实验四 GIS 数字地形分析
第9章-数字地形模型与地形分析-第一讲
▪ DEM数据的高程分层设色显示 ▪ DEM数据与影像数据联结三维场景显示 ▪ 三维静态场景的输出功能 ▪ 三维动态飞行场景的录制与播放功能 ▪ 简单DEM模型分析功能
GIS 电子沙盘 ——高程分层设色
GIS DEM应用举例 ——城市景观
城市景观系统通过运用数字技术构造出某一区域的 虚拟场景来辅助人们进行观测, 是一个可视现实和虚拟 现实集成的系统。
垂直线 典型线
山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线
GIS 3.DEM的表示法
数学方法 整体拟合方法, 即根据区域所有的高程点
数据, 用傅立叶级数和高次多项式拟合统 一的地面高程曲面 局部拟合方法, 将地表复杂表面分成正方 形规则区域或面积大致相等的不规则区 域进行分块搜索, 根据有限个点进行拟合 形成高程曲面
➢DEM的表示方法
➢一个地区的地表 高程的变化可以
采用多种方法表
达
DEM 表示方法
➢用数学定义的表 面或点、线、影 像都可用来表示 DEM
数学方法 图形法
整体 局部 点数据
线数据
傅立叶级数 高次多项式
规则数学分块
不规则数学分块
密度一致
规则
密度不一致
不规则 典型特征 水平线
三角网 邻近网 山峰、洼坑
隘口、边界
点信息
ID
边1 边2 边3
1
E1
E3
E9
2
E2
E3
E4 面
3
E4
E5
E6
信 息
4
E6
E7
E8
5
E7
E9
E10
ID
起点
终点
左多 边形
右多 边形
GIS实验报告：生态敏感性综合评价
《建筑与规划数字技术(2)》课程实验综合实验报告专业名称：城乡规划课程名称：建筑与规划数字技术(2)开课学院：重庆大学建筑城规学院实验室：建筑城规学院计算机实验室学生姓名：王迪沈恩穗指导教师：实验时间：重庆大学建筑城规学院课程名称建筑与规划数字技术(2) 实验项目名称生态敏感性综合评价实验项目类型验证演示综合设计其他指导教师韩贵锋成绩√教师评语教师签名：年月日一、实验目的以重庆某县为例，在对生态敏感性分析的基础上，进行县域的空间管制分区。
通过练习，掌握以下几个方面的基本原理并熟练在ArcGIS环境下的实现矢量和栅格的坐标转换，基于DEM的坡度和地形起伏度的计算，栅格数据的重分类，带权重的空间叠加方法。
二、实验内容县域生态敏感性评价时需要考虑多个要素。
首先，单要素出发，依据对建设的适应性或者对生态环境的保护的重要性出发，进行单要素评估区划。
其次，根据重要性权重进行空间叠加，再对综合评价结果进行分区，结合总规编制的要求，提出管制分区及管制措施。
结合地形和行政区划图对综合叠加结果进行说明，重点说明敏感区评价与空间管制的关系，以及评价结果如何引用到县域城乡规划之中。
结合评价结果说明县域未来发展的方向。
三、实验方法：(使用方法及操作步骤)单因素评价-------确定权重--------综合叠加1.导入文件shp，找到地形的经纬度，在网站上找到四张dem图片，导入。
2.使用mosaic to new raster工具,把四张dem图拼贴在一起。
点击生成的图层，右键data, export data。
3.使用project 工具转化平面坐标系，分辨率默认30米。
4.在工具箱里搜索。
Mask，使用extract mask,第一个下拉菜单加入生成的图层，第二个下拉菜单选择shp，保存输出。
5.使用Special analyst工具，在里面选择surface analysis, slope生成坡度图。
6.打开新生成的坡度图的属性表，点击classify,reclassify,将数据分成四个级别。
GIS实验报告总结
gis导论实验报告（实验总结）年级：2013级实验一实验一，我感觉还不能很熟练的应用mapinfo的功能以及菜单栏、工具栏中各个图标的功能,所以当我开始做实验一时碰到的问题还是不少的，首先是对mapinfo软件的相关操作功能不太了解，比如加载数据的图标，如何使打开的图变大缩小，如何浏览做完后的实验成果图，以及在实验过程中，哪些步骤是不能省略掉的，比如使用控制图层在缩放范围内显示的这个小实验，就要注意打开几个图层的界面看起来非常复杂，通过图层控制来操作，可以使图层在缩放范围内显示，这就需要在图层控制的对话框中哪些框框该打钩，哪些不该打钩，这样所显示的效果就会不一样。
只有熟练掌握了mapinfo的基本操作，以及步骤间的衔接才能完成实验。
