ArcGIS10.2-學(xué)習(xí)課程-10.DEM制作、表面分析、插值分析

DEM制作、表面分析、插值分析閆磊EMail：arcobjects@126.comDEM和表面分析

五、綜合應(yīng)用

四、地統(tǒng)計(jì)和插值分析

三、空間表面分析本章內(nèi)容二、

DEM制作一、DEM基本含義2一、DEM是什么

DEM是“數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel）”的英文簡(jiǎn)寫。

數(shù)字地形模型(DTM)：即DigitalTerrainModel，是數(shù)字形式表示的地表面，即區(qū)域地形的數(shù)字表示，它是由一系列地面點(diǎn)的X，Y位置及其相聯(lián)系的高程Z所組成。這種數(shù)字形式的地形模型是為適應(yīng)計(jì)算機(jī)處理而產(chǎn)生的，又為各種地形特征及專題屬性的定量分析和不同類型專題圖的自動(dòng)繪制提供了基本數(shù)據(jù)。在專題地圖上，第三維Z不一定代表高程，而可代表專題地圖的量測(cè)值，如地震烈度、氣壓值，溫度，降雨量等。

3DEM四種表現(xiàn)形式TIN三角網(wǎng)TerrainTin升級(jí)（地形）Grid（raster）柵格ASCII文本格式41.2什么是TinTIN規(guī)則三角網(wǎng)的英文首字母縮寫。一種將地理空間分割為不重疊的相連三角形的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)三角形的折點(diǎn)都是具有x、y和z值的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)。這些采樣點(diǎn)通過線相連，從而構(gòu)成Delaunay三角形。TIN用于存儲(chǔ)和顯示表面模型。。TIN用于表示一個(gè)表面，或者說(shuō)是連續(xù)的數(shù)據(jù)，而不能表示離散的數(shù)據(jù)TIN通常用于表示大數(shù)據(jù)應(yīng)用中的terrain表面，而高程點(diǎn)則允許不規(guī)則地分布以容納表面中具有較大差異的各個(gè)區(qū)域，并且高程點(diǎn)的值和實(shí)際位置將作為結(jié)點(diǎn)保留在TIN中。Tin的升級(jí)版本為Terrain,Terrain創(chuàng)建見3D分析：練習(xí)8：創(chuàng)建和使用terrain數(shù)據(jù)集51.3表面模型（GRID和TIN）的區(qū)別

柵格是像元（或像素）的矩形陣列，每個(gè)柵格都存儲(chǔ)了它所覆蓋的表面部分的值。一個(gè)指定像元包含一個(gè)值，因此，表面的詳細(xì)程度取決于柵格像元的大小。

這兩種模型各有優(yōu)缺點(diǎn)，相比而言，GRID模型比較簡(jiǎn)單、高效，TIN模型比較精確，數(shù)據(jù)量，耗內(nèi)存大。所以，一般GRID模型多用于區(qū)域性的、小比例尺的應(yīng)用，而TIN模型則更常用于精細(xì)的、大比例尺的應(yīng)用。

