实验六、dem建立及应用

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1、1 王增武 W QQ: CuitG 成都信息工程学院 地理信息系统原理实验指导 实验六、DEM 的建立与应用 1 1 实验目的 1）巩固学生掌握格网 DEM 模型及 DEM 应用； 2）熟悉 ArcGis 中栅格数据的拼接和裁剪； 3）熟悉 ArcGis 中坡度、坡向等地型属性的提取操作； 4）熟悉 ArcGis 中地形透视图的建立； 5）了解 ArcGis 中等高线的提取、剖面图的创建等操作。 2 2 实验软件及数据 2.1 实验软件 ArcCatalog 10、ArcMap 10、ArcScene 10。 2.2 实验数据 1）四川省范围的高程数据压缩文件 6 个； 2）四川省边界数据（面

2、图层） 、四川省地州界（面图层） 、四川省主要河流； 3）四川省年降水量栅格数据。 2 王增武 W QQ: CuitG 3 3 实验步骤 3.1 DEM 数据下载及拼接 目的：目的：下载指定区域的下载指定区域的 DEM 数据，将下载的多个数据进行拼接，并按指定数据，将下载的多个数据进行拼接，并按指定 的边界进行提取的边界进行提取。 1）数据下载）数据下载 根据你研究的区域，从“http:/ 数据服务平台中，DEM 数字高程包括 SRTM90 米分辨率原始高程数据和 30 米分辨率数字高程数据产品。SRTM90 米分辨率原始高程数据、30 米分辨率数字 高程数据产品。 其中，SRTM 由美国太空

3、总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合 测量。2000 年 2 月 11 日，美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载 SRTM 系统， SRTM 系统获取的雷达影像的数据量约 9.8 万亿字节，经过两年多的数据处理， 制成了数字地形高程模型（DEM） ，即现在的 SRTM 地形产品数据。目前的数据修 订版本为 V4.1 版本。该版本由 CIAT（国际热带农业中心）利用新的插值算法得 到的 SRTM 地形数据，此方法更好的填补了 SRTM 90 的数据空洞。 本实验需下载四川省区域 90 米高程数据产品数据。在 数据检索中可通过输入经纬度范围或通过图形交互查询数 据文件。 如输入四川省的

4、经纬度范围，则查询出需要下载 6 个 文件。 3 王增武 W QQ: CuitG 如果下载 30 米的 DEM 数据，其文件为压缩文件，每个压缩包内包含三个 文件，即数字高程模型（-_dem）文件、质量评估（_num）文件和高程快视图 （_jpg）文件。 2）DEM 数据拼接数据拼接 （1）打开 ArcMap 中，将数据框更名为“任务 1” 。 （2）将所有的数字高程模型文件加载到 ArcMap 中（共 6 个文件） 。 问题：为什么 9 个 DEM 数据的相接处的显示有很明显的分界？ 4 王增武 W QQ: CuitG （3）镶嵌 镶嵌是指两个或多个图像的组合或合并。在 ArcGIS 中，您

5、可以通过将多个 栅格数据集镶嵌到一起来创建一个单个栅格数据集。此外，还可以通过一系列栅 格数据集创建镶嵌数据集和虚拟镶嵌。 使用 ArcToolbox 中 Data Management Tools(数据管 理 工 具 )/Raster( 栅 格 )/Raster Dataset( 栅 格 数 据 集)/Mosaic(镶嵌)或 Mosaic To New Raster(镶嵌至新栅格) 进行拼接。 如运行“镶嵌至新栅格” ，输入下载的多个 DEM 数 据、输出的位置（已经存在的目录）和合并后的栅格数 据文件名，波段数据设置为 1。 如果选择“镶嵌” ，则合并到第一个栅格文件中。 镶嵌完成，得到如

6、下结果，并把其它的图层移除。 5 王增武 W QQ: CuitG 问题：镶嵌后是什么坐标系统？共有多少行和列？ 3）栅格数据）栅格数据裁剪裁剪 合并后的 DEM 数据可能与研究区域不重合， 需要根据边界对 DEM 数据进行 裁剪，如将上面拼接的结果，按四川省边界图层进行提取。 （1） 加入四川省边界图层。 （2）使用 ArctoolsBox/Spatial Analyst Tools（空间分析工具）/Extraction(提取 6 王增武 W QQ: CuitG 分析)/Extract By Mask（按掩膜提取）提取工具。 提取的结果文件命名为四川省 90 米 DEM。 （数据将用 于后续实

7、验任务） 。 结果如下： 问题：ArcGis 中除了可以按掩膜提取外，还可以按什么方式提取？ 7 王增武 W QQ: CuitG 3.2 地形属性的提取 目的：目的：从从 DEM 数据中，提取研究区的坡度、坡向、地表曲率等地形属性数据中，提取研究区的坡度、坡向、地表曲率等地形属性。 1)坡度提取坡度提取 ArcGis 中坡度工具用于为每个像元计算值在从该像元到与其相邻的像元方向 上的最大变化率。实际上，高程随着像元与其相邻的八个像元之间距离的变化而 产生的最大变化率可用来识别自该像元开始的最陡坡降。 该工具会将一个平面与要处理的像元或中心像元周围一个 3 x 3 的像元邻 域的 z 值进行拟合

