9.6.1地形指标提取
数字地面模型地形指标和地形特征信息的提取
地理教学实验中心专业实训实习报告备注：根据实际要求可加附页。
电子文本与此等效。
1.坡度和坡向的提取1）坡向的提取：打开ArcGis里面的ArcToolbox，在工具箱中选择3D分析—栅格表面—双击坡向—输入栅格dem2-输出栅格aspect2图1.1.1图1.1.22）坡度的提取：同上打开坡度对话框输入栅格dem2—输出slope2图1.2.1图1.2.32.坡度变率的提取1）对生成的坡度再求坡度，打开坡度对话框—输入上一步生成的坡度slpoe2-输出sos2图2.1.1图2.1.23.坡向变率的提取1）先求反地形--Spatial Analyst工具—地图代数--栅格计算器—输入公式为2375-dem2输出fan-保存OK。
2）将反地形加载到窗口中求反地形的坡向，命名为aspect2 fan3）求原地形的坡向的坡度soa1，求反地形坡向的坡度命名为soa24）打开栅格计算器—输入公式为soa =soa （soa1+soa2-Abs（soa1-soa2））/2。
输出结果为soa即为坡向变率.4.地形起伏度的提取1）提取最大值：将dem2加载到ArcMap中，启动ArcToolbox—Spatial Analyst工具—邻域分析—焦点统计-输入dem2-输出max，采用矩形窗口大小为11*11，打开统计类型，选中最大值—OK，生成的新的dem与原始dem最小海拔不同，发生了变化，图4.1.12）最小值：邻域分析—矩形邻域大小为为11*11，选中最小值，点击确定生成最小值3）地图代数--栅格计算器—最大值dem- 最小值dem—选择存储位置，命名为地形起伏度—OK，地形起伏度提取完成。
5.地面粗糙度的提取1）求取坡度,启动栅格计算器最小值为1，最大值为2.4739图5.1.1 图5.1.2 图5.1.3图5.1.46.山脊线的提取，山谷线的提取1）求出dem2的反地形-栅格计算器—2375-dem2求出反地形为fan2，求出原始dem2坡向—aspect1-在求出坡向的坡度soa1如图，求出反地形的坡向asspect2—对反地形的坡向求坡度为soa2图6.1.1图6.1.2图6.1.3 图6.1.4图6.1.52）选择工具箱中的邻域分析—焦点统计求出dem2的均值，输入栅格dem2-输出mean邻域大小为11*11，再选择地图代数--栅格计算器，以均值为阈值求出以均值为界限的数据如图图6.2.1图6.2.2图6.2.3 3）求山脊线：利用栅格计算器求出比均值大的山脊线图6.3.14)在工具箱中打开重分类—输入shanji。
地形因子的提取与三维可视化
实验二地形因子的提取与三维可视化一、实验目的掌握三维分析中的表面分析（地形因子的提取及各种指标的量算）及在ArcScene 中进行数据的三维可视化。
二、实验准备PC、ArcGIS软件三、实验内容1、地形因子的提取：坡度、坡向、坡长、变坡率、地形粗糙度、起伏度、高程变异系数等。
2、表面积体积计算、断面分析、表面阴影显示；3、三维可视化及飞行漫游。
四、实验步骤地形因子的提取1.坡度（坡向）的提取在Spatial Analyst下拉菜单中选择表面分析, 在弹出的下一级菜单中点击坡度（坡向），出现坡度（坡向）对话框，完成坡度提取（坡向）坡度坡向2，计算坡度与坡向变率对坡度和坡向分别再求取坡度坡度变率坡向变率3，平面曲率、剖面曲率的提取平面曲率、剖面曲率的提取过程为：打开ArcGIS的Toolbox，在Spatial Analyst Tools底下选择表面分析,在表面分析的下一级菜单中选择曲率。
打开曲率对话框，完成平面及剖面曲率的提取平面曲率剖面曲率4，提取地形剖面1，在ArcMap中添加数据，然后在3D Analyst工具条上选择该数据。
2，使用线插值工具创建线，以确定剖面线的起终点。
3. 使用创建剖面图工具生成剖面图。
4，在生成的剖面图标题栏上点击右键，选择属性（Properties）项，进行布局调整与编辑。
5，提取表面阴影与DEM叠加显示6，三维阴影显示在ArcScene三维场景中，设置栅格表面自身的高程值为其基准高程后，在属性对话框的渲染选项卡中，选中相对于光照位置显示阴影复选框，使表面具有阴影显示。