6TIN說(shuō)明TIN通常用于較小區(qū)域的高精度建模（如在工程應(yīng)用中），此時(shí)TIN非常有用，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S計(jì)算平面面積、表面積和體積。TIN的最大允許大小視連續(xù)的可用內(nèi)存資源而定。對(duì)于Win32系統(tǒng)而言，正常操作條件下，可達(dá)到的最大大小為1000到1500萬(wàn)個(gè)結(jié)點(diǎn)。出于可用性和性能的考慮，強(qiáng)烈建議始終將此大小限制為幾百萬(wàn)。如果超出這一大小，則最好使用terrain數(shù)據(jù)集來(lái)表示。由于結(jié)點(diǎn)可以不規(guī)則地放置在表面上，所以在表面起伏變化較大或需要更多細(xì)節(jié)的區(qū)域，TIN可具有較高的分辨率，而在表面起伏變化較小的區(qū)域，則可具有較低的分辨率。7Terrain數(shù)據(jù)Terrain數(shù)據(jù)集是一種多分辨率的基于TIN的表面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是基于作為要素存儲(chǔ)在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)量值構(gòu)建而成的。通常，terrain數(shù)據(jù)集通過激光雷達(dá)、聲納和攝影測(cè)量源進(jìn)行構(gòu)建。Terrain存儲(chǔ)在地理數(shù)據(jù)庫(kù)的要素?cái)?shù)據(jù)集中，其中包含用于構(gòu)建terrain的要素。8DEM獲得建立DEM的方法有多種，從數(shù)據(jù)源及采集方式主要有：根據(jù)航空或航天影像，通過攝影測(cè)量途徑獲；野外測(cè)量或者從現(xiàn)有地形圖上采集高程點(diǎn)或者等高線，后通過內(nèi)插生成DEM等方法9要想快速的獲取大范圍的DEM數(shù)據(jù)衛(wèi)星手段是一種好的方法。而且隨著衛(wèi)星傳感器的發(fā)展，獲取的DEM精度越來(lái)越高。如目前商業(yè)衛(wèi)星最高分辨率的0.41米GeoEye-1，在使用高質(zhì)量控制資料時(shí)，垂直精度的中誤差可達(dá)到0.5米，可滿足1:5000的地圖比例尺生產(chǎn)。目前具有單軌立體成像的衛(wèi)星傳感器主要有：當(dāng)然還有一些側(cè)軌立體成像的衛(wèi)星，包括IKONOS,KOMPSAT-2,OrbView-3,QuickBird,SPOT5等。1090米和30米DEM下載下載地圖:http:///11二、DEM制作1、DEM制作和過程中存在問題2、DEM應(yīng)用12創(chuàng)建DEM方法創(chuàng)建TIN：點(diǎn)、線創(chuàng)建TINTIN轉(zhuǎn)柵格：tin生成柵格DEM地形轉(zhuǎn)柵格：點(diǎn)、線創(chuàng)建柵格DEM柵格轉(zhuǎn)TIN:柵格DEM轉(zhuǎn)TIN柵格轉(zhuǎn)ASCII：柵格DEM轉(zhuǎn)文本ASCII轉(zhuǎn)柵格：文本轉(zhuǎn)柵格Terrain使用向?qū)?chuàng)建132.1創(chuàng)建TIN1、使用等值線和離散點(diǎn)（有一個(gè)字段標(biāo)注高程值）加載等值線，一定要選高程字段硬斷線提供Z值，那么構(gòu)建出來(lái)的Tin也就會(huì)在Hardline處生成節(jié)點(diǎn)，表示表面上的不連續(xù)性；

軟斷線在參與構(gòu)Tin時(shí)，本身不提供Z值，表示線性要素但并不改變表面坡度的邊。比如，要標(biāo)出當(dāng)前分析區(qū)域的邊界，masspoints離散點(diǎn)，生成的TIN沒有線，用于點(diǎn)生成tin數(shù)據(jù):\10dem\dgxtin\yl.mdb\dgx，操作:創(chuàng)建tin.exe142.1兩塊等高線創(chuàng)建TIN–Tin的剪裁（中級(jí)）數(shù)據(jù)位置：10dem\特殊兩塊等高線創(chuàng)建TIN，按照下面的方法，創(chuàng)立Tin，這不是我們需要？？？152.1兩塊等高線創(chuàng)建TIN–Tin的剪裁（中級(jí)）使用矢量和柵格clip、split都不可以的，只有在創(chuàng)建Tin，加入剪裁的面，一起參與創(chuàng)建tin，面的參數(shù)設(shè)置，如下，使用hardclip

