基于ArcGIS的坡面复杂度因子提取与分析——以黄土高原为例分析的,复杂度,度分析..
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基于ArcGIS的坡面复杂度因子提取与分析——以黄土高原为例
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3秒自动关闭窗口地形因子的计算-黄杏元
根据空间矢量的分析原理，建立数字高程模型每一格网点的标准矢量&（图5-1）：
i=1,2,…,m-1,m;
　　j=1,2,…，n-1,n。 （5-1）
　　式中:△x为x轴方向的增量;
　　　　△y为y轴方向的增量;
　　　　x0和y0为起始点坐标值;
　　　　Zi,j为格网点高程值。
　　对于每个由相邻四个格网点确定的地表微分单元，其基本矢量&计算公式如下：
基本矢量完全确定了微分单元在空间的特征。由可得地表单元法矢量&:
将法矢量由分矢量表示法转换为坐标表示法，则
同理，由空间微分单元边的中点所确定的矢最，可求得法矢量。根据法矢量，便可以进行地表单元各种地形因子的自动计算和提取。
1．坡度计算
如图5-2所示，地表单元坡度就是其法矢量与z轴之夹角，而两失量夹角的余弦等于两矢量的数量积与模的乘积之商，即
代入式（5-6）则有
由坡度的概念知，故由式（5＿7）容易确定坡度值。
　　当需要时，可将度数化为百分比表示，如图5-3所示。
2. 坡向分析
　　在图5-2中，x轴的方向为南，因此，地表单元坡向θ即为其法矢量在oxy平面上的投影与x轴的夹角。计算公式为
在实际应用中，由于所建立的DEM数据常常是按从南到北获取的(图5-5)故在采用上述公式时，求出的θ是与正北方向的夹角。
　　另外，求出的坡向θ有与x轴正向与x轴负向夹角之分，这就要看坡向变量A(i)和B(j)的符号。在图5＿6中，可以根据θ角及A(i)和B(j)的符号来确定地表单元的坡向，如表5＿1所示。表中"≈"表示当A或B的绝对值很小时的情况，这与计算时的数值精度有关，可以根据情况设定一个阈值(例如ε)，当|A|或|B|&ε时，就可以认为|A|或|B|=0。根据该表求取的坡向类别比较详细，实际应用中有时反而不太方便，需要给予适当合并，例如分为平缓坡、阳坡、半阳坡和阴坡，并分别用代码1、2、3和4表示。
坡向综合表
曲面面积计算地表单元的曲面面积很容易根据数字高程模型来取得，根据空间矢量的物理性质，单元曲面面积(Si,j)可以用该单元边的中点所建立的矢量及由它们所确定的法矢量的模来定义，即
4．地表粗糙度计算地表粗糙度是反映地表的起伏变化与侵蚀程度的指标一般定义为地表单元的曲面面积与投影面积之比，这样，对于实际光滑的斜面也可以求出不同的粗糙度，这不适宜。这里用对顶点连线L1与L2中点的高差D来表示粗糙度(图5-7),D愈大，说明单元的四个顶点的起伏变化也愈大。其计算公式为
5.高程及变异分析高程分析包括平均高程和相对高程的计算。以地表单元网格顶点Pk(k=1,2,3,4)的高程平均值定义为该单元的平均高程。
以地表单元网格顶点Pk(k=1,2,3,4)的高程与研究区域或某一流域内最低点高程zmin之差的平均值定义为该单元的相对高程。
高程变异是反映地表单元格网各顶点高程变化的指标，它以格网单元顶点的标准差与平均高程的比值来表示。
6．谷脊特征分析谷和脊是地表形态结构的主要组成部分，由沟谷和山脊构成的地性线在区域地形的研究和制图综合中，都具有重要的意义。从一般概念上讲，谷即为地势相对最低的点集，脊为地势相对最高的点集。当对谷脊特征作概略分析时，可根据数字高程模型，按照以下判别式直接提取谷点和脊点。
（zi,j-1-zi,j）(zi,j+1-zi,j)&0
　　当zi,j+1&zi,j，
则VR(i,j)=-l 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5-14)
　　当zi,j+1&zi,j
则VR(i,j)=l 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5-15) 如果
(zi-1,j-zi,j)(zi+1,j-zi,j)&0
　　当zi+1,j&zi,j
则VR(i,j)=-l 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5-16)
　　当zi+1,j&zi,j则VR(i,j)=l
　　如果(5-14)和(5-17)或(5-l5)和(5-l6)同时成立
则VR(i,j)=2　　　　　　　　　　　　　　　(5-17)
　　如果以上条件均不成立
则VR(i,j)=0 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5-18)
当需对谷脊特征作较精确的分析时，通过曲面拟合方法建立地表单元的曲面方程，然后通过确定曲面上各个插值点的极小值和极大值，以及当插值点在两个相互垂直的方向上分别为极大值和极小值时，可以确定出谷点、脊点或鞍点。