同时可以使用光滑阴影工具使阴影表面更光滑7，使用动画旋转激活之后，可以使用场景漫游工具（Navigate）将场景左右拖动之后，即可开始进行旋转，旋转的速度决定于鼠标释放前的速度，在旋转的过程中也可以通过键盘的Page Up键和Page Down键进行调节速度。
点击场景即可停止其转动。
改变其背景色、照明度等属性，再次观察其显示效果。
地形数据采集方法与步骤
地形数据采集方法与步骤
地形数据采集方法分为遥感和实地采集两种方式。
1.遥感方法：
通过卫星、航空以及遥感仪器等手段获取地形数据。
遥感技术的特点是可以获取大范围、高分辨率的地形数据。
具体步骤如下：
（1）选择合适的卫星或航空平台，根据不同的目的选择分辨率和频段。
（2）利用遥感仪器获取卫星或航空平台传回的数据。
（3）对传回的数据进行预处理，包括辐射校正、大气校正、几何校正等。
（4）进行图像解译，提取地形信息。
（5）对提取的地形数据进行编辑、整理和存储。
2.实地采集方法：
通过人工测量、GPS测量等手段获取地形数据。
实地采集的特点是精度高，但覆盖面积较小。
具体步骤如下：
（1）确定测量目的和服务需求。
（2）选择测量仪器和测量设备，如电子经纬仪、全站仪、GPS等。
（3）进行现场实地测量，记录各种地形数据信息，如高程、坡度、坡向等。
（4）对测量数据进行处理，如数据平差、误差检查、高程插值等。
（5）对处理后的数据进行编辑、整理和存储。
地形图及等高线提取方法
地形图及等高线提取方法工程建设项目中，如建筑、交通、矿山、铁路、公路、隧道、水利、电力等工程在道路断面设计阶段中需要设计线路走向，根据等高线地形图中绘制道路的纵断面剖面线选线、选址；施工前期，根据等高线平整场地，计算挖、填土石方量等。
那么如何生成cad格式等高线？数据准备：5米高精度地形数据（DEM），如需获取全球高精度地形数据，戳下载工具软件：1.Global Mapper2.图新地球桌面端生成步骤方法一：图新地球生成等高线首先，我们使用图新地球桌面端软件，将地形数据加载到软件中如果你想直接在线实时浏览等高线的话，在测量分析菜单中直接开启等高线分析功能即可对于做工程设计的朋友来说需要将生成的等高线输出cad格式的地形图，然后在CAD中做地形设计分析使用，那么该怎么办？这里我们选择图新地球另一个功能提取等高线按操作提示导入高程数据生成测试一下生成出来是一个KML格式等高线，加载到图新地球中右击属性另存为或者导出为CAD，就可以将KML转成DXF格式等高线转换完成后，直接将数据加载到CAD软件中打开即可。
方法二：Global Mapper生成等高线1、加载DEM到Global Mapper2、裁剪DEM在生成等高线之前，一般先需要对DEM进行裁剪，以提取目标区域的DEM。
目标区域数据可以使用LSV进行绘制（同DEM获取方法章节介绍），再保存为KML后拖拽到GM内，也可以直接在GM内绘制目标区域。
本例在GM中进行绘制。
使用GM的绘制面工具，在地图上进行绘制，绘制完毕后右键结束绘制。
目标区创建完毕后，用数字化工具选择该面要素：图层控制中心，双击DEM图层，裁剪》以当前选中多边形裁剪：即可获得裁剪后的DEM：3、生成等高线菜单》分析》生成等高线(从高程地形数据)：配置等高线线距，本例以10m为线距：稍等片刻，等高线生成完成：放大查看：4、样式配置GM生成等高线后，默认的样式可能不够美观，如果想进行自由配色的话，可以在生成的等高线图层属性内进行设置。
测绘技术中的地形分析与地形参数提取技巧
测绘技术中的地形分析与地形参数提取技巧地形是地球表面的地理现象和地貌特征的总称，对于地貌研究和地理信息系统（GIS）应用而言，地形分析和地形参数提取是非常重要的工作。
地形分析和地形参数提取的目的是通过获取和分析地形数据，揭示地表特征的空间分布和关系，从而为土地利用规划、自然资源管理和工程设计等领域提供支持和决策依据。
本文将介绍几种常用的地形分析和地形参数提取技巧。
一、高程数据处理高程数据是地形分析和地形参数提取的基础，其精度和准确性对分析结果的影响很大。
常见的高程数据包括数字高程模型（DEM）、等高线数据和倾斜摄影。
