8861.49园地0.080.210.640.810.852.59林地0.562.488.029.5811.1831.82牧草地0.010.030.110.080.100.33居民点及工0.160.250.700.780.742.63矿用地水域0.020.040.090.170.300.62未利用地0.040.080.090.140.200.55合计1.988.5128.9831.3029.23100.00本样区耕地种类为旱