實(shí)驗(yàn)三基于GIS土壤侵蝕因子分析與信息提取

1、實(shí)驗(yàn)三鑒于GIS的土壤傷害因子分析與信息提取實(shí)驗(yàn)三鑒于GIS的土壤傷害因子分析與信息提取20/20實(shí)驗(yàn)三鑒于GIS的土壤傷害因子分析與信息提取實(shí)驗(yàn)三鑒于GIS的土壤傷害因子分析與信息提取一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要修業(yè)生掌握地理信息系統(tǒng)軟件（ArcView）的基本源理和操作方法；2、掌握使用該軟件進(jìn)行土壤傷害因子的分析和信息提取的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理Arc/View的空間分析模塊是解決地理空間問題的工具。它主要包含距離制圖、計(jì)算密度、統(tǒng)計(jì)分析、鄰域分析、數(shù)據(jù)的重分類、表面生成、等高線生成、坡度提取、坡向提取、光照模型的生成、流域的區(qū)分等功能。利用Arc/View的空間分析模塊解決空間問題，第一要把問題空間

2、化、模型化，此后利用Arc/View供給的各樣功能的組合來達(dá)成。Arc/View的空間分析模塊主假如鑒于柵格數(shù)據(jù)模型的。Arc/View的空間分析模塊不只支持矢量數(shù)據(jù)模型，還支持柵格數(shù)據(jù)模型。矢量數(shù)據(jù)是用點(diǎn)、線、面來描繪地理特點(diǎn)及其變化的，它主要用于精準(zhǔn)地描繪地理特點(diǎn)，在Arc/View中，點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)分別是寄存于不一樣樣的主題中來管理的。柵格數(shù)據(jù)是經(jīng)過將地表分開成不一樣樣的單元來表示地理特點(diǎn)及其變化的，對柵格數(shù)據(jù)的儲蓄但是經(jīng)過儲蓄柵格的原點(diǎn)、柵格單元的尺寸、距離原點(diǎn)的單元數(shù)和每個柵格單元的值。對柵格數(shù)據(jù)影響最大的是柵格單元的尺寸。單元尺寸越大，則對地理特點(diǎn)的描繪越粗糟，越不精準(zhǔn)，但產(chǎn)生的數(shù)

3、據(jù)量會越小，辦理速度會越快。相反，單元尺寸越小，則描繪越精準(zhǔn)，但數(shù)據(jù)量會越大，運(yùn)算速度越慢。三、操作步驟地形指標(biāo)是最基本的自然地理因素，也是對人類的生產(chǎn)和生活影響最大的自然因素。地形特點(diǎn)限制著地表物質(zhì)和能量的再分派，影響著土壤與植被的形成和發(fā)育過程，影響著土地利用的方式和水土流失的強(qiáng)度。地形指標(biāo)的提取對水土流失、土地利用、土地資源談?wù)摰确矫娴难芯科鹬匾曇淖饔谩?坡向Aspect坡向定義為坡面法線在水平面上的投影與正北方向的夾角。在Arcview中Aspect表示每個柵格與它相鄰的柵格之間沿坡面向下最陡的方向。在輸出的坡向數(shù)據(jù)中，坡向值有以下規(guī)定：正北方向?yàn)?度，正東方向?yàn)?0度，以次類推。坡

4、向可在數(shù)字高程模型Dem或TIN數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提取。在Dem基礎(chǔ)上提取坡向的步驟以下：在視圖目錄表中增添dem并激活它。從【Surface】菜單中選擇【DeriveAspect】命令。顯示并激活生成的坡向主題AspectofDem（如圖3-1）。在Dem或TIN的面主題中坡度為0（平川）的柵格在輸出的坡向主題中被賦值為-1，假如環(huán)繞中心柵格的任何相鄰柵格是NoData數(shù)據(jù)，它們將被恩賜中心柵格的值，此后計(jì)算坡向。在坡向主題的圖例中表示了八種主要方向，比方：東67.5-112.5,東南112.5-圖3-1提取坡向157.5。2坡度Slope地面上某點(diǎn)的坡度表示了地表面在該點(diǎn)的傾斜程度，坡度定義為水

5、平面與地形面之間夾角的正切值。在Arcview中Slope確立了中心柵格與周圍相鄰柵格高程值的最大變化率。在輸出的坡度數(shù)據(jù)中，坡度有兩種計(jì)算方式。坡度(degreeofslope)：既水平面與地形面之間夾角的正切值。坡度百分比（percentslope）：既高程增量（rise）與水平增量（run）之比的百分?jǐn)?shù)（如圖3-2）。圖3-2坡度的兩種計(jì)算方法坡度的應(yīng)用特別寬泛，比方：依據(jù)坡度起伏變化，確立倒塌、泥石流地區(qū)或嚴(yán)重的土壤傷害區(qū)，作為災(zāi)禍防治與水土保持工作的基礎(chǔ)。提取平展地區(qū)，為大型商業(yè)中心或房子建筑選址。采納Dem數(shù)據(jù)提取坡度的步驟以下：1增添Dem數(shù)據(jù)并激活它。2從【Surface】菜單