DEM数据是地表高程信息在数字格式下的表示，可以通过测量、遥感和摄影测量等手段获取。
等高线数据是连接等高线上的等高点，表达地形起伏和坡度的变化。
倾斜摄影是利用航空或航天平台上的倾斜摄影机对地表进行拍摄，通过摄影测量技术得到的倾斜摄影图像。
在高程数据处理中，首先需要进行数据获取和预处理。
对于DEM数据，可以通过空间插值方法对不完整的数据进行填充，例如反距离加权插值法（IDW）和克里金插值法。
然后，对DEM数据进行平滑处理，去除由于设备精度和不规则观察点造成的随机误差。
最后，可以进行DEM数据的分类和分层处理，将地形元素划分为平原、山地、丘陵和河流等不同类型。
二、地形分析方法地形分析是指通过对高程数据的处理和分析，揭示地表特征的空间分布和关系。
常见的地形分析方法包括地形曲率分析、坡度分析、流域分析和坡面因子分析。
1.地形曲率分析是通过计算DEM数据的曲率，揭示地形的陡峭程度和起伏特征。
地形曲率分析可以分为主曲率分析和高斯曲率分析。
主曲率分析可以计算出DEM数据在任意点的最大曲率和最小曲率，从而判断地形的凸凹形状；高斯曲率分析可以计算出DEM数据的平均曲率，用于描述地表的平坦度和光滑度。
2.坡度分析是通过计算DEM数据的坡度，揭示地形的陡缓变化。
坡度分析可以帮助确定地形的坡度分布，评估地表的侵蚀状况和水文特性。
实习15 山脊线、山谷线和鞍部点的提取
实习目的
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； 深入认识山脊线、山谷线和鞍部点3个基本地形 特征；
实习工具
山脊线和山谷线提取
方法1 基于地形表面几何形态 近似为SOA>70与正地形 spatial analyst -Surface Analysis /3D analyst-Raster Surface[只有 相关地形因子提取，无栅格运算]
方法2 DEM水文分析
鞍部点态
SOA>70与正地形 SOA=(([SOA1]+[SOA2])-abs([SOA1]-[SOA2]))/2 C=[DEM]-[DEMmean] 山脊线 C>0 & SOA>70 山谷线 C<0 & SOA>70 鞍部点 Shanji×Shangu×(C>0),并转为矢量 × × 并转为矢量
实习15
山脊线、山谷线 和鞍部点的提取的提取
Data（下载完在 下载完在ArcCatalog中查看是否能打开 中查看是否能打开） 下载完在 中查看是否能打开 一、山脊线、山谷线提取 Ex9.5.2 Ex11.6.1 二、鞍部点的提取 Ex11.6.2 实习报告要求【公用其中的一个数据（数据说明）完成】 1 运用model表达整体的思路； 2 说明相关参数的意义； 3 并分析山脊线、山谷线、鞍部点的地形特点及其与等高线弯 曲方向的关系。
实习意义与实习方法
实习意义与实习方法
作为地形特征线的山脊线、山谷线对地形地貌具 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起伏变化的骨架结构。同时 由于山脊线具有分水性、山谷线具有合水性特征， 使它们在地形分析中具有特殊的意义。
测绘技术中的地形信息提取方法与技巧
测绘技术中的地形信息提取方法与技巧引言：测绘技术在地理信息系统（GIS）中起到了至关重要的作用。
其中，地形信息的提取是测绘技术的核心部分。
本文将探讨测绘技术中的地形信息提取方法与技巧。
一、数字高程模型（DEM）的应用数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地形信息提取的重要工具之一。
它可以将地理表达转化为数学模型，具有较高的精度和实用性。
1. DEM数据的采集采集DEM数据的方法主要包括激光雷达测量、航空摄影测量和卫星测绘等。
激光雷达测量是一种常用的高精度DEM采集方法，通过反射激光束的时间和强度来测量地物的高程信息。
航空摄影测量和卫星测绘则是利用航空器和卫星进行拍摄和采集地形信息。
2. DEM数据的处理与分析采集到的DEM数据需要进行处理和分析，以获取更加精确的地形信息。
常用的方法包括数据滤波、高程插值和领域分析等。