最后还是自己耐心的看书和实践中去找答案和解决问题。
在这个实验中我学会了如何mapinfo软件的基本操作和怎么样制作地图图层以及如何使用模板创建专题地图。
在制作这个实验的过程中体会了很多，也感觉在做专题地图和地图制作时的整个过程充满着趣味性，使我对地图的相关制作有了一定的了解。
实验二实验二，因为已经对mapinfo软件操作功能有了一个初步的了解了，所以当在开始着手制作实验二是实验相关操作步骤时，在对fuzhou.jpg图像进行屏幕跟踪化过程时和后面进行的图像加载和配准时碰到的问题也相对较少也比较熟练。
从实验二开始要用arcview 软件时由于刚接触这个软件所以在做这部分的实验时制作速度显然比较慢碰到的问题也还有的，面对许多功能按钮不熟悉时只能查找资料和问同学，但最终还是把实验二给做了，以下是我总结的注意点。
1. 做屏幕跟踪这个实验时，在mapinfo中打开图像文件时，注意选择文件类型是栅格图像，然后点击一下所要打开的福州市行政图，这样呈现出所要的画面。
2. 编辑控制点的时候，至少选择三个点且三个点不要都在一条直线上，那样配准不成功。
3. 选择合适的绘图工具，注意选中的是面状的绘图工具，选择线状的话跟踪完后不会出现实验所需的效果。
GIS原理——数字地形模型(DTM)与地形分析
是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，一般定义为地表单元 的曲面面积与其水平面上的投影面积之比。
Grid DEM上制作坡度、坡向图
（二）等高线的绘制
在格网DEM上自动绘制等高线主要包括两个步骤： 1、等高线追踪，利用DEM矩形格网点的高程内插出格网边上的等 高线点，并将这些等高线点排序； 2、等高线光滑，进一步加密等高线点并绘制光滑曲线。
此外，从DEM还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、 等坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色 图等。
二、DEM建立
1、数据获取与处理 1）数据采集
选点采集 沿断面采集
2) 数据处理
2、DEM 生成
1）人工网格法
在地形图上蒙上格网，逐 格读取中心点或交点的高程 值。
2）三角网法
对有限个离散点，每三个邻近点 联结成三角形，每个三角形代表一个 局部平面，再根据每个平面方程，可 计算各格网点高程，生成DEM。
2、D3E）M曲生面成拟合法
根据有限个离散点的高程，采用多项式或样条函数求 得拟合公式，再逐个计算各点的高程，得到拟合的DEM。 可反映总的地势，但局部误差较大。
DTM：当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地 面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等 其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM（Digital Terrain Models）。
一、DEM 概述
2、表示法
1） 等高线法
等高线通常被存储成一个有序的坐标点 序列，可以认为是一条带有高程值属性的简 单多边形或多边形弧段。由于等高线模型只 是表达了区域的部分高程值，往往需要一种 插值方法来计算落在等高线以外的其他点的 高程。
《GIS软件应用》课程标准
《GIS软件应用》课程标准一、课程定位通过本课程的学习，使学生更好地认识GIS，并熟练掌握GIS软件的使用，加深对地理信息的认识和空间数据的可视化表达方法，并了解各种软件的空间数据转换关系，了解空间数据的采集、编辑和空间数据的分层处理方法、空间数据的分析功能等。
二、课程目标通过《GIS软件应用》课程的学习，使学生具备地理信息数据采集、储存、处理、分析、地图制作所必需的专业知识和技能，培养勤于思考的工作习惯、严谨的工作作风以及团队协作精神等基本素质，并在教学中通过专题交流和知识拓展训练，逐步培养可持续发展能力。