　　提取出谷点和脊点，将地表单元内所有谷点在单元域内的延伸长度累加，便获得单元的沟谷总长度∑L。沟谷总长度与地表单元面积A之比，即为沟谷密度。沟谷密度的精度随着与提取谷脊信息时给定的插值间距的缩小而提高。地表单元内几个谷点的切割深度的均值即为该单元的沟谷深度值，它以地表单元谷点与最近脊点的平均高差来确定，即
式中：为谷点高程；
　　为该谷点最近的脊点的平均高程值。
7. 日照强度的分析
　　日照强度的分析是指在一个已知的地理区域内，通过坡度、方位和太阳在不同季节以及一天内的不同时间所处的位置等参数，来计算研究区每一点在某一时刻接受的日照强度。其计算公式为
当E=0时，表示阴暗;当0&E&100时表示不同的日照强度。
　　式中：β是大气透过率(与太阳高度和大气状况有关);
　　　　　G为太阳常数;
　　　　　h为太阳高度角(由球面三角公式推求);
　　　　　t是时角;
　　　　　a和b为坡面方程系数;
　　　　　θ为坡度。
8. 淹没边界的计算
　　DEM数据不仅直接用于各种地形因子的自动提取，而且可以与有关信息进行复合，研究地形因子与其他要素之间的相关关系，其中淹没损失的估算，就是研究土地利用数据与数字高程之间的关系。为了估算淹没损失，首先，将数字地形的数据和土地利用数据进行匹配;其次，根据高程，确定淹没边界;最后，统计淹没边界内的被淹对象的类别和面积，就能精确地算出研究对象的淹没损失。为确定淹没边界，如图5-8，设格网边长为△x，洪水的实际淹没高程为H，该高程附近的平均坡度为a，于是&
显然，由高程H1确定的网格正好在淹没边界之内，而由H2确定的网格，则正好超过实际淹没高程H一个网格。由于在数字地形模型中，相邻网格的高程总是存在于H1至H2的高程范围内，因此，凡高程&H2的格网均可作为淹没区处理，只是对于边界网格，可能存在半个网格的误差，需要进行误差改正。以H2为临界值，将数字地形的数据按照下式进行重新分类，即
得到数字地形的二值图，将该二值图与土地利用数据进行布尔逻辑操作，就能统计出各类土地利用的淹没面积。
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。基于ModelBuilder的农用地图斑地形因子自动提取与应用--《国土与自然资源研究》2013年03期
基于ModelBuilder的农用地图斑地形因子自动提取与应用
【摘要】：农用地图斑地形因子提取多采用人机交互的方式,提取过程复杂,需要较高的技术要求与操作经验。面对农用地数据库建设与分析时,人机交互的处理方式不能满足效率与质量的要求。基于ModelBuilder建模实现农用地图斑地形因子自动提取。研究说明方法有效,为土地利用提供辅助决策支持。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：P208【正文快照】：
1引言随着城镇化的快速推进,人口不断增加,城镇规模逐步扩大,如何搞好土地综合利用与开发,已经成为土地资源开发与保护的一个重要方向。如何快速有效的确定农用地图斑的地形因子,对于确定农用地性质与等级具有重要意义。国内学者对利用DEM计算坡度方面的研究较多,采用DEM自动
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京公网安备74号用ArcGis进行地形因子提取和水文分析的方法
这里介绍的是用dem数据，利用ArcGis进行地形因子提取和水纹分析的方法。 首先，地形因子提取：提取等高线：Spatial
Analysis → surface analysis → contour（这是ArcGis的Spatial
Analysis工具，在做分析之前要将菜单栏中Tool菜单下的extension中的Spatial
Analysis选项勾上，否则不能进行空间分析。）提取坡度：Spatial Analysis → surface analysis →
slope 重分类：Spatial Analysis → Reclassify 增加山体阴影：spatial analysis →
surface analysis → hillshd…… 掩膜：spatial analysis → raster
calculator（对话框中输入back = [dem] &=
0）山顶点的提取：这个过程比较复杂，最后我会附上一个地址，那篇文章里有例子以及具体的介绍。 三维：三维效果图的建立：3D
analysis → create/modify tin/Create Tin from features
提取断面、三维可视化等操作需要一些图例，这个在文章中也有，图很漂亮哦~
水文分析：这个主要用到ArcToolBox中的工具了。水流方向提取：ArcToolBox → Spatial Analysis
Tools → Hydrology → Flow Direction 洼地提取：ArcToolBox → Spatial
Analysis Tools → Hydrology → Sink 洼地贡献区域计算：ArcToolBox → Spatial