滤波是一种用于去除DEM数据中的噪声的方法，通过对数据进行平滑处理，使其更符合实际地形。
高程插值则是根据已知的地形点，通过数学方法估算未知位置的地形高程。
领域分析则是利用邻近点的高程信息，对目标点进行估算和插值。
二、遥感技术在地形信息提取中的应用遥感技术是测绘领域非常重要的工具之一，可以通过对卫星或航空器获取的图像进行分析，提取地形信息。
1. 遥感影像的获取与处理遥感影像的获取主要通过航空器或卫星进行拍摄，然后进行图像处理。
图像处理涉及到影像校正、辐射校正以及影像增强等技术，以获得更加准确和清晰的遥感影像。
2. 地形信息提取的方法利用遥感影像进行地形信息提取有许多方法。
常见的方法包括影像分类、目标识别和土地利用覆盖分析等。
影像分类是通过对遥感影像中的地物进行分类和识别，从而获取地形信息。
目标识别是利用遥感影像中的特征，对不同的地物进行识别和分析。
土地利用覆盖分析则是通过遥感影像来研究地表的土地利用情况，并提取地形信息。
三、地形信息提取中的精度控制与误差分析在进行地形信息提取时，精度控制和误差分析是非常重要的环节。
地形测绘技术中的地貌特征提取与分析方法
地形测绘技术中的地貌特征提取与分析方法引言地形测绘技术是通过测量和分析地球表面的形状和特征来获取地形信息的一项重要技术。
在地理信息系统、城市规划、环境保护等领域中，地形测绘技术的应用越来越广泛。
地貌特征的提取和分析是地形测绘中的关键步骤，通过这些方法，我们可以对地球表面的地貌特征进行深入研究并获取有价值的信息。
一、数字高程模型数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是地形测绘中常用的一种数据模型，它以矩阵形式表示地球表面的高程信息。
DEM可以通过多种方式获取，包括航空摄影测量、遥感影像解译、全球定位系统等。
在DEM中，每个格点都包含一个高程数值，通过对这些数据进行分析，可以提取地貌特征。
二、坡度和坡向分析坡度和坡向分析是地貌特征提取的常用方法，通过计算DEM中每个格点的坡度和坡向数值，可以揭示地表的起伏变化。
坡度指的是地面上某一点的斜率大小，通常以百分比或角度表示；坡向指的是地表某一点的指向，一般以方位角表示。
通过坡度和坡向的分析，我们可以获得地球表面的地势特征，比如山脉和河流的走向等。
三、山体阴影分析山体阴影分析是一种基于光照模型的地貌特征提取方法。
通过模拟太阳光照射地球表面，可以生成山体的阴影图像。
在阴影图像中，暗区代表山体的凹陷部分，亮区代表山体的凸起部分。
通过对山体阴影图像的分析，我们可以获得地貌特征中的山谷、山脊等信息。
四、地貌湿度指数地貌湿度指数是一种基于遥感数据的地貌特征提取方法。
通过分析植被覆盖的水汽蒸发和土壤含水量等因素，可以计算出不同地区的地貌湿度指数。
地貌湿度指数可以反映地表的湿润程度，对于研究地表的水域分布、植被类型等有重要意义。
通过地貌湿度指数的分析，可以了解地球表面的水文特征。
五、地貌类型分类地貌类型分类是一种将地球表面的地貌特征划分为不同类别的方法。
通过对DEM数据进行分类和聚类分析，可以将地表划分为山地、平原、台地等不同的地貌类型。
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地形指标提取
1.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，地形特征广泛应用于诸多研究领域和应用领域。
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数据完成的。
2.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。
3.要求：
利用所提供的DEM数据，提取该区域坡度变率、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。
4.实验步骤:
（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则，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。
