DEM数据处理与ARCGIS应用分析
ArcGIS教程之DEM应用——水文分析
ArcGIS教程之DEM应用——水文分析DEM（数字高程模型）是一种地理信息系统（GIS）中常用的数据模型，它表示了地表的高程信息。
DEM数据可应用于水文分析中，用于了解地形变化，确定流域边界，计算高程梯度和流量以及生成洪水模型等。
首先，使用DEM数据可以帮助我们了解地形变化。
通过DEM数据，可以直观地显示出地表高程的变化情况，包括山脉、河谷和平原等。
通过分析DEM数据，可以揭示出地表的坡度、高程和凹凸等特征，从而帮助我们理解地势状况，为水文分析提供基础。
其次，DEM数据还可以用于确定流域边界。
流域是指一个水系集合区域，包括了这个区域内所有的河流和支流。
通过DEM数据，我们可以提取出流域的边界，确定流域的大小和范围。
这对于水文分析非常重要，因为流域的大小和范围会直接影响水文过程和水资源管理。
此外，DEM数据还可以用于计算高程梯度和流量。
高程梯度指的是地表高程变化的速率，通过计算DEM数据中相邻单元格之间的高程差，可以得到各个区域的高程梯度。
高程梯度的大小可以用来评估地表坡度的陡峻程度，对于水文分析中的洪水预测和土壤侵蚀等有重要作用。
而流量是指单位时间内流过其中一点的水的体积，通过计算DEM数据中各个单元格的高程和相邻单元格之间的高程差，可以估算出流量的大小，有助于相关水文过程的分析和模拟。
最后，DEM数据还可以用于生成洪水模型。
洪水模型是一种基于地理信息的模拟模型，通过模拟区域内降雨过程、地表径流和河流洪水来预测洪水的发生和扩展情况。
DEM数据是洪水模型中必不可少的输入数据，通过DEM数据可以确定地势状况、流域范围和河道网络等信息，从而建立准确的洪水模型，并进行相关的洪水分析和预测。
ArcGIS之数字高程模型(DEM)分析
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数学意义上的数字高程模型是定义在二维空间上的额连续函数 H=F（X，Y）
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当ζ为正方形格网是，这时的DEM称为 基于格网的DEM（Grid based on DEM）
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当ζ为为三角形时，这时实质上是用 互不交叉、互不重叠的连接在一起的 三角形网络逼近表面，这时的DEM称为 基于不规则三角网的DEM（Irregular Triangulated NetWork Based DEM， TIN based DEM）
所有点的自然邻域都与邻近 Voronoi（泰森）多边形相关。最初， Voronoi 图由所有指定点构造而成，并由橄榄色的多边形表示。然后会在 插值点（红星）周围创建米色的新 Voronoi 多边形。这个新的多边形与 原始多边形之间的重叠比例将用作权重。
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2 高程内插（栅格插值）
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除了将使用 Delauney 三角测量识别和加权用于插值各像元表面值的数据 点（与在 TIN 中一样），自然邻域法插值与反距离权重法插值相同。与 其他插值方法相比，自然邻域法插值能够可靠地处理更大的数据集。（左： 自然邻域发法，右：IDW插值法）
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4 等高（值）线创建与编辑
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控制等值质量：
所创建等值线的轮廓可能会呈方形或不均匀，看起来犹如沿着栅格像元的 边界。出现这种情况可能是因为各栅格的值为整数且恰好落在等值线上。 这并不是个问题，该等值线不过是原样呈现数据而已。 如果希望等值线更平滑，可行的方法包括对源数据进行平滑处理或调整起 始等值线。1000 1000.001 等值线注记：
3 创建TIN
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用于表面建模的 TIN 应使用投影坐标系构造。不建议使用地理坐标系， 因为当以角度单位表达 XY 坐标时无法确保 Delaunay 三角测量，并且基 于距离的计算（如坡度、体积和视线分析），可能会产生令人误解或不正 确的结果。 从多种矢量数据源，可以是点、线、面要素 一种或几 种组合
ARCGIS地形分析实例