多邊形參與tin四種方式裁切：定義插值的邊界，處于裁切多邊形之外的輸入數(shù)據(jù)將不參與插值與分析操作。刪除：定義插值的邊界，與裁切多邊形的不同之處在于多邊形之內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)將不參與插值與分析操作。替換：可對(duì)邊界與內(nèi)部高度設(shè)置相同值，可用來(lái)對(duì)湖泊或斜坡上地面為平面的開挖洞建模。填充：它的作用是對(duì)落在填充多邊形內(nèi)所有的三角形賦予整數(shù)屬性值。表面的高度不受影響，也不進(jìn)行裁切或刪除。數(shù)據(jù)位置：10dem\特殊16設(shè)置界面硬替換中的字段值才有意義數(shù)據(jù)位置：10dem\特殊，操作見：創(chuàng)建tin.exe172.2Tin->DEMTIN轉(zhuǎn)柵格

然后TIN轉(zhuǎn)柵格,生成DEM,直接使用經(jīng)緯坐標(biāo)的無(wú)法生成grid，Elevaton按原來(lái)的值、下面坡度、坡向，Cellsize

默認(rèn)值是圖形外接矩形最短邊除以250，單位和地圖坐標(biāo)定義，是地理坐標(biāo)是度為單位，其他以米為單位，一個(gè)像素點(diǎn)代表的矢量的大?。ǜ叨?寬度），Cellsize越大，粒度越大，影像越?。ㄐ袛?shù)row，col越少），數(shù)據(jù)精度越低，Cellsize可以浮點(diǎn)數(shù)，可以小于1的使用上面分幅數(shù)據(jù)的tin18Terrain創(chuàng)建必須基于數(shù)據(jù)集右鍵向?qū)?chuàng)建數(shù)據(jù):\10dem\dgxtin\yl.mdb\kk\newdgx操作:創(chuàng)建terrain.exe19模型模型位置:\10dem\dgxtin\工具箱.tbx\創(chuàng)建terrain20柵格和ASCII轉(zhuǎn)換212.2、DEM應(yīng)用獲得指定點(diǎn)高程刨面分析22對(duì)點(diǎn)填等高值

通過Dem給值提取至點(diǎn)ExtractValuestoPoints或則添加表面信息（AddSurfaceInformation）工具插值shape數(shù)據(jù)使用:\10dem\dgxtin\yl.mdb\GCZJD23基本按鈕介紹在屏幕上創(chuàng)建等高線，是Element，操作在屏幕上點(diǎn)一下屏幕可視分析，操作是屏幕上劃線，綠色是可視、紅色是不可視畫點(diǎn)畫線畫面斷面分析，先劃線24三.空間表面分析等值線(Contour)坡度(Slope)坡向(Aspect)山體陰影(hillshade)視域(Viewshed)填挖方(Cut/Fill)9.3表面分析，可以基于Tin，也可以基于Grid，基于tin的效果，比grid要好的多，基于grid還和grid的分辨率有關(guān),ArcGIS10是兩個(gè)不同的工具253.1.等值線1、等值線(Contour)，可以是從TIN->Contour,或DEM->Contour,相對(duì)TIN生成等高線質(zhì)量好一些，畢竟tin是矢量的。可以用來(lái)等高線的加密（度）和抽稀。使用前面的分幅創(chuàng)建的tin26Tin轉(zhuǎn)柵格分辨率要修改273.2坡度分析只能是柵格數(shù)據(jù)

坡度(Slope).地表面在該點(diǎn)的傾斜程度。垂直高/水平距離,如耕地坡度大小，是否適宜耕種，道路兩邊是否需要加護(hù)坡。(且數(shù)據(jù)必須是投影坐標(biāo))實(shí)際坡度有兩種表示方式方法：（1）坡度(degreeofslope)：既水平面與地形面之間夾角。（2）坡度百分比（percentslope）：既高程增量與水平增量之比的百分?jǐn)?shù)。283.3坡向分析

