DEM 地形 ArcGIS 制图
利用ArcGis生成DEM并制作坡度图的方法
利用ArcGis生成DEM并制作坡度图的方法作者：刘欣刘梦段婷婷来源：《中国科技博览》2015年第03期[摘要]介绍了如何利用ArcGis建立数字高程模型的作业过程，探讨了坡度分级图的意义及制作坡度分级图的制作流程。
[关键词]ArcGis；DEM；坡度分级图中图分类号：E994 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0042-01坡度作为重要的地形定量指标，是土地利用分析的主要技术指标，更是实施耕地保护、退耕还林的重要依据。
在以往的工作中，采用人工量取的方式逐个图斑获取坡度信息，再对坡度、坡向进行统计和分析。
采用这种方法获取坡度数据耗时长、工作量大、精度低，数据的准确性也得不到保证；用人工计算的方法对坡度、坡向进行统计和分析精度低、效率低。
因此，地图的数字化产品和建立DEM数字高程模型进行坡度、坡向分析方法逐步得到开发应用。
DEM（DigitalElevationModel），即数字高程模型，是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和高程属性特征的数字描述。
DEM的制作是通过对等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。
在地理信息系统中，地形要素可以由DEM直接或间接导出，如坡度、坡向等等，因此，DEM是一种重要的数据组织形式。
目前，国内外最常用的DEM制作方法有：①由全野外测量数据构建。
这种方法虽然精度非常高，但耗时长，成本很高，更新困难，应用范围也比较小；②将现有地形图数字化，生成数字格网模型。
这种方法成本低、耗时短、更新周期短，应用范围广，但精度较低；③摄影测量和遥感的方法。
即利用两相邻像对，在全自动摄影测量系统的支持下，通过输入地面控制点、相对定向和绝对定向以及影像自动相关匹配，生成DEM数据。
本文讨论的是第二种方法。
虽然精度不如另外两种方法，但在有数据支持的情况下，综合考虑成本、周期，在实际工作中是最常用的一种方法。
ArcGIS之数字高程模型(DEM)分析
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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：
2 高程内插（栅格插值）
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样条函数法和趋势面法插值分别使用多项式法和最小二乘法将最佳拟合表 面插值为采样点。样条函数插值法将通过用于最小化锐弯的点来拟合数学 表面；此方法适用于平滑变化的表面（例如，地下水位高度）。
从概念上讲，采样点拉伸到它们数量上的高度。样条函数折弯一个橡皮页， 该橡皮页在最小化表面总曲率的同时穿过这些输入点。在穿过采样点时， 它将一个数学函数与指定数量的最近输入点进行拟合。此方法最适合生成 平缓变化的表面，例如高程、地下水位高度或污染程度
介绍DEM数据的来源与下载，介绍网上常用两种格式的区别，以及分享几个DEM数据 的下载网站。最后通过实际操作演示如何在地理空间数据云上下载DEM数据及遥感影像。
介绍几种常用使用插值算法，反距离权重插值（IDW），自然领域法插值，样条函数插 值、克里金插值，介绍理论以及实际操作，并对各种模型的实际适用条件及用途做说明。 比较在特定案例中，通过较为简单的方式检验模型插值结果的精度。 TIN介绍，通过点、线、面的结合来创建TIN（一步建TIN），介绍创建TIN时的软硬隔 断线，介绍创建TIN时多边形的四个参数剪切、擦除、替换、值填充的应用及实现效果。 介绍等高线创建的几种不同方法，以及如何使用ArcGIS只能标注实现等高线注记，以及 怎么控制等高线质量，平滑等高线等。 介绍DEM、TIN、等高线之间两两转换，6个工具分别对应，一步到位，无须间接步骤。 介绍DEM可视化的维度，以及一维可视化中如何提取地形断面（剖面图）。 介绍DEM二维可视化中分层设色、明暗等高线、山体阴影晕渲地貌的制作，通过不同方 法来展示。综合应用：将DEM晕渲地貌与扫描图进行叠加成图。 介绍等高线三维展示、DEM三维展示、要素拉伸突出显示。以及多例地形景观图的制作。 通过介绍场景图片抓取以及时时记录飞行路径来生成场景漫游动画，导出视频
浅较基于ArcGIS的两种DEM生成方法