ARCGIS地形分析实例ARCGIS是一款功能强大的地理信息系统软件，可以进行各种地理分析和空间数据可视化。
地形分析是其中的一项重要功能，可以帮助我们了解和探索地表的形态和特征。
下面将以ARCGIS为工具，介绍几个地形分析的实例。
一、降水分析1.数据准备：获取地区的降水数据以及地形数据（DEM）。
2.数据处理：将DEM数据导入ARCGIS，通过提取工具提取地形的坡度和坡向信息，利用插值和空间差值方法处理降水数据。
3.分析结果：通过生成栅格图层和矢量图层，能够直观地展示降水分布和形成原因，从而进行水资源的合理利用和管理。
二、洪水模拟1.数据准备：获取洪水事件的历史数据以及地形数据。
2.数据处理：将洪水事件的历史数据与DEM数据结合，利用水文模型进行洪水模拟，得到不同时间段的洪水淹没范围和深度信息。
3.分析结果：通过制作淹没范围和深度的等值线图、三维地图和栅格图层，能够对洪水灾害的潜在风险进行评估，从而为防洪和减灾提供决策支持。
三、地质地貌分析1.数据准备：获取地质地貌的相关数据，如地质地貌图、地下水位、岩石类型等。
2.数据处理：将地质地貌图导入ARCGIS，通过DEM数据计算地形的高程、坡度和坡向信息，并与其他地质地貌数据进行相互分析。
3.分析结果：通过生成等高线、三维地形和地质地貌分布图等，能够对地区的地质地貌特征进行定量和定性的描述，从而为环境保护、土地利用和城市规划提供参考。
四、地表动态变化分析1.数据准备：获取地表动态变化的现场调查数据或遥感影像数据。
2.数据处理：将现场调查数据或遥感影像数据导入ARCGIS，利用图像处理和特征提取工具，计算地表的变化率和变化趋势。
3.分析结果：通过生成变化向量图、变化热点图和变化面积图等，能够定位地表动态变化的重点区域和趋势，从而为环境监测和资源管理提供科学依据。
以上实例展示了ARCGIS在地形分析中的应用。
通过ARCGIS的功能和工具，我们可以方便地进行各种地形分析，揭示地表的形态、特征和变化。
DEM数据处理与分析
DEM数据处理与分析DEM数据处理与分析一、DEM数据获取在进行DEM数据处理与分析之前，首先需要获取相关的DEM数据。
DEM数据是通过激光雷达或者卫星遥感技术获取的数字高程模型数据，可以提供地形高度信息。
获取DEM数据的方式有很多种，可以通过互联网下载或者购买商业软件进行获取。
二、DEM数据处理一）初步预处理在进行DEM数据处理之前，需要对数据进行初步预处理。
这一步骤包括数据格式转换、数据质量检查、数据筛选和数据去噪等。
其中，数据质量检查是非常重要的一步，可以保证后续的数据处理和分析的准确性。
二）其他处理除了初步预处理之外，还有一些其他处理方法可以对DEM数据进行优化。
比如，可以进行数据插值、数据平滑、数据过滤等操作，可以提高DEM数据的精度和可靠性。
三）坐标转换（计算坡度之前的预处理）在进行坡度计算之前，需要对DEM数据进行坐标转换。
坐标转换是将数据从一个坐标系转换到另一个坐标系的过程，可以保证DEM数据的准确性和一致性。
三、DEM数据拼接一）获取在进行DEM数据拼接之前，需要先获取需要拼接的DEM数据。
可以通过互联网下载或者购买商业软件进行获取。
二）镶嵌将多个DEM数据镶嵌在一起，形成一个完整的DEM数据集。
在进行镶嵌之前，需要对数据进行预处理，包括格式转换、数据质量检查、数据筛选和数据去噪等。
三）裁剪在进行DEM数据裁剪之前，需要明确裁剪的范围和目的。
裁剪可以将DEM数据集中的某一部分提取出来，可以用于特定的分析和应用。
四、地形属性提取在进行DEM数据分析之前，需要先进行地形属性提取。
地形属性包括坡度、坡向、高程等信息，可以用于地形分析和地形建模。
提取地形属性的方法有很多种，可以通过GIS软件和编程语言进行实现。
一、提取坡度在地形分析中，坡度是一个十分重要的参数。
我们可以使用GIS软件来提取地形的坡度信息。
坡度的计算方式是通过对高程数据进行数学处理得到的。
在提取坡度时，我们需要先选择合适的高程数据，并设置合适的参数。
arcgis下dem值科学计数
arcgis下DEM值科学计数一、介绍数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种用于表示地球表面高程信息的数学模型。
在使用ArcGIS进行DEM分析时，经常需要对DEM值进行科学计数。
本文将详细介绍在ArcGIS中如何进行DEM值的科学计数，包括计数方法、计数工具和计数结果的应用。
二、计数方法DEM值的科学计数可以使用不同的方法，常见的有以下两种方法：1. 对数计数法对数计数法是根据DEM值的数量级进行计数的一种方法。
它将DEM值转换为以10为底的对数形式，便于比较和分析。