6、中選擇【DeriveSlope】命令。3生成新的坡度主題slopeofDem。4雙擊左側(cè)的圖例，在彈出的LegendEditor對話框中可從頭調(diào)整坡度分級（如圖3-3）。圖3-3提取坡度3等值線Contours在Arcview中Contours功能生成一個新的線主題，每條線表示了擁有相同高度、數(shù)目或許濃度的連續(xù)的地點(diǎn)的會合。生成的等值線經(jīng)過圓滑辦理，真切地再現(xiàn)了表面等值線。采納Contours能夠提取等高線、等溫線、等降水量線等等，最常用的是在Dem或TIN數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成等高線。等高線是地面上高程相同的各點(diǎn)連成的閉合曲線。依據(jù)等高線圖形，能夠判讀地貌形態(tài)特點(diǎn)，量算各點(diǎn)的高程、坡向和坡度。生成

7、等高線的步驟以下：1在視圖目錄表中增添dem并激活它。2從【Surface】菜單中選擇【CreateContours】命令。3在出現(xiàn)的ContoursParameters對話框（如圖3-4）中輸入等高距Contourinterval和基礎(chǔ)等高線的值BaseContours。4生成等高線主題ContoursofDem（如圖3-5）。圖3-4提取等高線圖3-5提取單根等高線4水文分析Fillsinks的操作步驟以下：1激活視圖目錄表中的Dem。2從【Hydro】菜單中選擇【Fillsinks】命令。3在視圖目錄表中顯示生成的FilledDem，既為填補(bǔ)過凹地的Dem數(shù)據(jù)（如圖3-6）。圖3-6填補(bǔ)

8、凹地后的Dem數(shù)據(jù)在Arcview中提取水流方向的步驟以下：1從視圖目錄表中激活FilledDem。2從【Hydro】菜單中選擇【FlowDirection】命令。3顯示重生成的水流流向數(shù)據(jù)FlowDirection（見圖3-7）。圖3-7提取水流方向在Arcview中，計(jì)算流水積累量的步驟以下：1從視圖目錄表中激活FlowDirection。2從【Hydro】菜單中選擇【FlowAccumulation】命令。3顯示重生成的流水積累量數(shù)據(jù)主題FlowAccumulation。雙擊此主題的圖例，在出現(xiàn)的LegendEditor對話框（見圖3-8）中，單擊Classify按鈕，在出現(xiàn)的Class

9、ification對話框中選擇標(biāo)準(zhǔn)誤差StandardDeviation為分類種類，單擊OK。圖3-8LegendEditor對話框提取的FlowAccumulation主題（見圖3-9）顯示了地面水系的散布情況。提取水網(wǎng)密度的步驟以下：1從視圖目錄表中激活FlowDirection。圖3-9提取水流積累量2從【Hydro】菜單中選擇【StreamNetworkasLineShape】命令。3在出現(xiàn)的StreamNetwork對話框（見圖3-10）中輸入計(jì)算水網(wǎng)密度的最小河流長度，其單位為柵格數(shù)。圖3-10StreamNetwork對話框單擊4在OK。Hydro.StreamNetwork對話

10、框（見圖3-11）中選擇水流方向FlowDirection主題，圖3-11Hydro.StreamNetwork對話框5生成新的主題StreamNetworkShape即為水網(wǎng)密度散布圖。不一樣樣的河流最短長度值所計(jì)算的水網(wǎng)密度以以下列圖（見圖3-12、圖3-13）所示：圖3-12最短河流長度為20提取的水網(wǎng)密度圖3-13河流最小長度為100米提取的水網(wǎng)密度5、地形起伏度地形起伏度是指在一個特定的地區(qū)內(nèi)，最高點(diǎn)海拔高度與最低點(diǎn)海拔高度的差值。它是描繪一個地區(qū)地形的一個宏觀性的指標(biāo)。地形起伏度的詳細(xì)提取方法以下：1、激活DEM數(shù)據(jù)，在【Analysis】菜單中使用【Neighborhoodsta

11、tistics】命令，設(shè)置statistic值為最大值，鄰域的種類為矩形（也能夠?yàn)閳A），鄰域的大小為100個Mapunits（這個值也能夠依據(jù)自己的需要進(jìn)行改變），則可獲得一個鄰域?yàn)?00*100的矩形的最大值層面，記為A；2、對DEM數(shù)據(jù)采納相同的方法，但是把statistic值設(shè)置為最小值，即可獲得DEM數(shù)據(jù)的最小值層面，記為B；3、在【Analysis】菜單下使用【Calculator】命令，公式為A-B，即可獲得一個新層面，其每個柵格的值是以這個柵格為中心確實(shí)定鄰域的地形起伏值。假如還想知道更大范圍或整個地區(qū)、整個圖幅的地形起伏度，則可經(jīng)過【Theme】下的【Editlegend】中的