浅较基于ArcGIS的两种DEM生成方法数字高程模型（DEM）是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而是通过储存在磁性介质上的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。
DEM以数字的形式按一定的组织结构组织在一起，表示实体地形特征空间分布的模型，是地形形状大小起伏的数字描述。
由于生成DEM的数据获取方式不同、生成算法各异等原因，DEM的生成方法很多，最常用的生成方法就是对现有地形图进行数字化，以获取原数据，并用于构建不规则三角网从而建立DEM或直接通过内插的方法建立DEM。
本文将对这两种生成DEM的方法进行实验，依据高程吻合度等质量评价标准对这两种方法生成的DEM进行对比。
1 实验数据和研究方案根据数字化地形图数据分别以构TIN法和TOPO法生成DEM，并对其比较，找出其区别和优缺点。
其中通过构建不规则三角网生成DEM时对分别以无骨架点数据构TIN和增加骨架点数据构TIN两种方法生成的DEM进行对比，找到更高质量的构TIN方案；在TOPO法建立DEM中，通过对DEM生成参数的设置，建立更佳的DEM，对构TIN法生成的DEM与TOPO法建立的最佳DEM进行对比。
2 DEM建立方法2.1 构TIN法（以Delaunay三角网为例）不规则三角网表示数字高程模型既能减少规则格网方法带来的数据冗余，同时在计算效率方面优于纯粹基于等高线的方法。
单纯以等高线构建DEM会出现平顶，沟谷、山脊不明显等缺点，不能够很好地表现微地形特征。
为了克服这些缺点，需在等高线数据基础上增加骨架点数据来弥补。
骨架点就是分布于整个图内，弥补等高线不能反映出的具体特征地形的一系列特征点。
与没有骨架点的DEM晕渲图相比，平顶、沟谷、山脊不明显等缺点，已经较好地得到了改善。
包含骨架点数据生成的DEM比不包含骨架点数据生成的DEM在山顶、沟谷、山脊等方面优秀，包含骨架点生成TIN得到DEM的相同抽取点高程误差的均方差小于不包含骨架点生成TIN得到的DEM的抽取点高程误差的均方差。
ArcGIS地形分析--TIN及DEM的生成,TIN的显示练习数据
DEM的应用包括：坡度：Slope、坡向：Aspect、提取等高线、算地形表面的阴影图、可视性分析、地形剖面、水文分析等，其中涉及的知识点有：a)对TIN建立过程的原理、方法的认识；b)掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法。
（对于这两步的教程本人之前有做过，下面教程不会再重复）c)掌握根据DEM 计算坡度、坡向的方法。
d)理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。
e)利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。
下面开始教程：工具/原料∙软件准备：ArcGIS Desktop 10.0---ArcMap(3D Analyst模块和spatial analyst模块)∙数据：DEM和TIN（使用由本人前面的教程【ArcGIS地形分析--TIN及DEM的生成，TIN的显示】得到的结果数据。
∙原始数据下载：/s/1GGzT2方法/步骤1. 1建议先看【ArcGIS地形分析--TIN及DEM的生成，TIN的显示】经验教程，因为本经验教程的数据使用的是此经验的最后结果数据！（数据会提高下载，另外本人使用的版本是10.1英文版，不过教程步骤为中文的，本人翻译过来，方便大家！有些地方和9.3差别很大，和10.0差别不大）ENDDEM应用之坡度：Slope1. 1首先，(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：TINGrid(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：2. 2执行后，得到坡度栅格Slope_tingri1：坡度栅格中，栅格单元的值在[0 -82] 度间变化3. 3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：8，15，25，35，90。
基于ArcGIS和DLG地形图的DEM生产
１７３基于ＡｒｃＧＩＳ和ＤＬＧ地形图的ＤＥＭ生产文⊙ 宋志勇 全晓萍（西北电力设计院 西安）摘要：ＤＥＭ作为４Ｄ基础测绘产品中最重要的一种，在实际生产中应用十分广泛，本文在阐述ＤＥＭ产生的背景基础之上，详细介绍了ＤＥＭ的四种获取方式，同时描述了ＤＥＭ的两种组织形式，最后以ＡｒｃＧＩＳ和ＤＬＧ地形图为基础，对研究区的ＤＥＭ进行了实现。