对数计数法的计算公式如下：log_count = log10(dem_value)2. 百分比计数法百分比计数法是根据DEM值在整个数据集中所占的百分比进行计数的一种方法。
它可以帮助我们了解DEM值的分布情况和变化趋势。
百分比计数法的计算公式如下：percentage_count = (number_of_cells_with_dem_value / total_number_of_cells) * 100三、计数工具ArcGIS提供了多种工具来进行DEM值的科学计数，常用的工具有以下几种：1. Raster CalculatorRaster Calculator是ArcGIS中用于对栅格数据进行计算的工具。
我们可以使用Raster Calculator来进行DEM值的对数计数和百分比计数。
通过构建表达式，将DEM栅格数据作为输入，可以得到对应的计数结果。
2. Zonal StatisticsZonal Statistics是ArcGIS中用于根据指定区域对栅格数据进行统计的工具。
我们可以使用Zonal Statistics来对DEM值进行百分比计数。
通过指定区域数据和DEM栅格数据，可以得到每个区域内DEM值的百分比计数结果。
3. Spatial Analyst ToolboxSpatial Analyst Toolbox是ArcGIS中用于进行空间分析的工具集合。
DEM建立与应用及基于DEM的ArcGIS水文分析
局部放大对比图
图31
平滑前与Smooth处理图层的叠加效果
图32
3.5河网分级
利用ArcToolbox\Spatial Analyst Tools\Hydrology\Stream Order工具箱，在[Input stream raster]选中streamnet，在[Input flow direction raster]中选中FlowDir_Fill文件，河网分级有两种方Strahler分级和Shreve分级。当使用Strahler时在[Output ployline features]输出地文件名为：StreamO_stre
基于DEM地表水文分析的主要内容是利用水文分析工具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流累积量、水流长度、河流网络（包括河流网络的分级等）以及对研究区的流域进行分割等。通过对这些基本水文因子的提取和分析，可再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。
在ArcGIS中水文分析有一个独立的工具箱就是ArcTool box下Spatial Analyst Tools中的Hydrology工具箱，基于DEM的水文分析的主要工具都在这个工具箱中。
3.1无洼地的DEM生成
3.1.1未填洼的水流方向的提取
利用ArcToolbox\Spatial Analysis Tools\ Hydrology \Flow Directiongon工具箱对tingrid进行处理得到未填洼的水流方向文件wFD_tingrid，若从DEM中作出来的流向分析的最大数值为128则不需要填洼，否则需要填挖。
3.3计算水流长度（流程）
利用ArcToolbox\Spatial Analysis Tools\ Hydrology \Flow Length工具箱对FlowDir_Fill进行处理，采用Downstream（顺流计算），权重值默认。得到顺流而下的水流长度的栅格文件FlowLen_Flow。
DEM分析——ArcGIS实践
根据需要选择色系
通过修改颜色属性，得到灰白色系的坡度数据
选中Slope数据层，对其再用上述方法提取坡度，得到坡度变率。
对DEM数据连续两次“Slope” 处理，即得坡度变率
得到坡度变率
2. 坡向和坡向变率的提取
地面坡向变率，是指在提取坡向基础上，提 取坡向之坡度（Slope of Aspect，简称SOA）。 坡向变率可以很好地反映等高线弯曲程度。
设置为最小值
得到DEM的最小值层面B
No Image
使用栅格计算器Raster Calculator，获取地形起伏度
No Image
使用栅格计算器Raster Calculator，获取地形起伏度
双击，添加所 需数据层 编辑公式
No Image
单击各选择按钮
单击，打开隐藏 的部分按钮
得到地形起伏度数据
地形起伏度是描述一个区域地形特征的宏观 性指标。
添加并选中DEM数据，使用栅格领域计算工具
添加并选中DEM数据，使用栅格领域计算工具
添加并选中DEM数据，使用栅格领域计算工具
设置为最大值 根据自身需要选择
得到DEM的最大值层面A
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同样的方法求DEM的最小值层面B