12、statistics來查察，其內(nèi)容包含地形起伏的最大值、最小值、均值圖3-14地形起伏度等。提取的結(jié)果如圖3-14。6、地面粗拙度：地面粗拙度是指在一個特定的地區(qū)內(nèi)，地球表面積與其投影面積之比。它也是反應(yīng)地表形態(tài)的一個宏觀指標(biāo)。1、提取DEM層的坡度；2、在【Analysis】菜單下使用【Calculator】命令,公式為:(Slope*3.14159/180).cos)Pow(-1)即可獲得地面粗拙度的層面。圖3-15地面粗拙度需要注意的是，在Arcview中，計(jì)算cos默認(rèn)的角度值是弧度值，而經(jīng)過提取坡度獲得的值是角度，因此在計(jì)算時必然把角度轉(zhuǎn)為弧度。7、溝壑密度：溝壑密度是指在一個特定的

13、地區(qū)內(nèi)，地表單位面積內(nèi)溝壑的總長度。溝壑密度的提取可經(jīng)過水文分析方法提取溝壑，此后經(jīng)過統(tǒng)計(jì)查問，查出溝壑的長度，再除以地區(qū)面積，則可獲得地區(qū)的溝壑密度。其重點(diǎn)是確立溝壑的標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)方法以下：1、激活DEM數(shù)據(jù)，在【Hydro】菜單下使用【Fill】命令，對DEM數(shù)據(jù)中的高程為0的柵格進(jìn)行填補(bǔ)，獲得新的層面，記為A；圖3-16經(jīng)過水文分析求出的溝壑2、對A層使用【Hydro3、對水流方向?qū)釉儆谩尽坎藛蔚摹綟lowdirection】命令,提取水流方向；Hydro】菜單的【Flowaccumulation】命令，獲得水流的積累量層；4、用【Mapquery】命令，提拿出水流積累量大于500（此值需

14、依據(jù)研究地區(qū)的土壤、植被、地形等特點(diǎn)及研究目的來確立）的值，即可獲得提拿出的溝壑層；5、經(jīng)過【Editlegend】編寫溝壑層的圖例，經(jīng)過此中的statistics項(xiàng)，能夠查出溝壑層中構(gòu)成溝壑的柵格單元數(shù)，則得出溝壑的長度為“溝壑的柵格單元數(shù)*柵格單元的長度”，地區(qū)的總面積可經(jīng)過此統(tǒng)計(jì)項(xiàng)中的count數(shù)來算出，為“count數(shù)*每個柵格單元的面積”，最后，把單位換算成公里，則溝壑密度=溝壑的柵格單元數(shù)/（地區(qū)總的柵格單元數(shù)*柵格單元的長度*0.001）關(guān)于以以下列圖的例子，溝壑的柵格單元數(shù)為8959，總的柵格單元數(shù)為391140，柵格單元的分辨率為5米，則最后的溝壑密度=8959/（39114

15、0*5*0.001）=4.58公里/平方公里。圖11-25耕地的坡度分級圖其次，對耕地的坡度構(gòu)成進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。比方：計(jì)算1525的坡耕地在樣區(qū)中占的比率。1從【Analysis】菜單項(xiàng)選擇取【Mapquery】命令。2在MapQuery對話框中建立查問表達(dá)式（見圖中提取坡度為1525的數(shù)據(jù)。11-26），從耕地坡度主題GengDi-Slope圖11-26建立提取1525坡耕地的表達(dá)式3單擊evaluate。提取的新主題GDslope（15-25）表示了坡度為1525的耕地的散布情況（見圖11-27）。4激活GDslope（15-25）。圖11-27提取的坡度在1525的耕地的散布圖5單擊，翻開此主

16、題的屬性表（見圖11-28）圖11-28GDslope（15-25）主題屬性表樣區(qū)的總柵格數(shù)為817777+196574=1014351，坡度為1525的耕地的柵格數(shù)為196574，其在樣區(qū)中所占的比率為196574/1014351=0.1933。采納此種方法，挨次計(jì)算各土地種類中各級坡度所占的比率（見表1）。表1樣區(qū)內(nèi)各土地利用種類的坡度分析（面積百分比）用地種類35共計(jì)耕地1.135.4119.3319.7415.8861.49園地0.080.210.640.810.852.59林地0.562.488.029.5811.1831.82牧草地0.010.030.110.080.100.33居民點(diǎn)及工0.160.250.700.780.742.63礦用地水域0.020.040.090.170.300.62未利用地0.040.080.090.140.200.55合計(jì)1.988.5128.9831.3029.23100.00本樣區(qū)耕地種類為旱