实验四 TIN及DEM的生成及应用

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1、0测测绘绘工工程程学学院院地理信息系统实验报告书实验四 TIN 及 DEM 的生成及应用 实验名称：专业班级：D 测绘 131姓 名：徐辉徐辉学 号：2013133034实验地点：D2-301实验时间：2015.5.7实验成绩：测绘工程系1实验 41、地形分析-TIN 及 DEM 的生成及应用1.1. 实验目的与任务实验目的与任务DEM 是对地形地貌的一种离散的数字表达，是对地面特性进行空间描述的一种数字方法、 途径，它的应用可遍及整个地学领域。通过对本次实习的学习，我们应： 1) 加深对 TIN 建立过程的原理、方法的认识； 2) 熟练掌握 ArcGIS 中建立 DEM、TIN 的技术方法。

2、 3) 掌握根据 DEM 或 TIN 计算坡度、坡向的方法。 4) 结合实际，掌握应用 DEM 解决地学空间分析问题的能力。 2.2.实验准备实验准备预备知识： 空间数据及其表达 空间数据（也称地理数据）是地理信息系统的一个主要组成部分 。空间数据是指以地球 表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格 和数字等。它是 GIS 所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、 光盘或其它通讯系统输入 GIS。 在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。有两种基本方法来表示 空间数据：一是栅格表达; 一是矢量表达。两种数据格式间可以进

3、行转换。 空间分析 空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息 或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。 空间分析是地理信息系统的主要特征。空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传 输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统的 主要指标。 空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运 算、数理统计分析，代数运算等数学手段。空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行， 具体是情况要根据实际需要确定。空间分析步骤 根据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。通

4、常，所有的空间分析 都涉及以下的基本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。 空间分析的基本步骤: a) 确定问题并建立分析的目标和要满足的条件 b) 针对空间问题选择合适的分析 工具 c) 准备空间操作中要用到的数据。d) 定制一个分析计划然后执行分 析操作。 e) 显示并评价分析结果 空间分析实际上是一个地理建模过 程，它涉及：问题的确定、使用哪 些空间分析操作、评价数据、以合 适的次序执行一系列的空间分析操 作、显示及评价分析结果。 软件准备：ArcGIS Desktop 9.x - -ArcMap(3D 分析模块) 实验数据：矢量图层：高程点 Elevpt_Clip.shp，高程 E

5、lev_Clip.shp，边界 Boundary.shp，洱海 Erhai.shp23 3实验内容实验内容 空间分析模块 本章的大部分练习都会用到空间分析扩展模块，要使用“空间分析模块”首先在 ArcMap 中执行菜单命令，在扩展模块管理窗口中， 将“空间分析” 前的检查框打勾。然后，在 ArcMap 工具栏的空白区域点右键，在出现的右键菜单中 找到“空间分析”项，点击该项，在 ArcMap 中显示“空间分析”工具栏。图 1 图 2执行“空间分析”工具栏中的菜单命令设定与空间分析操作有关 的一些参数。3.1 TIN 及 DEM 生成 (1) 添加矢量数据：Elevpt_Clip、Elev_Cl

6、ip、Boundary、Erhai（同时选中：在点击的 同时按住 Shift） (2) 激活“3D Analyst”扩展模块（执行菜单命令 工具扩展，在出现的对话框中选 中 3D 分析模块） ，在工具栏空白区域点右键打开3D 分析 工具栏 (3) 执行工具栏3D 分析中的菜单命令3D 分析创建/修改 TIN从要素生成 TIN； 3(4) 在对话框从要素生成 TIN 中中定义每个图层的数据使用方式； 在从要素生成 TIN 中对话框中，在需要参与构造 TIN 的图层名称前的检查框上打上勾， 指定每个图层中的一个字段作为高度源（Height Source） ，设定三角网特征输入（Input as）

7、方式。可以选定某一个值的字段作为属性信息（可以为 None） 。在这里指定图层Erhai 的 参数：三角网作为：指定为硬替换 ，其它图层参数使用默认值即可。图 4 5) 确定生成文件的名称及其路径，生成新的图层 tin，在 TOC(内容列表)中关闭除TIN和 Erhai之外的其它图层的显示，设置 TIN 的图层（符号）得到如下的效果。4图 5(6) 执行工具栏3D 分析中的命令转换TIN 转换到栅格，指定相关参数：属性： 高程，像素大小:50，输出栅格的位置和名称: TinGrid 图 6 确定后得到 DEM 数据：TinGrid, 其中，每个栅格单元表示 50m50m 的区域图 73.2 T

8、IN 的显示及应用 (1) 在上一步操作的基础上进行，关闭除TIN之外的所有图层的显示，编辑图层tin的属 性，在图层属性对话框中，点击符号 选项页，将 边界类型 和 高程 前面检查框 中的勾去掉; 点击 添加 按钮5图 8 (2) 在 添加渲染 对话框中，将 所有边用同一符号进行渲染 和 所有点用同一符号 进行渲染 这两项添加么 TIN 的显示列表中，图 9 (3) 将 TIN 图层局部放大，认真理解 TIN 的存储模式及显示方式图 106(4) TIN 转换为 坡度多边形 新建地图文档，加载图层 tin，参考上一步操作，将 面坡度用颜色梯度表进行渲染 和 面坡向用颜色梯度进行渲染 这两项添