No Image
具体操作步骤
提取DEM的坡向数据层A 2. 提取A的坡度数据SOA1 3. 求DEM的反地形DEM 4. 求反地形DEM的坡向坡度SOA2 5. 计算无误差的DEM坡向坡率SOA= （（[SOA1]+[SOA2])-Abs（（[SOA1]-[SOA2]))/2 6. 计算DEM的平均值数据层B 7. 求DEM的正负地形分布区域C=[DEM]-[B]
DEM分析操作一
地形指标的提取
ArcGIS DEM分析解决方案
ArcGIS DEM分析解决方案A：DEM剖面显示（看是否合3D模型中的create profile类似）。
理解如下：在DEM上画一直线，沿直线垂直切割dem，通过一个profile（图表），来显示该切割面上地形的起伏。
剖面分析初步方案如下：沿线方向每一个栅格都可以得到该Grid的值和该栅格沿线的距离，这样可以获得一个值和距离的序列，那么可以用距离做横轴，值作纵轴。
然后把这个序列绘制的界面上。
绘制到界面上有两种方案：1）利用图表控件来进行绘制剖面曲线图，这样后续的操作方便，并且样式多样，图表控件提供了更多的接口来进行操作。
2）就是利用vb的gdi进行绘制。
B：填挖方计算（与arcgis的空间分析模块中的表面分析的cut/fill类似）。
理解如下：需要两个参数，一个是现实栅格图像，另一个是目标栅格图像，计算从现实栅格图像到目标栅格图像的计算，图像比目标图像高的地方，需要cut，就是挖方计算。
现实图像比目标图像低的地方，需要fill，就是填方计算。
通过计算，得到填方和挖方的结果以及位置（表现在栅格图像上）这个可以直接利用ISurfaceOp的cutfill方法即可，其参数为两个栅格数据，CutFill (beforeGeoDataset, afterGeoDataset [,zFactor] )，其中beforeGeoDataset为初始状态的Dem，而afterGeoDataset为结果状态DEM，这样得到的结果为一个栅格数据集，可以存储在内存当中，也可以输出成结果栅格数据集，结果栅格中可以用不同的颜色或者数值得正负来表示需要cut或者需要fill，可以利用统计工具来进行统计cut或者fill的数值。
C：洼地填充（生成流域的中间过程，参考水文模型中的fill sinks）理解如下：对输入的DEM源栅格图层进行填洼处理，如果一个栅格高程都低于周围8个栅格的高程，就把该栅格高程设置为周围8个栅格中高程最低的高程。
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水文分析： 根据DEM 提取河流网络，计算流水累积量、流向、根据指定的流域出口断面自动生成流域，提取流域内河网。
根据流域边界裁剪DEM 。
水文分析工具 ................................................................................................................................................ 1 1. 填洼——生成无洼地的DEM ................................................................................................................... 3 2. 流向分析 .................................................................................................................................................. 3 3. 计算水流累积量 ....................................................................................................................................... 4 4. 流域生成 .................................................................................................................................................. 5 5. 提取河流网络（栅格和矢量） ................................................................................................................. 8 6. 流域水系显示 .. (11)