关键词：ＡｒｃＧＩＳ；ＤＬＧ；ＤＥＭ；数字高程模型一、前言数字高程模型（ＤＥＭ）作为４Ｄ（ＤＥＭ、ＤＬＧ、ＤＯＭ、ＤＲＧ）产品中的一种，它的应用非常广泛，具体在测绘领域中可用于绘制等高线、坡度、坡向图，制作正射影像图、立体景观图。
在各种工程中可用于体积、面积的计算以及线路的设计，也可用于土地利用分析等，因而其应用十分广泛。
二、ＡｒｃＧＩＳ介绍ＡｒｃＧＩＳ是美国ＥＳＲＩ公司在全面整合了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推出的一个统一的地理信息系统平台，所有的ＡｒｃＧＩＳ桌面软件都由一组相同的应用环境构成：ＡｒｃＭａｐ， ＡｒｃＣａｔａｌｏｇ和ＡｒｃＴｏｏｌＢｏｘ。
通过这三个应用环境的协调工作用户可以完成任何从简单到复杂的ＧＩＳ工作，包括制图、数据管理、地理分析和空间处理，同时还包括与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ地图和服务的整合、地理编码、高级数据编辑、高质量的制图、动态投影、元数据管理、基于向导的截面及对近４０种数据格式的直接支持。
ＡｒｃＧＩＳ桌面是指ＡｒｃＶｉｅｗ，ＡｒｃＥｄｉｔｏｒ和ＡｒｃＩｎｆｏ，他们分享通用的结构、通用的代码基础、通用的扩展模块和统一的开发环境。
从ＡｒｃＶｉｅｗ、ＡｒｃＥｄｉｔｏｒ到Ａｒｃｌｎｆｏ，其功能由简到繁。
ＡｒｃＩｎｆｏ除了包括ＡｒｃＶｉｅｗ和ＡｒｃＥｄｉｔｏｒ的所有功能外，还增加了高级的空间处理能力，ＡｒｃＩｎｆｏ是一个完全的ＧＩＳ数据建立、更新、查询、制图和分析系统。
本文正是基于ＡｒｃＧＩＳ的空间分析模块利用ＤＬＧ地形图数据生产ＤＥＭ。
在ArcGIS中如何生成DEM
可以使用工具 3D Analyst——create TIN——create TIN form features 生成栅格图，再用 3D Analyst——convert——TIN to raster 转换一下生成GRID按照你的方法，我可以生成tin，然后转换成栅格，attitude字段我选了elevation，生成了全黑的，是不是因为我的shp文件里的高程那个字段不是 elevation？（我shp文件自己建的高程字段是“gaocheng”）你搞反了，应是先利用你的等高线（矢量）生成tin ，然后再由tin生成DEM。
（还没听说过有矢量直接转化为栅格后是DEM的？因为CAD格式不能生成tin，所以你还需要将CAD数据转换成shipfile 或 database 格式。
转换方法：你在CAD数据处右键》 data 》 export data 》选择好导出的地方，导出的格式（shipfile 和 database 格式都行）然后确定，再用shipfile 和 database 格式数据建立tin创建tin方法：1、首先选择功能：Tools（顶部）——Extensions （可将里面的全部打钩）2、在上面空白处右键，然后选择3D Analysis ，出现3D Analysis 工具条3、单击出现的工具条的3D Analysis 》 create/modify Tin 》create Tin from features4、将左边的数据选择你的等高线，右边的属性选择你的建立tin的属性，下面写好输出tin 的位置。
到此tin就建立好了。
5、单击出现的工具条的3D Analysis 》 convert 》 tin to raster选好好需要的，点OK。
到这里才是建立了DEM。
1、启动ArcCatalog，新建数据库data.mdb，在空白处右击，导入data.txt，四个字段分别为Code（设为主健）、X、Y、Z，保存为表Point。
使用ARCGIS进行DEM制作和表面分析
收集该地区的地形数据，包括等高线、高程点等矢量数据，以及卫星影像、地形图等栅格数据。对数据进行预处 理，如格式转换、坐标配准等，以确保数据的准确性和一致性。
DEM创建过程展示
创建TIN
转换DEM
DEM编辑与优化
在ARCGIS中，利用收集到的 高程点和等高线数据，创建不 规则三角网（TIN）模型。通 过设置合适的参数，如最大三 角形边长、最小角度等，确保 TIN模型的精度和效率。
将插值结果转换为栅格数据集，设置 合适的像元大小、坐标系统、数据类 型等。
栅格数据编辑
对生成的栅格数据进行编辑，如裁剪 、拼接、重投影等操作，以满足后续 分析需求。
质量评估与精度提升
质量评估
