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1、一.软件平台ArcGIS或MapGIS (软件测试部分)：(1) 数据处理：拓扑构建、误差校正、地图投影(2) 数据管理：属性表创建、属性表关联、图形与属性数据挂 接、属性表导出(3) 空间分析：查询检索、叠加分析、缓冲区分析(4) 数字高程模型：GRID及TIN模型创建，DEM分析(包括 坡度、坡向、粗糙度、可视性、洪水淹没、流域地貌等分析)(5) 数据转换：ArcGIS、MapGIS、MapInfo、AutoCAD 等数据 间格式转换实验四 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、掌握地形特征信息的提取方法，能利用Arc
2、GIS软件基于DEM对山脊线和山谷线的提 取，显示粗糙度3、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4、熟练掌握ArcScene三维场景中要素、表面的多种可视化方法。二、主要实验器材(软硬件、实验数据等)计算机硬件：性能较高的PC；计算机软件：ArcGIS9.3软件；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、地形特征信息提取实验数据：dem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. 打开 arcmap，添加 dem 数据，点击
3、DEM 数据，打开 Arctoolbox，使用 Spatial Analysis toolsSurface AnalysisAspect工具，提取DEM的坡向数据层，命名为A。2. 点击数据层 A，使用 Spatial Analysis toolsSurface AnalysisSlope工具，提取 数据层A的坡度数据，命名为SOA1。(地面坡向变率，是指在地表的坡向提取基础之上，进 行对坡向变化率值的二次提取，亦即坡向之坡度(Slope of Aspect, SOA)。它可以很好的 反映等高线弯曲程度。)3. 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 (Ra
4、ster Calculator)，公式为(HDEM)，得到与原来地形相反的数据层，即反地形DEM数据。记为“-DEM”。4. 基于“-DEM”数据，使用 Spatial Analysis toolsSurface AnalysisAspect 工具， 提取-DEM的坡向数据层，命名为-A。5. 点击数据层-入，使用 Spatial Analysis toolsSurface AnalysisSlope工具，提 取反地形的坡向变率，记为SOA2。6. 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 + SOA
5、2)/2,这样就可以求出没有误差的DEM的坡向变率 SOAoNeighborhood StatisticsOutput cell size:CancelOK图4-1栅格邻域计算对话框Output raster:旧;E晨试Ar匚GI5地理信息系：统:7. 再次点击初始 DEM 数据，点击 Spatial AnalystNeighborhood 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11X11 (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11X11的矩形
6、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。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=C0&SOA70，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=C70， 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11. 地面粗糙度：图8朝格单兀剂而图地面粗糙度是指
7、在一个特定的区域内，地球表面积与其投影面积之比。它也是反映地表 形态的一个宏观指标。根据地面粗糙度的定义，求每个栅格单元的表面积与其投影面积之比，可以用如下方法来完成。如图8,假如ABC是一个栅格单元的纵剖面，a为此栅格单元的坡度，则AB面的面 积为此栅格的表面积，AC面为此栅格的投影面积(也既是此栅格的面积)，根据公式:Cosa =AC/AB则可得出此栅格单元的地面粗糙度M为：M= AB面的面积” / “AC栅格单元的面积” =(AC * AB ) / (AC * AC) = 1 / Cosa地面粗糙度的提取步骤如下：1) 激活 DEM 主题，选择 Spatial Analysis Surf
8、ace Analysis Slope 命令， 提取DEM主题的坡度，得到主题Slope of DEM；2) 激活主题Slope of DEM，在Spatial Analysis下使用栅格计算器Calculator， 公式为：1 / Cos (Slope of DEM*3.14159/180)即可得到地面粗糙度的层面，如下图。2、表面创建及景观图制作实验数据具体见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)
9、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，创建区域TIN表面1、启动ArcScence,打开数据，在3D Analyst工具栏中选择Create/Modify TIN中的 Create TIN From Features.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OK即可，得到的区域TIN表面，在这里我们可以点击工具栏的View/scene properties，调整扩大垂直显示比例，结果如图4-7。图4-10得到的栅格表面
10、Convert Features to 3DTurns Features into 3D by interpolating heights off a surFdce using an attribute as a source of heights or taHng a specified cdnstant.Input features: |Arc_Clip_riYer被三维化的图层3日Source of heights* Raster or TIN surface:Input feature attribute:Numeric constant:Output features:基准高程F同
11、|fnode_ciOO|c: arcgisChpgdddfeat 1. shp输出路径图 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 Analyst 工具栏中选择 Convert 的 TIN to Raser.打开 Convert TIN 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OK即可，得到的栅格表面， 如图4-10。图 4-9 Convert TIN to Raser 对话框第三、三维景观图的建立主要也是通过3D Analyst工具实现河流和道路及其栅格表面的三维化，进行
12、叠加即可。在 3D Analyst 工具栏中选择 Convert 的 Features to 3D.,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OK即可，得到的三维景观图， 如图4-14。OK I Cancel图 4-13 Convert Features to 3D 对话框界面视化显示，点状水井矢量要素的突出显示，污分析实验教程随书光盘ch9EX4。要求：利用所给数据，八-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
13、维显示。首先，得出污染物的面积及污染程度：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contamination 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
14、4-16contamination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。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。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。图4-18污染源的分级界面图4-19污染源的等级，共分5级