坡向(Aspect)，坡向反映了斜坡所面對(duì)的方向。坡向指地表面上一點(diǎn)的切平面的法線矢量在水平面的投影與過該點(diǎn)的正北方向的夾角。對(duì)于地面任何一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，坡向表征了該點(diǎn)高程值改變量的最大變化方向。在輸出的坡向數(shù)據(jù)中，坡向值有如下規(guī)定：正北方向?yàn)?度，按順時(shí)針方向計(jì)算，取值范圍為0°～360°。坡向在植被分析、環(huán)境評(píng)價(jià)等領(lǐng)域有重要的意義。在生物學(xué)上，生長(zhǎng)在朝向北的斜坡上和生長(zhǎng)在朝向南的斜坡上的植被一般有明顯的差別；建立風(fēng)力發(fā)電站的選址時(shí)，需要考慮把它們建在面向風(fēng)的斜坡上；地質(zhì)學(xué)家經(jīng)常需要了解斷層的主要坡向，或者褶皺露頭，來(lái)分析地質(zhì)變化的過程；在確定容易被積雪融水破壞的居民區(qū)的位置時(shí)，需要識(shí)別朝南的坡面，來(lái)得到最初融化的積雪的位置。

293.3坡向分析結(jié)果303.4山體陰影(hillshade)

山體陰影(hillshade)：是根據(jù)設(shè)置的光源對(duì)柵格的照明值，太陽(yáng)方位角、太陽(yáng)高度角設(shè)置，設(shè)置的位置不同，結(jié)果也不一樣，可以用于日照分析，一天日照的時(shí)間等，值越小表示，陰影越大313.5視域（中級(jí)）在ArcGIS主要兩點(diǎn)直線之間是可見的還是遮擋的，必須要選擇一個(gè)點(diǎn)層，在屏幕上畫線，可以實(shí)現(xiàn)屏幕上兩點(diǎn)可視分析，綠色表示可視，紅色表示不可視。注意坐標(biāo)系統(tǒng)的問題32視域使用數(shù)據(jù):\10dem\dgxtin\yl.mdb\視點(diǎn)333.6計(jì)算土方量工具(Cut/Fill)（中級(jí)）計(jì)算土方量工具：主要是用于地形變化后，計(jì)算土方量，所以有兩個(gè)模型數(shù)據(jù)，紅色表示土方增加(需要填的，的，值為小于0），蘭色表示土方減少（需要挖的，值為大于0），其他的為沒有變化的區(qū)域。屬性值有增加和減少的土方量，有面積和體積，前一個(gè)減去后面,CELLSIZE可以不同使用數(shù)據(jù):10dem\dgxtin\tin和tin134使用數(shù)據(jù)\10dem\dgxtin\tin,tin135四、空間內(nèi)插方法

空間插值常用于將離散的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，以便與其它空間現(xiàn)象的分布模式進(jìn)行比較，它包括了空間內(nèi)插和外推兩種算法?？臻g內(nèi)插算法是一種通過已知點(diǎn)的數(shù)據(jù)推求同一區(qū)域其它未知點(diǎn)數(shù)據(jù)的計(jì)算方法；空間外推算法則是通過已知區(qū)域的數(shù)據(jù)，推求其它區(qū)域數(shù)據(jù)的方法。

插值是利用有限數(shù)目的樣本點(diǎn)來(lái)估計(jì)未知樣本點(diǎn)的值，插值的前提是空間地物具有一定的空間相似性，距離較近的地物，其值更為接近，如氣溫、高程，污染等。實(shí)際中，通常不可能對(duì)研究區(qū)內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)的屬性值都進(jìn)行測(cè)量。一般選擇一些離散的樣本點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，通過插值得出未采樣點(diǎn)的值。采樣點(diǎn)可以是隨機(jī)選取、或則選取特征樣點(diǎn)，但必須保證這些點(diǎn)代表了區(qū)域的總體特征?？梢圆逯瞪蛇B續(xù)且規(guī)則的柵格面。通常采樣點(diǎn)數(shù)目越多，分布地越均勻，插值效果就會(huì)越好。36四、地統(tǒng)計(jì)和插值分析（中級(jí)）反距離權(quán)重法（InverseDistanceWeighting簡(jiǎn)稱IDW）樣條函數(shù)法（Spline）克里金法（kriging）自然鄰域法（NaturalNeighbor）地形轉(zhuǎn)柵格注意：1-4必須是點(diǎn)層數(shù)據(jù)，5可以是點(diǎn)、線374.1反距離權(quán)重插值IDW