8、。该平面的坡度值通过最大平均值法来计算（请参阅参考书 目） 。该平面的朝向就是待处理像元的坡向。坡度值越小，地势越平坦；坡度值 越大，地势越陡峭。 （1）启动 ArcMap，添加数据框，并更名为“任务 2” ，将四川省 90 米 DEM （任务 1 得到的结果栅格图层） 加入。 （2）使用 ArcToolbox 中 Spatial Analyst Tools （ 空 间 分 析 工 具 ） /Surface（表面分析）工具集中 Slope （坡度）工具提取坡度。 问题：怎样把坡度 25 度以上的 地方查找出来？ 8 王增武 W QQ: CuitG 2)坡向提取坡向提取 坡向用于识别出从每个像元

9、到其相邻像元方向上值的变化率最大的下坡方 向。坡向可以被视为坡度方向。输出栅格中各像元的值可指示出各像元位置处表 面的朝向的罗盘方向。将按照顺时针方向进行测量，角度范围介于 0（正北）到 360（仍是正北）之间，即完整的圆。 使用 ArcToolbox 中 Spatial Analyst Tools/Surface 工具集中 Aspect(坡向)工具提 取坡向。 提取的结果如下： 9 王增武 W QQ: CuitG 3)表面曲率提取表面曲率提取 曲率工具会逐个像元地计算输入表面的二阶导数值。曲率工具的输出是该表 面的二阶导数（例如，坡度的坡度） ，从应用的角度看，该工具的输出可用于描 述流域盆

10、地的物理特征，从而便于理解侵蚀过程和径流形成过程。坡度会影响下 坡时的总体移动速率。坡向将决定流向。剖面曲率将影响流动的加速和减速，进 而将影响到侵蚀和沉积。平面曲率会影响流动的汇聚和分散。 使用 ArcToolbox 中 Spatial Analyst Tools 空间分析工具/Surface 表面分析工具 集中 Curvature 工具提取表面曲率。 通过点击图层右键，选择属性中的符 号系统，显示方式设置为已分类，并设置 分类中的类别数量及中断值，将其显示为 0.5 总 4 个 级次。 10 王增武 W QQ: CuitG 3.3 透视图的建立 目的：目的：使用使用 DEM 数据建立透视图

11、数据建立透视图。 1）打开 ArcScene，将场景名改为“任务 3” ，并将四川省 90 米 DEM 数据加 载到视图中。 并通过 Properties （右键属性） 中 BaseHeights （基本高度） 栏中， 选择Obtain heights for layer from surface，选 择DEM数据为地 表抬升高度数据。 转换系数设 置为 8，表示抬 升高度（米）是 实际高度的 8 倍。 11 王增武 W QQ: CuitG 2）修改显示符号系统 在符号系统中， 选择拉伸方式显示， 并设置色带为 Elevation #1。 12 王增武 W QQ: CuitG 3）设置渲染 在

12、 Rendering（渲染）栏中进行渲染，设置光照效果。 13 王增武 W QQ: CuitG 4）将其它图层（栅格或矢量）数据按地形高度进行抬升。 将四川省地州界及四川省主要公路图层加入场景。 并设置四川省 地州界及四川省主要公路图层的基本高度参数。 14 王增武 W QQ: CuitG 附加： 将四川省气象站点的温度插值栅格图层（实验五的结果）加在场 景中，并以 DEM 为基础高程抬升（结果见下图） 。 15 王增武 W QQ: CuitG 3.4 建立和显示 TIN（增强训练 1） 目的：目的：将栅格将栅格 DEM 转为转为 TIN。 ArcGis 中栅格转 TIN 工具的用途是创建表面

13、偏离输入栅格不超 过指定 Z 容差的不规则三角网 (TIN)。 1）启动 ArcMap，添加数据框，并更名为“任务 4” ，将四川省 90 米 DEM（任务 1 得到的结果栅格图层）加入。 2） 使用 ArcToolbox 中 3D Analyst 工具/转换工具/栅格转 TIN 进行 转换。 其中： （1）z_tolerance(可选)，输入栅格与输出 TIN 之间所允许的最 大高度差 （z 单位） 。 默认情况下， z 容差是输入栅格 z 范围的 1/10。 如果指定的 Z 值容差较小或者栅格表面在地形构造方面很粗糙复杂， 则需要更多的点来构建 TIN。 （2）max_points(可选)

14、，将在处理过程终止前添加到 TIN 的最 大点数。默认情况下，该过程将一直持续到所有点被添加完。如果已 指定，则点的最大数量将作为 TIN 的大小限制。如果在 TIN 结点计 16 王增武 W QQ: CuitG 数达到此限制时，仍不符合 Z 容差，则该工具将会停止，并返回操 作失败。 （3） z_factor(可选)， 输入 TIN 的高度转换为输出 TIN 的高度时 所乘的系数。用于将 z 单位转换为 x 和 y 单位。 3）修改符号系统显示方式，添加渲染器。 问题：修改 Z 容差值及最多点数，查看转换后的 TIN 组成。 3.5 创建等高线图层（增强训练 2） 目的：目的：创建等高线图层创建等高线图层。 1）启动 ArcMap，添加数据框，并更名为“任务 5” ，将四川省 90 米 DEM（任务 1 得到的结果栅格图层）加入。 2）使用 ArcToolbox 中 Spatial Analyst Tools 空间分析工具/Surface 表面分析工具集中等值线 Contour 工具提取表面等值线。也可以使用 ArcToolbox 中 3D Analyst 工具/栅格表面/等值线工具。 17 王增武 W QQ: CuitG 注意：路径、文件名最好用英文字母，不要太深、不要有特殊字 符，