山脊线、山谷线和鞍部点的提取知识讲解
地形鞍部的提取doc资料
地形鞍部的提取地形鞍部的提取1.背景相邻两山头之间呈马鞍形的低谷凹部分称为鞍部.鞍部点是重要的地形控制点,它和山顶点，山谷点以及山脊线，山谷线等构成地形特征点，对地形具有很强的控制作用。
因此，对这些地形特征点，线的分析研究在数字地形分析中具有很重要的意义。
同时，由于鞍部点的特殊地貌形态，使得鞍部点的提取方法较山顶点和谷底点更难，目前还都存在一定的技术局限性。
2.目的：利用水文分析的方法提取地形鞍部点，通过多种GIS空间分析方法的应用，提高对知识的综合运用能力。
3.要求：利用水文分析模块和空间分析模块相应功能提取样区地形鞍部点。
4.数据：25米分辨率的DEM数据，面积约为59平方公里。
5算法思想：鞍部具有独特的形态特征，可被认为是原始地形中的山脊和反地形中的山脊会合的地方，因此可以通过提取正反地形的山脊线并求其交点，获取鞍部点。
6.操作步骤：（1）正地形、等高线和晕渲图的提取：同山脊线和山谷线的提取中一样，由于鞍部点的整体位置是处于山脊上的，需要提取出地形以过滤那些在负地形上的错误的点。
正地形的提取过程与第一个例子完全相同，提取过程分别是：利用11*11的窗口进行平均值的邻域分析，结果为meandem，原始DEM 与meandem相减并以0为界进行重分类，大于0的属性值赋值为1，小于0的赋值为0，结果命名为zhengdixing。
利用SpatialAnalyst菜单下的SurfaceAnalysis菜单中的Contour 和Hillshade工具分别提取样区等高距为40米的等高线数据ctour和样区晕渲图hillshade（2）山脊线的提取山脊线的提取与练习1（见“小傻帽吧”文库中的“山脊线、山谷线的提取”，就是用到Hydrology水文分析工具的那个word文档）中山脊线的提取过程完全相同。
分别是进行洼地填充—水流方向提取—汇流累计量计算—汇流累积量等于0的提取。
提取过程产生的各个数据分别为：filldem、flowdir、flowacc以及flowacc0好吧，为了方便大家，我还是在重复下山脊线提取的过程吧O(∩_∩)O~ a洼地填充：使用Hydrology工具中的fill工具b无洼地水流方向计算：Hdrology中的flow Dirfillc：汇流累积量计算：Hdrology中的flowAccumulation工具d汇流累积量为0的提取:spaitialAnalyst模块的下拉箭头,单击RasterCalculator,计算:e邻域处理:f重新分类:g将二值化的neiborfacc00进行重分类为reneibor,将属性值接近1的那一类的属性值赋值为1,其余赋值为0h用spatialAnalyst菜单下的RasterCalculator将重分类后的reneibor 数据与正地形数据zhengdixing相乘,消除那些存在于负地形区域中的错误山脊线,然后将计算结果进行重分类,所有值不为1的栅格赋值为nodata,记得到山脊线.（3）反地形山脊的提取反地形山脊的提取与练习1中山谷的提取过程完全相同，分别是基于原始DEM计算出反地形DEM数据（计算中是利用原始DEM减去常熟3000）；基于反地形DEM数据提取水流方向数据；基于水流方向数据进行汇流累积量数据；提取汇流累积量数据等于0的栅格。
第八章 特征地形要素的提取
大规模的侵蚀沟形态，较小的侵蚀作用，只能产生较小的侵蚀沟。
河流水量的大小直接和流域面积大小有关，除干燥地区以外，一般是 流域面积越大，河流水量越大。
流域长度：主河道从流域出口到分水线的距离。
因而造成地形结构线的
漏判和误判。 所确定地形特征线具有 一定近似性，与实际地 形特征线存在差异。
• 3、基于地形表面流水物理模拟分析原理的算法
方法：汇水量——汇水线（山谷线）——分水线 （山脊线） 缺陷：汇水线误判：高处汇水量少的点被排除；低 处汇水量大的点被误认为是地形特征点。 分水线闭合与实际不符
• 2、模拟法
– 基于地表物质运动的水流模拟方法。
– 基本思想：
在自然表面上，水流沿 最陡方向向下流，并不断 地向下游汇聚。
二、地形特征点的提取
• 1、类型：
– 山顶点（Peak） – 凹陷点（洼地点，Pit） – 脊点（Ridge） – 谷点（Channel） – 鞍点（Pass） – 平地点（坡面点，Plane ）
若与洼地（1）相邻的洼地区域（2）的集水出口，位于洼地（1）、（2）
其他洼地依次处理
（2）平地处理
• 处理方法：
– Martz和Garbrecht（1992）高程增量叠加算法 – 增加栅格高程采样精度的十分之一、千分之一或万分 之一。
（3）水流方向
• 指水流离开此网格时的指向。
（3）水流方向
分水岭（分水线）：两个相邻集水区之间
的最高点连接成的不规则曲线。 流域出水口（集水出口 outlet）：水流离
开集水流域的点。
六、流域的提取
水文分析和地形分析、提取山谷和鞍部点
Arcgis地形分析DEM提取坡度(1)新建地图文档，加载【ArcGIS地形分析--TIN及DEM的生成，TIN的显示】经验教程中得到的DEM数据：huainan(2)在【ArcToolbox】中，执行命令[3D Analyst工具]——[栅格表面]——[坡度]，参照下图所示，指定各参数：执行后，得到坡度栅格Slope_tingri1：坡度栅格中，栅格单元的值在[0 -60] 度间变化右键点击图层[Slope_TinGrid]，执行[属性命令]，设置图层[符号系统]，重新调整坡度分级。
将类别调整为5，点[分类]按钮，用手动分级法，将中断值调整为：10，20，30，40，60。
DEM提取山顶点1.添加dem数据，制作15m和75m等高线。
2.制作阴影阴影图像【空间分析】----【表面分析】----【地表阴影】，生成地表阴影图像hillsha。
3.提取栅格数据的有效区域。
【空间分析】----【地图制图】----【栅格计算器】。
“要提取的文件名”=“huainan54”>=0，（注意：红色等号是1个=，而不是栅格计算器中的2个==）。
“back”=“huainan54”>=0，生成back文件。
5.按照等高线75m等高线15m，back，hillsha叠放。
1.提取dem数据中的最大值。
【空间分析工具】----【邻域分析】----【块统计】，生成maxpoint文件参数设置如下：Maxpoint7.提取山顶点。
【空间分析】----【地图制图】----【栅格计算器】。
输入命令：sd=（[axpoint]-[淮南54]）==0,生成sd文件。
8.山顶点栅格文件二值化。
【空间分析工具】----【重分类】----【重分类】。
生成re-sd9.生成山顶点栅格数据转换为shapefile。
【转换工具】----【栅格转换】----【栅格数据转点】，生成山顶点矢量文件。
ArcGIS利用水文分析方法提取山脊、山谷线提取方法大致可以分为以下五种：1) 基于图像处理技术的原理；2) 基于地形表面几何形态分析的原理；3) 基于地形表面流水物理模拟分析原理；4) 基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的原理；5) 平面曲率与坡形组合法。
山脊线、山谷线、鞍部点的提取
实例与练习练习1. 利用水文分析方法提取山脊、山谷线1．背景：山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。
它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。
因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。
2．目的：理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。
3．要求：（1）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线；（2）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。
4．数据：一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140 km2。
数据存放于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。
结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result 中。
5．算法思想：对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别表示分水性与汇水性，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。
因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。
基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。
通过对零值的汇流累积值的栅格的提取，就可以得到分水线，也就得到了山脊线；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。
特征地形要素的提取
A′
A-A′两点间得通视剖面图 深色实线条为可视区,浅色虚线为不可视区
可视域
可视性分析最基本得用途
可视查询 地形可视结构计算(即可视域得计算) 水平可视计算
基于地形表面几何形态分析原理得算法
找出DEM得纵向与横向得两个断面上得极大、极 小值点,作为地形特征线上得备选点; 根据一定得条件或准则将这些备选点划归各自所 属得地形特征线。
基于地形表面流水物理模拟分析原理得算法
点上得汇水量,然后按汇水量单调增加得顺序,由高到低找出区域中 得每一条汇水线
基于地形表面几何形态分析与流水物理模拟 分析相结合得算法
4、 水系得提取
水系提取有关得概念
集水流域 集水出口 子流域 分水岭 水流网络
基于地表径流漫流模型得水系提取算法
四个基本问题
洼地得处理; 平地得处理; 水流方向及水流累积量得确定; 水道起始位置得确定。
经处理后得平地单元格
水流方向及水流累积量得确定
5、 流域得提取
原始DEM数据
经填充后得无洼地DEM
特征地形要素的提取
主要内容
地形特征点得提取 山脊线、山谷线得提取 沟沿线得提取 水系得提取 流域得提取 可视性分析
1、 地形特征点得提取
山顶点(peak) 凹陷点(pit) 脊点(ridge) 谷点(channel) 鞍点(pass) 平地点(plane)等
2、 山脊线、山谷线得提取
山脊线与山谷线构成了地形起伏变化得分界线 (骨架线)
概略DEM得建立 地形流水物理模拟 概略地形特征线提取 地形几何分析 地形特征线精确确定。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
平面曲率与坡位组合法
利用DEM数据提取地面得平面曲率及地面得正负 地形,取正地形上平面曲率得大值即为山脊,负 地形上平面曲率得大值为山谷
山谷线山脊线提取
山谷线山脊线提取山谷线、山脊线提取山脊线和山谷线的自动提取arcmap自动提取山脊线和山谷线的方法1平面曲率与坡形组合法基于规则格网的DEM是自动提取山脊线和山谷线的最重要方法。
从算法设计的原则来看，大致可以分为以下五种类型：1)基于图像处理技术的原理；2)基于地形表面几何形态分析的原理；3)基于地形表面流水物理模拟分析原理；4）基于地形表面几何形状分析与流水物理模拟分析相结合的原理；5）平面曲率和坡度形状的组合方法。
平面曲率与坡形组合法提取的山脊、山谷的宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方法简便，效果好。
该方法基本处理过程为：首先利用dem数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。
实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率（soa）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。
因此，下面的提取过程以soa代替平面曲率。
具体提取工艺如下：1）激活dem数据，在spatialanalysis下使用surface菜单下的deriveaspect命令，提取dem坡向层面，记为a；2）激活标高a，使用“空间分析”下“曲面”菜单下的“衍生坡度”命令提取标高a的坡度信息，该信息记录为soa1；3）求取原始dem数据层的最大高程值，记为h；通过spatialanalysis下的栅格计算器calculator，公式为（h－dem），得到与原来地形相反的dem数据层，即反地形dem数据；4）根据反地形DEM数据计算坡度方向；5）利用soa方法求算反地形的坡向变率，记为soa2；6）利用空间分析下的网格计算器，公式为SOA=（[soa1]+[soa2]）-ABS（[soa1]-[soa2]）/2，可以得到无误差的DEM坡度变化率SOA；7）激活原始dem数据，在spatialanalysis下使用栅格邻域计算工具neighborhoodstatistics；设置statistictype为平均值，邻域的类型为矩形（也可以为圆），邻域的大小为275×275map，则可得到一个邻域为275×275map的矩形的平均值层面，记为b；8）利用空间分析下的网格计算器，可以得到正、负地形分布区域，公式为C=[DEM]-[b]，9）在spatialanalysis下使用栅格计算器calculator，公式为d＝[c]>0&soa>70，即可求出山脊线；10）同样，在网格计算器中，将公式修改为d=[C]<0&SOA>70，以计算山谷线地形特征信息提取（山谷线、山脊线）方法1：SOA方法soa法原理：山谷线和山脊线实质是平面曲率发生突变的地方，所以用soa来近似平面曲率，提取其中变法大的就是山谷线和山脊线，其中山谷线对应的是负地形中soa较大的值，山脊线对应的是正地形中soa较大的值。
山体的五种地形部位
山体的五种地形部位
地形部位包括山峰、山脊、山谷、陡崖、鞍部五部分。
山峰，山体中的上半部分，一般指尖状山顶并有一定高度，多为岩石构成。
山脊，指山高处像兽脊凸起的部分。
1.山峰，一般指尖状山顶并有一定高度，多为岩石构成。
也有断层，褶皱或铲状、垂直节理控制的结果，也有的是火山锥。
2.山脊，指山高处像兽脊凸起的部分。
是由两个坡向相反坡度不一的斜坡相遇组合而成条形脊状延伸的凸形地貌形态。
山脊最高点的连线就是两个斜坡的交线，叫做山脊线。
3.陡崖，指近于垂直的山坡，称为陡崖。
高度不相等，等高线重叠在一起。
4.山谷，等高线的凸出部分指向高处，表示山谷；最大弯曲处的点的连线，表示为山谷线，也叫积水线。
5.鞍部，是地形当中两山之间比较平缓的部位的指称。
在等高线地形图中，也比较容易识别。
因为该部位在整个地形体系中似马鞍，故名鞍部。
五种突出地形是平原、高原、丘陵、盆地、山地，除高原之外都有不同级别。
这些地形有一级类型与二级类型之别。
它们在相邻的同级形态上是彼此不同的，相邻的含义本身就排斥包容，例如四川盆地相邻的四周是平原和山脉。
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
基于DEM自动提取山脊线、山谷线方法研究
基于DEM自动提取山脊线、山谷线方法研究作者：栗丹来源：《环球人文地理·评论版》2015年第01期摘要：从数字高程模型中自动提取山脊线和山谷线的技术在测绘、工程设计等方面有着重要的意义。
传统依靠二维等高线形态分析方法提取的山脊线和山谷线很难得到理想效果。
本文设计出了一种基于水文地貌关系正确的DEM中自动提取山脊线和山谷线方法，同时采用单流向（D8）算法和多流向（Dinf）算法分别对提取山脊线和山谷线结果进行对比分析，得出采用多流向算法提取山脊线和山谷线时，结果与实际地形相符。
关键词：山脊线；算法；地形分析一、引言山脊线、山谷线作为地形特征线对地形、地貌具有一定的控制作用[1] -[3]。
它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。
由于山脊线具有分水性，山谷线具有汇水性特征使得它们在工程应用方面具有特殊的意义[4]。
研究人员借助地形表面流水模拟的方法从DEM 数据中自动提取山脊线和山谷线，用于区域地形的水分析[5] 。
因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线的提取和分析是具有很大应用价值的[7]。
所以在本实验中，基于水文分析方法在DEM中采用不同算法提取出山脊线和山谷线，是本文研究的一个重点，也是在以往实验基础上的一个创新，通过实验使我们在以后能够利用水文分析的方法与其它空间分析方法相结合以解决实际应用问题。
二、研究方法1.山脊线和山谷线提取技术路线提取山脊线和山谷线可以利用水文分析的方法进行，对分水线和汇水线进行提取是在实际操作中的步骤。
水流的起源点的定义是分水线的性质。
通过提取零值的汇流累积值的栅格，分水线就可以得到。
汇水线由于具有汇水作用而具有较大的上游汇水面积，在提取山谷线时，利用反地形的特点，即利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，得到与原始地形完全相反的地形数据，使得原始的DEM中的山脊变成反地形的山谷，而原始DEM中的山谷在反地形中就变成了山脊，再利用山脊线的提取方法就可以实现山谷线的提取。
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山脊线、山谷线和鞍部点的提取
山脊线、山谷线和鞍部点的提取
一．实习背景
山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。
它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。
因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。
相邻两山头之间呈马鞍形的低凹部分称为鞍部，鞍部是两个山脊和两个山谷会合的地方。
鞍部点是重要的地形控制点，它和山顶点、山谷点以及山脊线、山谷线等构成的地形特征点线，具有对地形具有很强的控制作用。
因此，对这些地形特征点、线的分析研究在数字地形分析中具有很重要的意义。
同时，由于鞍部点的特殊地貌形态，使得鞍部点的提取方法较山顶点和山谷的提取更难，目前没有什么有效的方法来提取鞍部点，利用水文分析的方法可以来提取一些鞍部点，但是它还是具有一定局限性。
二．实习目的
（1）熟练掌握基于DEM利用ArcGIS进行提取相关地形特征的方法与原理；
（2）深入认识山脊线、山谷线和鞍部点3个基本地形特征；三．实习内容
１.提取ｄｅｍ数据的ＳＯＡ
２基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线
3.基于DEM水文分析方法提取山脊线山谷线
4.鞍部点的提取
四．实习数据
DEM
五．实习工具
Surface Analyst，model工具
六．实习步骤
1.提取DEM的SOA数据
A．求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H；通过Spatial Analysis 下的栅格计算器 Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的 DEM数据层，即反地形DEM数据；
B．基于反地形 DEM数据求算坡向值；
C．利用 SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为 SOA2，由原始DEM数据求算出的坡向变率值为 SOA1；
D.在 Spatial Analysis下使用栅格计算器 Calculator，公式为 SOA ＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的 DEM 的坡向变率，
2.利用基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线
（1）山脊线的提取
其中在focal statistics中选择3*3的窗口，类型选择为mean,在minus中再次导入DEM，进行计算。
（2）山谷线的提取
将DEM-mean后面的函数换成less than,即C<0，表示为负地形，其余设置不变
3. 基于DEM水文分析方法提取山脊线山谷线
（1）山脊线的提取
先提取汇流量为0值的提取，再对facc0进行领域后处理的数据neiborfacco分类时，接近于1的赋值为1，其余的为0，最终分界
阀值为0.5541，其配置方法利用Dem的等高线图与晕渲图进行对比判断
在求取正地形的过程中，进行减法运算时在输入的第一个数据位DEM，第二个数据才为meandem.在greater than中输入数据0
最后利用Boolean and 对进行分类后的reneibor数据和zhengdixing进行处理，以消除那些存在于负地形中错误的山脊线（2）山谷线的提取
方法与山脊线的提取类似，其首先利用公式Abs(dem-1154)提取反地形，在这里不需要进行填洼处理。
4.鞍部点的提取
1）将提取出的山脊线数据 flowacc0和山谷线数据 fanfacc0利用 spatial analyst 菜单下的 raster calculator的工具进行相乘运算，运算结果命名为 anbuqu。
2）将上一步中提取出的数据 anbuqu和正地形数据 zhengdixing 进行相乘运算，就得到了鞍部点的栅格形式数据，命名为rasteranbu
3）将栅格数据 rasteranbu 进行重分类，所有 0 值和NO DATA 数据赋为 NO DATA数据，属性为 1 的值保持不变，重分类之后数据为 rasteranbu2
4）将栅格数据 rasteranbu2 转成矢量结构数据 anbudian，并配合等高线数据和晕渲图对矢量形式的鞍部点数据进行编辑，剔除那些处于研究区域边缘以及内部的伪鞍部点
七．实习分析
（1）基于地形表面的几何形态分析方法
山谷线（亮色）山脊线（亮色）（2）基于水文分析方法
山谷线山脊线
对比两种不同的方法，我们可以看出利用水文分析法有较多的断点。
但是地形表面形态分析方法得出来的结果中有较多的部分不为山脊线，有很多零散的成点状分布。
（3）鞍部点的提取。