這種方法的假設(shè)前提是每個(gè)采樣點(diǎn)間都有局部影響，并且這種影響與距離大小成反比。就是離目標(biāo)點(diǎn)近的點(diǎn)其權(quán)值就比遠(yuǎn)的點(diǎn)大。這種方法適用于變量影響隨距離增大而減小的情況。如計(jì)算某一超市的消費(fèi)者購(gòu)買力權(quán)值，由于人們通常喜歡就近購(gòu)買，所以距離越遠(yuǎn)權(quán)值越小。如輻射，或者污染源，距離越遠(yuǎn)，影響越小。384.1反距離權(quán)重插值IDW

數(shù)據(jù)：10dem\插值分析.mxd,10dem\insert\pnt.shp394.2樣條函數(shù)插值（Spline）

它采用樣本點(diǎn)擬合光滑曲線，且其曲率最小。通過一定的數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)采樣點(diǎn)周圍的特定點(diǎn)進(jìn)行擬合，且結(jié)果通過所有采樣點(diǎn)。該方法適用于漸變的表面屬性，如高程、水深、污染聚集度等。不適合在短距離內(nèi)屬性值有較大變化的地區(qū)，那樣估計(jì)結(jié)果會(huì)偏大。404.3克里金插值（kriging）

此方法的假設(shè)前提是采樣點(diǎn)間的距離和方向可反映一定的空間關(guān)聯(lián)，并用它們來(lái)解釋空間變異?？死锔窭靡欢ǖ臄?shù)學(xué)函數(shù)對(duì)特定點(diǎn)或是給定搜索半徑內(nèi)的所有點(diǎn)進(jìn)行擬合來(lái)估計(jì)每個(gè)點(diǎn)的值。該方法適用于已知數(shù)據(jù)含距離和方向上的偏差的情況，常用于社會(huì)科學(xué)研究及地質(zhì)學(xué)中。克里金（kriging）不同高斯—克呂格（Gauss-Kruger)，前者是插值方法，后者是投影方法。41范圍設(shè)置42掩膜設(shè)置434.4自然鄰域法（NaturalNeighbor）鄰域插值將TIN的一些方法與柵格插值方法結(jié)合起來(lái)。柵格表面使用輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)及其鄰近柵格單元進(jìn)行插值。首先，為輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)Delauney三角形，輸入的樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)作為三角形的結(jié)點(diǎn)，并且每個(gè)三角形的外接圓不能夠包含其它結(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)樣本點(diǎn)，鄰域?yàn)槠渲車噜彾噙呅涡纬傻耐辜凶钚?shù)目的結(jié)點(diǎn)。每個(gè)相鄰點(diǎn)的權(quán)重，通過評(píng)價(jià)其影響范圍的Thiessen/Voroni技術(shù)計(jì)算出來(lái)。類似于反距離權(quán)重法，是一種權(quán)平均算法。但是它并不利用所有的距離加權(quán)來(lái)計(jì)算插值點(diǎn)。鄰域法對(duì)每個(gè)樣本點(diǎn)做delaunay三角形，選擇最近的點(diǎn)形成一個(gè)凸集，然后利用所占面積的比率來(lái)計(jì)算權(quán)重。該方法適用于樣本點(diǎn)分布不均的情況，較為常用。

44地形轉(zhuǎn)柵格將點(diǎn)、線和面數(shù)據(jù)插值成符合真實(shí)地表的柵格表面。45異常值獲得數(shù)據(jù)：10dem\插值分析.mxd,10dem\insert