具体的课程教学目标分解如下：1.知识目标（1）掌握GIS的基本原理；（2）了解ArcGis产品体系及结构；（3）掌握空间数据的管理与编辑方法（4）掌握对空间数据可视化处理的方法（5）掌握空间数据的编辑方法（6）掌握空间数据的转换方法（7）掌握空间数据的基本处理（8）掌握软件的空间分析方法；2.能力目标（1）会安装GIS软件；（2）具备GIS数据库建立与维护能力（3）利用GIS空间分析工具解决实际问题的能力（4）能够自主收集、查阅专业技术资料（5）会进行CAD和GIS软件之间数据格式的转换；（6）会对矢量地图和栅格地图进行几何纠正和投影变换；（7）会对空间数据进行插值处理；（8）利用GIS软件制作地图符号库的能力；3.素质目标（1）具备实践动手能力；（2）具备利用网络、文献等获取信息（行业规范）能力；（3）具备良好的人际沟通和团队协作能力；（4）具备勤于思考、做事认真的良好作风；（5）具备良好的职业素养（职业道德、习惯、素质）和质量服务意识；（6）具有能够吃苦耐劳精神并服从管理；（7）具有主动学习能力，分析问题解决问题能力。
三、课程设计1.设计思想高职学生应当具有扎实的实践操作能力。
因而本课程在教学设计时，注重动手能力的培养，因此要求课程可操作性和实践性强。
当今市场上GIS软件体系中，以ArcGis软件最为成熟和流行。
GIS实验报告
GIS实验报告一、实验目的本次 GIS 实验旨在深入了解地理信息系统（GIS）的基本原理和操作方法，通过实际操作和数据分析，掌握 GIS 在地理数据处理、空间分析和地图制作等方面的应用，提高对地理空间信息的理解和处理能力。
二、实验环境本次实验使用的软件为 ArcGIS 106，操作系统为 Windows 10。
实验数据包括地形数据、土地利用数据、道路数据等。
三、实验内容1、数据导入与预处理首先，将实验所需的各类数据导入 ArcGIS 中。
在导入过程中，需要注意数据格式的兼容性，并对数据进行必要的预处理，如坐标系的定义、数据的裁剪和拼接等。
通过这些操作，确保数据的准确性和完整性，为后续的分析和处理奠定基础。
2、空间数据编辑在 ArcGIS 中，使用编辑工具对空间数据进行修改和完善。
例如，对道路数据进行线段的添加、删除和修改，以使其更符合实际情况。
同时，对土地利用数据中的错误分类进行纠正，保证数据的质量。
3、空间分析运用 ArcGIS 的空间分析功能，进行缓冲区分析、叠加分析和网络分析等。
（1）缓冲区分析：以道路中心线为基础，创建一定宽度的缓冲区，用于评估道路对周边环境的影响范围。
（2）叠加分析：将土地利用数据与地形数据进行叠加，分析不同地形条件下的土地利用类型分布情况。
（3）网络分析：通过构建道路网络模型，计算最短路径、服务范围等，为交通规划和资源配送提供决策支持。
4、地图制作与输出根据分析结果，制作专题地图。
在地图制作过程中，合理选择地图符号、颜色和标注，以清晰直观地展示地理信息。
同时，添加图例、比例尺和指北针等地图要素，增强地图的可读性。
最后，将制作好的地图以多种格式输出，如图片格式（JPEG、PNG 等）和 PDF 格式，以便于分享和使用。
四、实验结果1、数据预处理后，各类数据的坐标系统一，数据完整性得到保障，为后续分析提供了可靠的数据基础。
2、空间数据编辑使得道路和土地利用数据更加准确和合理，提高了数据的质量。
GIS在地形分析中的应用
GIS在地形分析中的应用摘要地形要素是城市规划的重要因素，地形分析是对地形认识的一种重要手段，随着技术的不断发展，地形分析的手段和方法都发生了巨大变化。
本文简要介绍了GIS技术和地形分析的相关概念，着重论述了利用GIS进行地形分析的具体方法，为今后利用GIS技术进行地形分析提供参考。
关键词GIS技术；地形分析；地形要素1 GIS技术地理信息系统（Geographic Information System，GlS）是一门集计算机科学、信息学、地理学等多門学科为一体的学科，它是在计算机软件和硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。
在某种程度上可以说，地理信息系统能处理所有的地理信息。
其功能模块包括：空间分析、空间查询、桌面制图系统等。
其中空间分析是GlS的核心部分之一，是地理信息系统区别于一般信息系统的标志，也是评价一个地理信息系统功能强弱的主要指标之一。
因此，要充分发挥GIS的潜力，在很大程度上依赖于更加强大的空间分析功能。
GIS中基本的空间分析功能有以下三种：（1）矢量空间数据与属性数据的一体化分析。
如：拓扑分析、方位分析、度量分析、网络分析、缓冲区分析等；（2）栅格数据分析。
如：布尔逻辑运算、叠置分析、分类与滤波等；（3）地形分析。
如：基于DEM或基于TNI的坡度/坡向计算、剖面分析、通视分析、特征提取等。