水文分析工具
若水文分析工具没有载入，则有两种途径载入水文分析工具：
(1) 通过Arctoolbox ：水文分析工具位于[Spatial Analyst Tools]>>[Hydrology]之下
如果Hydrology 工具集没有出现，可以选中某个工具箱后新建一个工具集[Hydrology]，然后右键点新建的工具集，在出现的菜单中执行[添加]>>[工具
]
会出现如右图所示的对话框，将需要的水文分析工具添加到上面新建的工具集中。
(2) 另一种方法是添加[Hydrology]工具栏到ArcMap 中。
在ArcMap 中执行菜单命令：[工具]>>[定制]（customize ） 命令
点击[从文件添加]按钮
找到esrihydrology_v2.dll 文件
注意：这个文件通常是在ArcGIS的安装路径下，默认的情况是[C:\Program
Files\ArcGIS\DeveloperKit\samples\SpatialAnalyst\HydrologicModeling\Visual_Basic]
[Hydrology]工具条就被加载到ArcMap，在其前面的检查框上打上勾，如下图所示。
[Hydrology]工具条就可以显示在ArcMap中
注意：以下的练习基于Hydrology 工具
1. 填洼——生成无洼地的DEM
在ArcMap中加载DEM数据，执行工具条[Hydrology]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[ Fill]，在出现的对话框中将[Input Surface]参数指定为“DEM”
确定后得到无洼地的DEM数据：[ FillDEM1 ]
2. 流向分析
在上一步的基础上进行，执行工具条[Hydrology]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[ Flow Direction ]，在出现的对话框中将[Input Surface]参数指定为“FillDEM”，输出路径可以自选。
确定后得到流向栅格[ FlowDir1]图
流向栅格以数值表示每个单元的流向。
数字变化范围是1～255。
其中1：东；2：东南；4南；8：西南；16：西；32：西北；64：北；128：东北。
3. 计算水流累积量
在上一步的基础上进行，执行工具条[Hydrology]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[ Flow Accumulation ]，
在出现的对话框中将[Direction Raster]参数指定为“Flow Dir1”，Output data type选为整型（integer）
确定后得到流水累积量栅格图FlowAcc_flow1
4. 流域生成
加载流域出口站点数据pour.shp
执行工具条[Hydrology]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[watershed ]，设置对话框如下：
生成流域栅格图：
将栅格流域图转化为矢量流域边界图：
得到流域矢量边界图
5. 提取河流网络（栅格和矢量）
(1)提取河流网络栅格：
在上一步的基础上进行，打开Arctoolbox，运行工具[Spatial Analyst Tools]>>[Map Algebra]>>[单输出地图代数] （single output ……）
在[地图代数表达式]中输入公式：con (FlowAcc_flow1>15000,1)
[其帮助参见]
[输出栅格]指定为：StreamNet
！！！此操作实现了流水累积量栅格[FlowAcc_flow1]中栅格单元值（流水累积量）大于15000的栅格赋值为1，从而得到河流网络栅格[StreamNet]。
！！！在Arcmap的spatial analyst工具条的raster calculate工具也可以实现该河网的提取
得到的的河流网络栅格：StreamNet
(2)提取河流网络矢量数据
在上一步的基础上进行，执行工具条[Hydrology]中的菜单命令[ Hydrology ]>>[ Stream to
Feature ]，在出现的对话框中将[Direction Raster]参数指定为“FlowDir1”。
确定后得到河流网络矢量数据
6. 流域水系显示
用上述4得到的流域边界切割5生成的矢量河网，得到流域内的矢量河网
7.流域DEM裁剪
用上述4得到的流域边界裁剪DEM数据生成流域DEM
然后进行出图操作,出图个人喜好决定就不继续写教程了.谢谢大家.。