Analysis Tools → Hydrology → Watershed 每个洼地所形成的贡献区域的最低高程：ArcToolBox
→ Spatial Analysis Tools → Zonal → Zonal Statistics
每个洼地贡献区域出口的最低高程即洼地出水口高程ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Zonal
→ Zonal Fill 洼地深度：加载Spatial Analyst，Spatial Analyst → Raster
Calculator 基于无洼地的水流方向计算ArcToolBox → Spatial Analysis Tools →
Hydrology → Flow Direction 汇流累积量ArcToolBox → Spatial Analysis Tools
→ Hydrology → Fill Accumulation 计算水流长度ArcToolBox → Spatial Analysis
Tools → Hydrology → Flow Length
还有栅格河网的生成等，上面这些知识针对要实现的功能能够利用到的工具，具体的操作一下子也讲不清，需要自己慢慢琢磨，这里我放篇文章，里面每个步骤都有图例的，只要有一副dem，看着这篇文章就能照着做的，我试过，和教科书一样清楚。无论是想学ArcGis还是要写相关论文都可以参考。仅在这里把我认为的好资源分享给大家。网址在这里：
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。ArcGis进行地形因子提取和水文分析的方法
这里介绍的是用dem数据，利用ArcGis进行地形因子提取和水纹分析的。
首先，地形因子提取：
提取等高线：Spatial Analysis & surface analysis & contour（这是ArcGis的Spatial Analysis工具，在做分析之前要将菜单栏中Tool菜单下的extension中的Spatial Analysis选项勾上，否则不能进行空间分析。）
提取坡度：Spatial Analysis & surface analysis & slope
重分类：Spatial Analysis & Reclassify
增加山体阴影：spatial analysis & surface analysis & hillshd&&
掩膜：spatial analysis & raster calculator（对话框中输入back = [dem] &= 0）
山顶点的提取：这个过程比较复杂，最后我会附上一个地址，那篇文章里有例子以及具体的介绍。
三维效果图的建立：3D analysis & create/modify tin/Create Tin from features
提取断面、三维可视化等操作需要一些图例，这个在文章中也有，图很漂亮哦~
水文分析：这个主要用到ArcToolBox中的工具了。
水流方向提取：ArcToolBox & Spatial Analysis Tools & Hydrology & Flow Direction
洼地提取：ArcToolBox & Spatial Analysis Tools & Hydrology & Sink
洼地贡献区域计算：ArcToolBox & Spatial Analysis Tools & Hydrology & Watershed
每个洼地所形成的贡献区域的最低高程：ArcToolBox & Spatial Analysis Tools & Zonal & Zonal Statistics
每个洼地贡献区域出口的最低高程即洼地出水口高程ArcToolBox & Spatial Analysis Tools & Zonal & Zonal Fill 洼地深度：加载Spatial Analyst，Spatial Analyst & Raster Calculator
基于无洼地的水流方向计算ArcToolBox & Spatial Analysis Tools & Hydrology & Flow Direction
汇流累积量ArcToolBox & Spatial Analysis Tools & Hydrology & Fill Accumulation
计算水流长度ArcToolBox & Spatial Analysis Tools & Hydrology & Flow Length
还有栅格河网的生成等，上面这些知识针对要实现的功能能够利用到的工具，具体的操作一下子也讲不清，需要自己慢慢琢磨，这里我放篇文章，里面每个步骤都有图例的，只要有一副dem，看着这篇文章就能照着做的，我试过，和教科书一样清楚。无论是想学ArcGis还是要写相关论文都可以参考。
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