地理信息系统不断发展，许多技术正处于急剧变化之中，地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感系统（RS）三者相结合的3S集成系统、万维网地理信息系统、三维地理信息系统等应运而生，新系统的产生使GIS的功能更强，发展前景更广阔[1]。
2 地形分析2.1 地形与数字地形模型地形，是指地势高低起伏的变化，即地表的形态。
按照地壳表面水平和垂直方向的空间位置的不同，一般分为：高原、山地、平原、丘陵和盆地五大基本地形。
GIS矢量数据分析与栅格数据分析实验
GIS矢量数据分析与栅格数据分析实验在当今数字化和信息化的时代，地理信息系统（GIS）已成为处理和分析地理数据的重要工具。
GIS 中的数据主要分为矢量数据和栅格数据两种类型，对这两种数据的分析是 GIS 应用的核心内容。
为了更深入地理解和掌握 GIS 矢量数据和栅格数据的分析方法，我们进行了一系列实验。
首先，让我们来了解一下什么是矢量数据和栅格数据。
矢量数据是通过点、线、面等几何图形来表示地理实体的位置和形状，具有精度高、数据量小、便于编辑和分析等优点。
比如，道路、河流、行政区划等都可以用矢量数据来表示。
而栅格数据则是将地理空间划分成规则的网格单元，每个单元赋予一个值来表示相应的地理属性，常见的如卫星影像、数字高程模型等。
在实验中，我们首先获取了一组矢量数据和栅格数据。
对于矢量数据，我们拿到的是一个城市的道路网络和建筑物分布数据。
通过 GIS软件，我们可以清晰地看到道路的线条和建筑物的多边形轮廓。
而栅格数据则是该城市的卫星影像图，不同的颜色和灰度值代表了不同的地表覆盖类型。
接下来，我们开始进行矢量数据分析。
其中一个重要的操作是缓冲区分析。
比如，我们以城市的主要道路为对象，设定一定的缓冲距离，从而得到道路两侧一定范围内的区域。
这对于规划城市的商业区、绿化带等具有重要的参考意义。
另外，叠加分析也是矢量数据分析中常用的方法。
我们将建筑物分布数据与土地利用数据进行叠加，就可以了解哪些建筑物位于哪种土地利用类型上，有助于城市土地的合理规划和利用。
在栅格数据分析方面，我们首先进行了重分类操作。
根据卫星影像图中像素值的范围，将其重新划分为不同的类别，比如将植被覆盖区域、水体、建设用地等区分开来。
然后，我们进行了地形分析，通过数字高程模型计算出坡度、坡向等地形参数。
这对于农业规划、水利工程建设等有着重要的指导作用。
在实验过程中，我们也遇到了一些问题和挑战。
比如，矢量数据和栅格数据的精度不一致可能会导致分析结果的误差。
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合肥工业大学
资源与环境工程学院
《地理信息系统概论》实验报告
实验四
姓名：谭远富
学号：
专业 : 地信09-2班
任课教师 : 赵萍
数字地形分析
一、实验目的
1. 理解DEM和TIN结构，掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法
2. 掌握利用ArcGIS进行数字地形分析的方法及应用能力
二、实验材料
软件：ArcGIS Desktop ---ArcMap（3D分析模块），实验数据：文件夹ex4
三、实验内容及步骤
第1步TIN及DEM 生成
在ArcMap中新建一个地图文档，添加矢量数据：Elevpt_Clip、Elev_Clip、Boundary、Erhai
激活“3D Analyst”扩展模块，在工具栏空白区域点右键打开“3D Analyst”
工具
执行工具栏[3D Analyst]中的菜单命令[创建/修改TIN]>>[从要素生成TIN] ；
在对话框[从要素生成TIN中]中定义每个图层的数据使用方式：
在[从要素生成TIN中]对话框中，在需要参与构造TIN的图层名称前的检查框上打上勾，指定每个图层中的一个字段作为高度源（Height Source），设定三角网特征输
入（Input as）方式。
可以选定某一个值的字段作为属性信息（可以为None）。
在这里指定图层“Erhai”的参数“三角网作为”指定为“硬替换”，其它图层参数使用默认值即可。
生成新的图层tin，在“内容列表”中关闭除“TIN”和“Erhai”之外的其它图层的显示，设置TIN的图层（符号）得到如下的效果。