通过交叉验证、误差分析等方法，评估DEM数据的精度和质 量，确保满足分析要求。
精度提升
针对评估结果，采取相应措施提升DEM精度，如增加采样点 、优化插值参数、引入辅助数据等。
流域划分与水文分析功能实现
01
流域划分原理运动过程，将地形
表面划分为不同的流域单元。
02
水文分析功能
ArcGIS提供了一系列水文分析工具，如填洼、水流方向提取、汇流累积
量计算等，用于研究地形对水文过程的影响。
03
应用场景
流域划分和水文分析在水资源管理、洪水预测与防治、生态环境保护等
应用场景
可视域分析和日照时数模拟在城乡规划、风景名胜区规划、太阳能资源评估等领域具有广 泛应用。例如，在建筑布局规划中，可利用这些工具评估不同方案的光照条件和视觉景观 效果。
04
案例分析：基于ARCGIS的DEM制作与表面分析 实践
案例背景介绍及数据准备
案例背景
本次案例选取某地区的地形数据，通过ARCGIS软件进行数字高程模型（DEM）的制作和表面分析，以揭示该地 区的地形特征和空间分布规律。
DEM 地形 ArcGIS 制图
标准差（n=3)
伽马设置
• •
<1 降低暗区的对比度，提高亮区的对比度 >1提高暗区的对比度，降低亮区的对比度
原图像
据
• • •
根据动态可视范围 Dynamic Range Adjustment 根据整个图层 自定义
使用影像分析窗口
•
提供快捷的影像增强设置
影像分析窗口
通过添加影像函数链，获得动态处理影像结果
色带设置
• •
选择合适的色带 自定义色带
色带标注设置
•
根据色带级别划分进行标注
地形晕渲制图效果
DEM数据的派生数据
• • •
地形坡度 地形坡向 山体阴影
原始数据
• •
32位深 浮点型
应用色带
• •
透明度：30% 拉伸方法：标准差（n=1）
山体阴影
• •
使用地理处理工具生成 使用影像分析窗口生成
山体阴影透明度设置
• •
透明度：80% 对比度：10%
山体阴影和色带图叠加
叠加等值线数据
使用影像分析窗口生成山体阴影
• •
影像函数链：山体阴影函数 可选平滑处理：卷积函数（5X5）
平滑山体阴影
多角度山体阴影制图效果
多角度权重山体阴影
•
避免单角度山体阴影过亮或过暗而掩盖了某些地形特征
DEM制图技巧
Esri中国 卢伟亮
内容
• • •
显示增强 地形晕渲制图效果 多角度山体阴影制图效果
显示增强
显示拉伸增强
• • • • • •
拉伸增强图像的明暗程度，暴露细节 无拉伸 自定义拉伸 标准差 n 值 最小和最大裁剪百分比 均一化拉伸
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标准差（n=3)
伽马设置
• •
<1 降低暗区的对比度，提高亮区的对比度 >1提高暗区的对比度，降低亮区的对比度
原图像
伽马=0.5
伽马=1.5
统计数据
• • •
根据动态可视范围 Dynamic Range Adjustment 根据整个图层 自定义
使用影像分析窗口
•
提供快捷的影像增强设置
影像分析窗口
通过添加影像函数链，获得动态处理影像结果
色带设置
• •
选择合适的色带 自定义色带
色带标注设置
•
根据色带级别划分进行标注
地形晕渲制图效果
DEM数据的派生数据
• • •
地形坡度 地形坡向 山体阴影
原始数据
• •
32位深 浮点型
应用色带
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透明度：30% 拉伸方法：标准差（n=1）
山体阴影
DEM制图技巧
Esri中国 卢伟亮
内容
• • •
显示增强 地形晕渲制图效果 多角度山体阴影制图效果
显示增强
显示拉伸增强
• • • • • •
拉伸增强图像的明暗程度，暴露细节 无拉伸 自定义拉伸 标准差 n 值 最小和最大裁剪百分比 均一化拉伸
•
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最小-最大值拉伸
指பைடு நூலகம்直方图
标准差（n=1)
标准差（n=2)
• •
使用地理处理工具生成 使用影像分析窗口生成
山体阴影透明度设置
• •
透明度：80% 对比度：10%
山体阴影和色带图叠加
叠加等值线数据
使用影像分析窗口生成山体阴影
• •
影像函数链：山体阴影函数 可选平滑处理：卷积函数（5X5）
平滑山体阴影
多角度山体阴影制图效果
多角度权重山体阴影
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避免单角度山体阴影过亮或过暗而掩盖了某些地形特征