9、加到 TIN 的显示列表中，图 11图 12 在上面的对话框中，选中 Slope，点击 分类 按钮，在下面的对框中，将类 指定为 5， 然后在 间隔值 列表中输入间隔值： 8, 15，25, 35, 90图 137点击两次 确定 后关闭图层属性对话框，图层 tin 将根据指定的渲染方式进行渲染，效 果如下图所示 图 14执行3D 分析工具栏中的命令转换TIN 转换到矢量，按下图所示指定各参数：图 15得到多边形形图层： tinSlopef ，它表示研究区内各类坡度的分布状况，结果是矢量格式， 打开其属性表可以看到属性 SlopeCode 为 数值1,2,3,4,58图 16 3.2 DEM 的

10、应用 3.2.1 坡度：Slope (1) 新建地图文档，加载1.2(6)中得到的DEM数据：TINGrid (2) 加载 3D 分析扩展模块，打开3D 分析工具栏，执行菜单命令3D 分析栅格表面 坡度, 参照下图所示，指定各参数图 17 (3) 得到坡度栅格 slope of TinGrid：图 1894) 右键点击图层，执行属性命令，设置图层符号，重新调整坡度分级（参考1.2 (4) 中的步骤进行分类 ）图 19 以下计算剖面曲率： (5) 执行菜单命令：3D 分析表面分析坡度。按如下所示，指定各参数：图 20 (6) 得到剖面曲率栅格：Slope of Slope of tingrid图

11、 21103.2.2 坡向：Aspect (1) 在上一步的基础上进行，关闭Slope of tingrid的显示。 (2) 执行菜单命令：3D 分析表面分析坡向，得到坡向栅格 (3) 得到坡向栅格：Aspect of tingrid图 22 以下计算平面曲率: (4) 执行菜单命令：3D 分析表面分析坡度，生成平面曲率栅格 temporary3图 23113.2.3 提取等高线 (1) 新建地图文档，加载 DEM 数据： tingrid。图 24 (2) 生成等高线矢量图层：Contour_tingrid:图 25 3.2.4 计算地形表面的阴影图 (1) 在上一步基础上进行，打开3D 分析

12、工具栏 (2) 执行菜单命令： 3D 分析 表面分析 山影 ，12图 26 (3) 生成地表阴影栅格图 27 (4) DEM 渲染 关闭除tingrid 和 Hillshade of tingrid以外所有图层的显示，并将 tingrid 置于 Hillshade of tirngrid 之上，右键点击 tingrid ，在出现的右键菜单中执行 属性 ，在图 层属性对话框中，参照下图所示设置符号选项页中颜色。图 2813打开工具栏效果，如下图所示，设置栅格图层tingrid的透明度为：40%左右图 29 3.2.5 可视性分析 A.通视性分析 (1) 在上一步的基础上进行，打开 3D 分析 工

13、具栏，从工具栏选择 通视线 (Line of sight)工具：图 30 在出现的 通视线 Line of Sight 对话框中输入观察者偏移量 和 目标偏移量,即距地面 的距离，在地图显示区中从某点A沿不同方向绘制多条直线，可以得到观察点 A 到不 同目标点的通视性：14图 30 B.可视区分析：移动发射基站信号覆盖分析 (1) 在上一步基础上进行，在内容列表区TOC中关闭除 tingrid 之外的所有图层，加载 移动基站数据矢量图层：移动基站.shp (2) 在3D 分析 工具栏中，执行菜单命令:3D 分析表面分析视域，按下图所示 指定各参数：图 31 (3) 生成可视区栅格： ViewS

14、hed of 移动基站 图 32 3.2.6 地形剖面 (1) 在上一步基础上进行，打开 3D 分析 工具栏，点击 插入线 工具，跟踪一条线段， 这条线段可以从 DEM:TINGRID 中得到高程值， (2) 点击 创建剖面图 按钮，得到上一步所生成的 3D 线段的剖面图15图 33实验实验 4-2、水文分析、水文分析-DEM 应用应用一、实验目的 水文分析使用 DEM 数据派生其它水文特征：提取河流网络、自动划分流域。 这些是描述 某一地区水文特征的重要因素。通过本实验应达到以下目的： a) 理解基于 DEM 数据进行水文分析的基本原理（重要） 。 b) 掌握利用 ArcGIS 的提供的水文

15、分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。二、实验准备 预备知识：1. 数据基础：无洼地的 DEM，被较高高程区域围绕的洼地是进行水文分析的一大障碍，因此在确定水流方向以前，必须先将洼地填充。 有些洼地是在 DEM 生成过程中带来的数据错误，但另外一些却表示了真实的地形如采石 场或岩洞等。 通过填充洼地(Fill Sinks)得到无洼地的 DEM 1 关键步骤：流向分析流向分析原理16方向约定如左图：共有八个方向，分别是2 的n 次方。 水流的流向是通过计算中心栅格与邻域栅格的最大距离权落差来确定的。距离 权落差是指中心栅格与邻域栅格的高程差除以两栅格间的距离，栅格间的距离 与方向有关，如果邻域栅格对中心栅格的方向值为2、8、32、128，则栅格间的 距离为 SQRT(2)1.414 ，否则距离为1。如果高程差为正值，则为流出。为负 值则为流入。 基本概念DEM 数据 2. 存储高程数据的栅格称 为 Digital Elevation Model (DEM). 3. 每个像元 只有一个高程值. 基本概念排水系统实验数据：某地区 1: