ArcGIS实验-Ex12-地形指标提取
基本ArcGIS的地形数据提取与分析
基本ArcGIS的地形数据提取与分析基于ArcGIS10地形数据提取与分析舒城县林业局汪⾃胜摘要：本⽂以森林资源调查⼯作实践为例，详细总结了如何利⽤ArcGIS10软件对纸质地形图，通过扫描、⽮量化⽣成⾼程栅格数据；利⽤⾼程栅格数据进⾏等⾼线加密、⾼程统计、坡向和坡度分析；以及利⽤坡向、坡度等地形因⼦实现⾃动区划图斑的⽅法和过程。
关键词：森林资源调查 ArcGIS 地形分析地形因⼦是划分森林资源调查图斑的重要因⼦，在条件有限的情况下，我们经常是利⽤纸质地形图，通过⼈⼯判定，来确定⼯作图斑的海拔、坡向和坡度。
准确度受判定⼈员的业务⽔平影响较⼤。
利⽤ArcGIS10的⽮量化⼯具和地形数据分析⼯具，可以实现对图斑地形因⼦的⾃动判读，甚⾄可以⾃动区划图斑。
⼀、地形图⽮量化要想利⽤计算机来进⾏地形分析，⾸先应对纸质地形图进⾏扫描⽮量化，将其转化成计算机可以识别的数据格式(见图1)。
图1 地形图灰度栅格图像地形图⽮量化前，需要将纸质图扫描成灰度栅格图像，并对栅格图像进⾏⼆值化处理。
1、在ArcMap中对栅格图像进⾏符号化处理。
分类⽅法：⼿动；类别数：2；调整中断值，直到满意为⽌，记录下中断值；2、重分类。
利⽤ArcToolbox⼯具箱中的“空间分析-重分类”⼯具，根据记录的中断值，对图像进⾏重分类，⽣成⼆值图（见图2）。
图2 重分类⼯具设置和⼆值图3、⽮量化。
加载⽤来保存⽮量化成果的点、线要素类⽂件，在编辑状态下，运⽤ArcScan⼯具开始⽮量化。
（1）根据⽮量化点、线的栅格宽度，在⽮量化设置中设置理想的最⼤线宽等参数。
可以在完成设置后，运⽤“显⽰预览”功能来查看参数设置是否合理(见图3)。
图3 ⽮量化设置和效果预览（2）运⽤“在区域内部⽣成要素”⼯具选择要⽮量化的区域，在弹出的模板对话框中，对点、线要素的模板采⽤默认设置，完成⾃动⽮量化。
（3）运⽤编辑⼯具清理掉错误短线和噪点，对断开的地⽅等进⾏修补。
（4）将等⾼线、道路和⽔系地物进⾏分层，分别保存到等⾼线、道路、⽔系要素类中。
基于ArcGIS的地形特征提取
基于ArcGIS的地形特征提取基于ArcGIS的地形特征提取刘小庆辽宁工程技术大学，辽宁阜新 (123000)E-mail:****************摘要：特征地形要素是构成地表地形与起伏变化的基本框架，ArcGIS具有一个能为三维可视化、三维分析以及表面生成提供高级分析功能的扩展模块3D analyst，基于ArcGIS进行地形特征提取可以更好地实现对地形地貌空间数据的可视化和分析处理。
关键词：ArcGIS；特征地形要素；山脊线；山谷线1．引言随着信息社会的到来，人类社会进入了信息大爆炸的时代。
面对海量信息，人们对于信息的要求发生了巨大变化，对信息的广泛性、精确性、快速性及综合性要求越来越高。
随着计算机技术的出现及其快速发展，对空间位置信息和其他属性类信息进行统一管理的地理信息系统也随之快速发展起来，在此基础上进行空间信息挖掘和知识发现是当前亟待解决的问题。
在常见的GIS系统中，美国ESRI公司的ArcGIS以其强大的分析能力得到用户的青睐，成为主流的GIS系统。
ArcGIS9是美国环境系统研究所（Environment System Research Institute）开发的新一代GIS软件，是世界上最广泛的GIS软件之一。
自从1978年以来，ESRI 相继推出了多个版本系列的GIS软件，其产品不断更新扩展，构成适用各种用户和机型的系列产品。
ArcGIS是ESRI在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其他多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表GIS最高技术水平的全系列GIS产品。
ArcGIS是一个全面的，可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完整的GIS系统提供完整的解决方案。
ArcGIS9的软件特色主要为：1）主图编辑的高度一体化；2）便捷的元数据管理；3）灵活的定制与开发；4）ArcGIS9的新功能：增加了两个基于ArcObject的产品：面向开发的嵌入式ArcGIS Engine和面向企业用户居于服务器的ArcGIS Server。
毕业论文：基于ArcGIS的地形指数提取方法研究
本科生毕业论文（设计）题目：基于ArcGIS的地形指数提取方法研究专业代码：070703作者姓名：解鹏学号：2007201978单位：环境与规划学院聊城大学本科毕业论文（设计）指导教师：肖燕2011年5月31日原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人承担本声明的相应责任。
学位论文作者签名：日期指导教师签名：日期1前言------------------------------------------------------------- 1 2 理论基础-------------------------------------------------------- 1 2.1单流向算法----------------------------------------------------- 1 2.2ARCGIS建模介绍------------------------------------------------ 22.2.1地理处理--------------------------------------------------- 22.2.2M ODEL B UILDER建模平台 ---------------------------------------- 23 应用案例--------------------------------------------------------4 3.1案例区介绍----------------------------------------------------- 4 3.2数据源介绍----------------------------------------------------- 43.3建模过程------------------------------------------------------- 44 结语 ----------------------------------------------------------- 11参考文献--------------------------------------------------------- 12致谢---------------------------------------------- 13流域地形指数水文模型TOPMODEL已被应用于陆面模式（Land surface Models, LSMs）以改进陆面模式对水文过程的模拟。
ArcGIS实验操作(八)---地形特征提取
ArcGIS实验操作（八）地形特征信息提取数据：在data/Ex8/文件下·dem：分辨率为5米的栅格DEM数据。
·Result文件夹：·shanji：提取的山脊线栅格数据；·shangu：提取的山谷线栅格数据；·hillshade：地形晕渲图。
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。
操作步骤：1.加载DEM数据，设置默认存储路径，使用空间分析模块下拉箭头中的表面分析工具，选择坡向工具（Aspect），提取DEM的坡向数据层，命名为A。
该DEM的坡向数据如下图所示：提取A的坡度数据层，命名为SOA1。
3.求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H：由此可见该最大高程值H为1153.79 使用栅格计算器，公式为（H－DEM），求反地形DEM数据如下：反地形DEM数据层calculation如下（可与原始DEM相比较）：4.基于反地形DEM数据求算坡向值反地形DEM数据层calculation的坡向数据如下：5.提取反地形DEM坡向数据的坡度数据，记为SOA2，即利用SOA方法求算反地形的坡向变率。
6.使用空间分析工具集中的栅格计算器，求没有误差的DEM的坡向变率SOA，公式为SOA=(([SOA1]+[SOA2])－Abs([SOA1] －[SOA2]))/2其中，Abs为求算绝对值，可点击右下侧将其查找出来。
没有误差的DEM的坡向变率SOA如下图所示：7.再次点击初始DEM数据，使用空间分析工具集中的栅格邻域计算工具（NerghborhoodStatistics）；设置统计类型为平均值（mean）邻域的类型为矩形（也可以为圆），邻域的大小为11×11（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11×11的矩形的平均值数据层，记为B。
8.使用空间分析工具集中的栅格计算器，求算正负地形分布区域，公式为C = [DEM]－[B]。
arcgis坐标提取 -回复
arcgis坐标提取-回复如何利用ArcGIS提取坐标。
在地理信息系统（GIS）中，坐标是地理位置的数字表示。
坐标系统由经度和纬度组成，用于准确描述地球上任意位置的位置。
利用ArcGIS可以轻松提取坐标，无论是从数字地图、卫星图像还是其他地理数据源。
下面是一步一步的指南，介绍怎样在ArcGIS中提取坐标。
第一步：导入数据首先，需要导入地理数据以开始坐标提取过程。
这可以通过多种方式实现，如导入现有的地理数据文件（如shapefile、Geodatabase文件等）、连接数据库或通过网络将地理数据下载到ArcGIS中。
第二步：选择工具在导入数据之后，需要选择适当的工具来提取坐标。
ArcGIS提供了许多工具和功能，可以根据数据类型和目标来选择合适的工具。
以下是一些常用的工具：1. 标注工具：可以在地图上点击鼠标来标注位置，并从中提取坐标。
这对于手动选择单个或少量坐标点很有用。
2. 查询工具：可以根据地理特征的属性信息（如地名、地址）来查找并提取坐标。
这对于批量处理大量坐标点很有用。
3. 数据转换工具：可以将不同格式的地理数据（如经纬度、UTM、地方坐标等）互相转换，并从中提取坐标。
4. 数据提取工具：可以从遥感图像、卫星图像或其他源提取坐标。
这对于实时地图监控和位置定位很有用。
第三步：设置参数选择适当的工具后，需要设置相关参数以执行坐标提取操作。
参数设置主要取决于所选工具，可能包括选择数据源、输入/输出文件格式、输入/输出字段、输出坐标类型等。
根据要求提供正确的参数信息，以确保提取到合适的坐标。
第四步：运行工具在设置参数后，可以运行所选择的工具来进行坐标提取操作。
根据所选的工具和数据大小，可能需要一定的时间才能完成提取过程。
在这个过程中，可以查看进度条和其他相关信息，确保提取工作正常进行。
第五步：验证结果完成坐标提取后，需要验证提取的坐标是否准确。
可以使用ArcGIS的可视化工具在地图上显示提取的坐标，并与其他地理数据进行比较。
地形指标的提取
地形指标的提取地形指标是最基本的一些地理自然要素信息，地形指标的提取有利于对水土流失、土地利用、土地资源评价等进行分析。
本篇主要包括坡度变率、坡向变率、地形起伏度、地面粗糙度四个基本地形指标的提取操作介绍。
1.坡度变率：坡度变率是地面坡度的变化率，也就是坡度的坡度（SOS），坡度变率在一定程度上反映了坡面曲率的信息。
提取操作如下：选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→表面分析→坡度】工具，得到坡度数据层Slope。
选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→表面分析→坡度】工具，对坡度数据层Slope提取坡度，得到坡度变化率数据层SOS。
2.坡向变率：坡向变率是指在提取坡向数据的基础上提取坡向的变化率，也就是坡向之坡度（SOA），坡向变率可以很好地反映等高线的弯曲程度。
SOA在提取过程中在背面坡将会有误差产生（北面坡坡向值范围是0°90°和270°360°，在正北方向附近如15°~345°两个坡向差值只有30°，而计算结果却是330°），因此需要将北坡向的坡向变率进行误差纠正处理。
选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡向】工具，提取原始DEM的坡向数据。
选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡度】工具，提取上一步得到的坡向数据层的坡度数据，得到坡向变率数据层SOA1。
使用原始DEM中的最大值减去原始栅格，得到反地形DEM栅格图像。
然后依次选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡向】工具和选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡度】工具，得到坡向变率数据层SOA2。
选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入(("SOA_1" + "SOA_2") - Abs("SOA_1" - "SOA_2")) / 2地图代数公式，得到没有误差的DEM的坡向变率SOA。
arcgis地形因子提取步骤
arcgis地形因子提取步骤ArcGIS是一款强大的地理信息系统软件，可以用于处理和分析地形数据。
地形因子是用来描述地形特征的统计指标，例如高程、坡度、坡向、曲率等。
通过提取地形因子，我们能够更好地理解地形的特征和变化规律。
下面是使用ArcGIS提取地形因子的一般步骤。
步骤一：数据准备首先，需要准备相应的地形数据。
可以使用DEM（数字高程模型）数据作为输入数据。
DEM数据可以从公共地理数据库、地理信息系统软件或其他地形数据源获取。
步骤二：新建工作空间打开ArcGIS软件，新建一个工作空间，将所有的地形数据放在这个工作空间中，以便于管理和分析。
步骤三：生成坡度和坡向通过DEM数据可以计算得到坡度和坡向的值。
在ArcGIS中，可以使用"Slope"和"Aspect"工具来生成坡度和坡向。
首先，在ArcMap中添加DEM数据，然后选择"Spatial Analyst Tools"菜单下的"Surface Analysis"选项，找到"Slope"和"Aspect"工具。
分别运行这两个工具，可以生成对应的坡度和坡向数据。
步骤四：生成高程变化率高程变化率是描述地形粗糙度的指标，反应了地形的起伏和起伏程度。
在ArcGIS中，可以使用"Curvature"工具来生成高程变化率。
同样，在ArcMap中添加DEM数据，然后选择"Spatial Analyst Tools"菜单下的"Surface Analysis"选项，找到"Curvature"工具。
运行该工具后，可以生成高程变化率的数据。
步骤五：生成局部坡度局部坡度是指地形相对于周围环境或整个地形的局部变化情况，能够反映出局部地形的平滑程度和变化特点。
在ArcGIS中，可以使用"Geostatistical Analyst"工具来生成局部坡度。
ArcGIS实验-Ex12-地形指标提取
第九章三维分析练习1：地形指标提取一、背景地形指标是最基本的自然地理要素，也是对人类的生产和生活影响最大的自然要素。
地形特征制约着地表物质和能量的再分配，影响着土壤与植被的形成和发育过程，影响着土地利用的方式和水土流失的强度，也影响着城市规划中工农业生产布局的各个方面。
地形指标的提取对水土流失、土地利用、土地资源评价、城市规划等方面的研究起着重要的作用。
根据研究区域尺度的不同，地形指标有许多因子。
基于ArcGIS的地形指标的提取，大多均是基于DEM数据完成。
二、目的通过本实验，使读者加深对各基本地形指标的概念及其应用意义的理解。
熟练掌握使用ArcGIS软件提取这些地形指标的方法和步骤。
三、要求利用所提供DEM数据，提取得出该区域坡度变率、坡向变率、地形起伏度、地面粗糙度等四个基本地形指标的栅格图层。
四、数据本实验采用某区域栅格DEM（..\Chp9\Ex1\）,是一个区域的分辨率为5米的DEM数据，图例是按照其高程值采用渐变色来显示。
下文中关于地形指标的提取都是以这个数据为基础。
五、操作步骤1、坡度变率地面坡度变率，是地面坡度在微分空间的变化率，是依据坡度的求算原理，在所提取的坡度值的基础上对地面每一点再求算一次坡度。
即坡度之坡度（Slope of Slope, 简称SOS）。
坡度是地面高程的变化率的求解，因此，坡度变率表征了地表面高程相对于水平面变化的二阶导数。
坡度变率在一定程度上可以很好反映剖面曲率信息，其提取方法如下：(1) 激活DEM主题，选择Spatial Analysis －Surface Analysis －Slope命令，提取DEM 主题的坡度，得到主题Slope of DEM（图1），得到结果如图2所示；图1 提取DEM主题的坡度图2 坡度数据(2) 激活主题Slope of DEM，再对其用上述的方法提取坡度，得到DEM主题坡度的坡度，即坡度变率主题（图3）图3 坡度变率2、坡向变率地面坡向变率，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（SOA），过程如图4、5、6、7。
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第九章三维分析
练习1：地形指标提取
一、背景
地形指标是最基本的自然地理要素，也是对人类的生产和生活影响最大的自然要素。
地形特征制约着地表物质和能量的再分配，影响着土壤与植被的形成和发育过程，影响着土地利用的方式和水土流失的强度，也影响着城市规划中工农业生产布局的各个方面。
地形指标的提取对水土流失、土地利用、土地资源评价、城市规划等方面的研究起着重要的作用。
根据研究区域尺度的不同，地形指标有许多因子。
基于ArcGIS的地形指标的提取，大多均是基于DEM数据完成。
二、目的
通过本实验，使读者加深对各基本地形指标的概念及其应用意义的理解。
熟练掌握使用ArcGIS软件提取这些地形指标的方法和步骤。
三、要求
利用所提供DEM数据，提取得出该区域坡度变率、坡向变率、地形起伏度、地面粗糙度等四个基本地形指标的栅格图层。
四、数据
本实验采用某区域栅格DEM（..\Chp9\Ex1\）,是一个区域的分辨率为5米的DEM数据，图例是按照其高程值采用渐变色来显示。
下文中关于地形指标的提取都是以这个数据为基础。
五、操作步骤
1、坡度变率
地面坡度变率，是地面坡度在微分空间的变化率，是依据坡度的求算原理，在所提取的坡度值的基础上对地面每一点再求算一次坡度。
即坡度之坡度（Slope of Slope, 简称SOS）。
坡度是地面高程的变化率的求解，因此，坡度变率表征了地表面高程相对于水平面变化的二阶导数。
坡度变率在一定程度上可以很好反映剖面曲率信息，其提取方法如下：
(1) 激活DEM主题，选择Spatial Analysis － Surface Analysis － Slope命令，提取DEM主题的坡度，得到主题Slope of DEM（图1），得到结果如图2所示；
图1 提取DEM主题的坡度
图2 坡度数据
(2) 激活主题Slope of DEM，再对其用上述的方法提取坡度，得到DEM主题坡度的坡度，即坡度变率主题（图3）
图3 坡度变率
2、坡向变率
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（SOA），过程如图4、5、6、7。
它可以很好的反映等高线弯曲程度。
图4 求DEM数据的坡向
图5 坡向数据
图6 生成坡向的坡度图7 坡向的坡度数据
地面坡向变率在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原理，提取地表局部微小范围内坡向的最大变化情况。
值得注意的是：SOA在提取过程中在不同的坡面上将会有误差的产生，即在坡面的南北两侧，北面坡由于坡向算法将会有误差产生，所以要对北坡的SOA 结果进行纠正，因为从理论上讲SOA在地表北坡上将产生误差，北坡上坡向值范围为0-90°和270°-360°，在正北方向附近，15°和345°之间坡向差值只是30°，而在计算中却是差了330°，所以要将北坡地区的坡向变率误差进行纠正，具体的操作方法为：
(1) 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),如图8，得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据；
图8 计算反地形DEM数据
图9 反地形DEM数据
(2) 基于反地形DEM数据求算坡向值，如图10；
图10 求反地形DEM数据的坡向值
(3) 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，如图11所示；
图11 求算反地形的坡向变率
(4) 在Spatial Analysis下使用栅格计算器Calculator，公式为SOA＝(([SOA1]+[SOA2]) -Abs([SOA1]-[SOA2]))/ 2，如图12，即可求出没有误差的DEM的坡向变率，如图13。
图12 使用栅格计算器
图13 求出没有误差的DEM的坡向变率
(5) 将有误差的DEM坡向变率(图14)与没有误差的坡向变率(图15)对比可见，有误差的图上会存在闭合的环状，而消去误差的图上这些环状也消失了。
图14 存在误差的坡向变率图15 没有误差的坡向变率
3、地形起伏度
地形起伏度是指在一个特定的区域内，最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。
它是描述一个区域地形的一个宏观性的指标。
从地形起伏度的定义可以看出，求地形起伏度的值，首先要求出一定范围内海拔高度的最大值和最小值，然后，对其求差值即可。
求一定范围内的最大值和最小值，可以通过用Spatial Analysis下使用栅格邻域计算工具Neighborhood Statistics，分别设置Statistic type为最大值和最小值，邻域的设置可以为圆，也可以为矩形，邻域的大小可根据自己的要求来确定。
地形起伏度的具体提取方法如下：
(1) 激活DEM数据，在Spatial Analysis下使用栅格邻域计算工具Neighborhood Statistics（图16）。
设置Statistic type为最大值，邻域的类型为矩形（也可以为圆），邻域的大小为11×11（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11×11的矩形的最大值层面，记为A；
图16 得到邻域为11×11的矩形的最大值层面
(2) 重复1、2，只是把Statistic type值设置为最小值，即可得到DEM数据的最小值层面，记为B，如图17所示；
图17 得到邻域为11×11的矩形的最小值层面
(3) 在Spatial Analysis下使用栅格计算器Calculator，公式为[A]-[B]，即可得到一个新层面，其每个栅格的值是以这个栅格为中心的确定邻域的地形起伏值。
提取的结果如图18。
图18 使用栅格计算器Calculator
图19 地形起伏度
4、地面粗糙度：
地面粗糙度是指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。
假如ABC是一个栅格单元的纵剖面，α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：Cosα=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 / Cosα地面粗糙度的提取步骤如下：
(1) 激活DEM主题，选择Spatial Analysis － Surface 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，如图20所示，公式为:
1 / Cos（[Slope of DEM]*3.14159/180）
即可得到地面粗糙度的层面，如图21。
图20 使用栅格计算器计算地面粗糙度
图21 表面粗糙度
注：在ArcGIS中，通过提取坡度得到的值是角度，而计算Cos默认的角度值是弧度值，所以在计算时必须把角度转为弧度。