坡度是地面高程的变化率的求解，因此，坡度变率表征了地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的反映剖面曲率信息，其提取方法如下：
1）选中DEM图层数据，选择表面分析中的坡度工具，提取坡度，得到坡度数据层，命名为Slope
2）选中坡度数据层Slope，对其再用上述的方法提取坡度，得到坡度变率数据，命名为SOS
坡度变率
（2）坡向变率
地面坡向变率，是指在提取坡向基础上，提取坡向的变化率，亦即坡向之坡度（SOA），它可以很好的反应等高线弯曲程度。
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的最大变化情况。
需要注意：SOA在提取过程中在背面坡将会有误差产生。
北面坡
坡向值范围为0~90度和270~360度，在正北方向附近，如15度和345度两个坡向之间坡向差只是30度，而计算结果却是330度。
所以要将北坡地区的坡向变率误差进行纠正，具体方法如下：
1）求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H，通过SpatialAnalyst下的栅格计算器Raster Calculator公式为H=0-DEM，得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据。
反DEM
2）基于反地形DEM数据求算坡向值。
3）利用SOA方法求算反地形的坡向变率，即为SOA2，由原始DEM数据求算出的坡向变率值为SOA1。
4）在SpatialAnalyst下使用栅格计算器RasterCalculator，公式为
坡向变率
（3）地形起伏度
地形起伏度是指特定地区域内，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特征的宏观性指标。
地形起伏度的计算，可先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。
可以使用SpatialAnalyst中的栅格邻域计算工具NeihborhoodStatistics求得最大值和最小值，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。
地形起伏的提取方法如下：
1）选中DEM数据，在SpatialAanlyst下使用栅格领域工具NeighborhoodStatistics。
设置Statistictype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,，则可得到一个邻域为11*11的矩形的最大值层面，记为A。
焦点统计
图A
2）重复第一步，只是把StatisticType值设置为最小值，即可得到DEM数据的最小值层面，记为
B
焦点统计
3）
图B
4）在SpatialAnalyst下使用栅格计算器Raster Calculator，公式为A-B。
即可得到一个新的层面，其每个栅格的值是以这个栅格为中心确定邻域的地形起伏度。
提取结果如图。
栅格公式计算
地形起伏度
（4）地面粗糙度
地面粗糙度是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。
地面粗糙度的提取步骤如下：
1）点击DEM数据层，选择表面分析中的坡度（slope）工具，提取得到坡度数据层，命名为Slope。
Slope数据层
2）点击Slope数据层，在SpatialAnalyst下使用栅格计算器RasterCalculator公式:
1/cos(slope*3.14159/180),即可得到地面粗糙度数据层。
栅格公式计算
地面粗糙度
需要注意的是，在ArcGIS中，Cos使用弧度值作为角度单位，而利用表面分析工具提取得到的坡度是角度值，所以在计算时必须把角度转换为弧度。
此外，地形指标还包括一些常用的水文因子，如坡长、沟壑密度等，该因子的提取一般通
过水文方法实现。