基于ArcGIS的DEM分析与可视化
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实验四基于ArcGIS的DEM分析与可视化
一、实验目的
1、掌握利用ArcGIS三维分析模块进行创建表面的基本方法
2、掌握利用ArcGIS三维分析进行各种表面分析的基本方法,并能进行表面创建及景观图制作
3、掌握地形特征信息的提取方法,能利用ArcGIS软件基于DEM对山脊线和山谷线的提取
4、掌握三维场景中表面及矢量要素的立体显示其原理与方法,熟练掌握ArcGIS软件表面及矢量要素杂场景中的三维显示及其叠加显示
5、熟练掌握ArcScene三维场景中要素、表面的多种可视化方法。
6、通过制作某区域的飞行动画,实现对该区域的宏观浏览,掌握地形的三维显示与飞行动化的制作方法。
二、主要实验器材(软硬件、实验数据等)
计算机硬件:性能较高的PC机
计算机软件:ArcGIS9.3软件、Visual Basic6.0
实验数据:《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘或其他中
三、实验内容与要求
1、地形特征信息提取
操作指导见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》第九章实例与练习2 P349-351。
实验数据具体见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘\\ch9\EX2。
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。
具体操作:
1.点击DEM数据,使用表面分析中的坡向(Aspect)工具,提取DEM的坡向数据层,命名为A。
2.点击数据层A,使用表面分析中的坡度(Slope)工具,提取数据层A的坡度数据,命名为SOA1。
3.求取原始DEM数据层的最大高程值,记为H;使用空间分析工具集中的栅格计算器(Raster Calculator),公式为(H—DEM),得到与原来地形相反的数据层,即反地形DEM 数据。
4.基于反地形DEM数据求算坡向值。
5.利用SOA方法求算反地形的坡向变率,记为SOA2。
6.使用空间分析工具集中的栅格计算器(Raster Calculator),公式为SOA=(([SOA1]+[SOA2])-Abs([SOA1]+[SOA2]))/2,这样就可以求出没有误差的DEM的坡向变率SOA。
7.再次点击初始DEM数据,点击Spatial Analyst---->Neighborhood Statistics(栅
格邻域计算工具),打开对话框,设置统计类型(Statistic type)为平均值(Mean),邻域的类型为矩形(也可以为圆),领域的大小为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,各项设置如图4-1所示。
8.使用空间分析工具集中的栅格计算器(Raster Calculator),公式为C=[DEM]-[B],即可求出正负地形分布区域,如图4-2所示。
图4-1 栅格邻域计算对话框
图4-2正负地形分别示意图
9.使用空间分析工具集中的栅格计算器(Raster Calculator),公式为shanji=[C]>0&SOA>70,即可求出山脊线,如图4-3所示。
10.同理,在栅格计算器(Raster Calculator)中,键入公式为shangu=[C]<0&SOA>70,即可求出山谷线,如图4-4所示。
图4-3 山脊线的界面图4-4 山谷线的界面
2、表面创建及景观图制作
操作指导见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》第九章实例与练习3 P352-356。
实验数据具体见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘\ch9\EX3。
要求:
(1)利用所给等高线数据建立景区栅格表面;
(2)在ArcScene三维场景中,实现表面与其它要素叠加三维显示;
(3)设计各要素如道路、水系等的符号化显示;
(4)综合考虑表面及各要素,生成美观大方的区域景观图;
具体操作:
思路是利用原有图层创建区域TIN表面,然后建立地表的平面景观,在生成三维景观图。
第一,创建区域TIN表面
1、启动ArcScence,打开数据,在3D Analyst工具栏中选择Create/Modify TIN中的Create TIN From Features...,如图4-5,打开Create TIN From Features对话框,在对话框中设置目标图层,参数设置如图4-6,单击OK即可,得到的区域TIN表面,如图4-7。
图4-5 3D Analyst工具栏中的建立TIN的工具界面
图4-6 Create TIN From Features对话框
图4-7 区域TIN表面
第二、创建栅格表面:
打开在3D Analyst工具栏中选择Convert的TIN to Raser...,如图4-8,打开Convert TIN to Raser对话框,在对话框中设置目标图层,参数设置如图4-9,单击OK即可,得到的栅格表面,如图4-10。
图4-8 3D Analyst工具栏中的建立栅格表面的工具
图4-9 Convert TIN to Raser对话框
图4-10 得到的栅格表面
第三、建立平面景观图
平面景观图很容易建立,只需要对各个图层进行符号化之后,叠加即可,最终的平面景观图,如图4-11。
图4-11 平面景观图界面
第四、三维景观图的建立
主要也是通过3D Analyst工具实现河流和道路及其栅格表面的三维化,进行叠加即可。在3D Analyst工具栏中选择Convert的Features to 3D...,如图4-12,打开Convert Features to 3D对话框,在对话框中设置目标图层,参数设置如图4-13,单击OK即可,得到的三维景观图,如图4-14。
图4-12 3D Analyst工具栏中进行图层三维化的工具
图4-13 Convert Features to 3D对话框界面
图4-14 三维景观图
3、污染物在蓄水层中的可视化
操作指导见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》第九章实例与练习4 P356-359。实验数据具体见《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘\ch9\EX4。
要求:
利用所给数据,实现污染物状况的三维可视化显示,点状水井矢量要素的突出显示,污
染源的符号化突出显示。
具体操作:
思路是先弄清楚污染物的体积与污染程度,然后再了解一下污染物与水井的位置关系,在进一步确定需要优先清理的污染源,在场景中进行三维显示。
首先,得出污染物的面积及污染程度:
1、打开场景Chp9\Ex4\Exercised4.sxd,可以看到所需实验数据已经加载,如图4-15所示。
2、显示污染物的体积与污染程度。将污染物浓度的栅格图层叠加到污染空间表面上,可以显示蓄水层中污染物的体积与污染物程度,即要打开污染物浓度图层contamination 的属性对话框,选择其空间TIN表面(c_tin)为基准高程,同时设置Z值转换系数为200,如图4-16所示。
3、在Symbology选项卡中选择一合适渐变色系。
4、在内容列表中取消TIN表面的显示,此时可以在三维空间中察看污染物空间的形状及其受污染的强度,如图4-17所示。
图4-15 工作环境
图4-16 contamination数据层属性对话框
图4-17 污染物的体积与污染程度界面
其次,显示污染物空间与水井的关系。
从数据中可以看出一些水井位于污染物空间中。可以通过水井的深度属性对其进行突出显示,即可查找出那些水井与污染物空间相交,受污染较严重。
1.打开水井数据层属性对话框并选择Extrusion选项卡。
2.计算突出表达式为其深度属性字段Depth,同时选择将表达式应用为各个要素的基准高程,水井的深度以负值表示,使其向下突出。关闭C-TIN数据层的显示。此时,可以直观地察看与污染物空间相交或相邻的水井,如图4-18所示。
图4-18 污染源与水井的位置关系
另外,优先显示需要清理的污染源。
1.打开污染源facility数据层属性对话框并选择extrusion对话框。
2.计算突出表达式为Priority*100。
3.在Symbology选项卡中设置符号为渐变色(Graduated colors),选择值域(Value)为PRIORIYT1,将符号分为5级显示,如图4-19。此时,工业设施根据其优先级按比例突出显示。场景中可以看得出污染的形状及强度、水井与污染物的空间关系,以及为阻止地下水进一步污染而需要进行清理的污染源,如图4-19 。
图4-18 污染源的分级界面
图4-19 污染源的等级,共分5级