打开Arctoolbox执行[3D Analyst]中的命令[TIN转栅格]，指定相关参数：属性：“高程”，像素大小：50，输出栅格的位置和名称：“TinGrid”
确定后得到DEM数据“TinGrid”，其中，每个栅格单元表示50m×50m的区域。
第2步TIN的显示及应用
关闭除“TIN”之外的所有图层的显示，编辑图层“tin”的属性，在图层属性对话框中，点击“符号”选项页，将“边界类型”和“高程”前面检查框中的勾去掉，点击“添加”按钮。
在“添加渲染器”对话框中，将“具有相同符号的边”和“具有相同符号的节点”这两项添加到TIN的显示列表中。
将TIN图层局部放大，认真理解TIN的存储模式及显示方式。
第3步TIN转换为坡度多边形
参考上一步操作，将“具有分级色带的表面坡度”和“具有分级色带的表面坡向”这两项添加到TIN的显示列表中
打开tin的属性对话框，选中坡度，点击[分类] 按钮，在下面的对框中，将“类”
指定为 5，然后在“间隔值”列表中输入间隔值：“ 8, 15，25, 35, 90”，如下图所示：
图层“tin”进行坡度渲染渲染的效果如下图所示：
执行[3D Analyst]工具栏中的命令[TIN转换为要素]，如图所示：
查看矢量图层：中要素属性表，如图所示：
第4步TIN 转换为坡向多边形
参照以上步骤，得到坡向多边形图层，其属性AspectCode的数值（-1,1,2,3,4,5,6,7,8,9）分别表示当前图斑的坡向(平坦、北、东北、东、东南、南、西南、西、西北、北)，其中1,9 是相同的可以合并为1。
第5步由DEM提取坡度：
加载中前面得到的DEM数据：tingrid 。
打开“3DAnalyst”工具栏，执行[坡度]命令，参照下图所示，指定各参数，点击“确定”后得到坡度栅格Slope_tingri1，其栅格单元的值在0~90度间
变化。
第6步由DEM提取坡向：
关闭“Slope_tingri1”的显示，执行菜单命令：[3DAnalyst]>>[坡向]，按下图所示，指定各参数，得到坡向栅格“Aspect_tingr1”。
第7步提取等高线
加载DEM数据“tingrid”，打开Arctoolbox，执行命令：[3D Analyst工具]>>[栅格表面]>>[等值线]，按下图所示指定各参数，生成等高线图层：“Contour_tingrid1”。
第8步计算地形表面的阴影图
在上一步基础上进行，打开“3D Analyst工具”，执行[山体阴影]命令，按下图
所示指定各参数，生成地表阴影栅格“ HillSha_ting1”
第9步DEM渲染
关闭除“tingrid”和“HillSha_ting1”以外所有图层的显示，并将“tingrid”置于“HillSha_ting1”之上，右键点击“tingrid”，在出现的右键菜单中执行“属性”，在“图层属性”对话框中，参照下图所示设置“符号”
选项页中颜色。
打开工具栏“显示”，设置栅格图层“tingrid”的透明度为：40%左右，得到如下图所示效果。
第10步可视性分析
1.通视性分析
在上一步的基础上进行，打开“3D Analyst”工具栏，从工具栏选择“通视分析工具”。
在出现的“通视分析”对话框中输入“观察点偏移量”和“目标偏移”，即距地面的距离，如图：
在地图显示区中从某点A沿不同方向绘制多条直线，可以得到观察点A到不同目标点的通视性：绿色线段表示可视的部分，红色线段表示不可见部分。
2.可视区分析：移动发射基站信号覆盖分析
在上一步基础上进行，在内容列表区中关闭除“tingrid”之外的所有图层，加载移动基站数据矢量图层“移动基站.shp”
在“3D Analyst”工具栏中，执行[视域]命令，按下图所示指定各参数，生成可视区栅格“Viewshe_ting1移动基站”，其中绿色表示现有发射基站信号已覆盖的区域，淡红色表示无法接收到手机信号的区域
第11步绘制地形剖面
在上一步基础上进行，打开“3D Analyst”工具栏，点击“线插值”工具，跟踪一条线段，这条线段可以从DEM“TINGRID”中得到高程值，点击“创建剖面图”按钮，得到上一步所生成的3D线段的剖面图：
四、实验心得
通过这次试验逐步理解DEM和TIN结构，掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法；掌握利用ArcGIS进行数字地形分析的方法及应用能力，同时还掌握了 TIN向多边形转换，以及提取坡度，坡向，可视性分析，绘制地形剖面等方法。