gis中灾害坡度与相对高差相关性研究

摘要 本文是基于 GIS 技术对部分因素引起地质灾害的分析与研究，基于 GIS 对地形坡 度、相对高差提取和相关系数知识的分析与研究。确定相对高差和坡度两因子对地 质灾害的影响和作用。以及在 GIS 中地质灾害与相对高差和坡度的相关性分析中的 一些技术、理论、方法与问题的研究。在研究中了解地质灾害与 GIS 的相关知识。 基于 ArcGIS 平台, 利用已知数据资料, 计算并定量分析相对高差和坡度。并利用 区域滑坡灾害资料， 初步建立相对高差、坡度与滑坡灾害之间的相关性。为部分突 发性自然灾害的预防等提供信息保障和决策支持。阐述地质灾害的定义, 在利用 ArcGIS 软件数据处理和对两因子的相关性分析与相关系数计算，总结国内外研究成 果的基础上。分析了地质灾害与相对高差和坡度之间的关系 。系统总结了基于 GIS 技术的地质灾害相对高差和坡度相关性分析方法。 关键词： 地质灾害 ArcGIS 相关性分析 相对高差 坡度 目录 1 研究方向 .1 1.1 引言 1 1.2 研究的意义 2 1.3 研究的内容 2 2 地质灾害与 GIS3 2.1 地质灾害 3 2.2 地理信息系统(GIS) .3 2.2.1 GIS 的简介 3 2.2.2 GIS 的特征 3 2.2.3 GIS 的功能 4 2.2.4 ArcGIS 平台 .4 2.3 相对高差、坡度与地质灾害 4 3 基于 GIS 的坡度、相对高差计算方法 .5 3.1 相对高差和坡度简介 5 3.2 坡度 5 3.3 相对高差 7 3.4 灾害数据 7 4 研究数据的获取 .8 4.1 灾害数据获取 8 4.1.1 图像纠正 8 4.1.2 灾害数据数字化 10 4.2 灾害数据数字化成果图 12 4.3 基于 DEM 的坡度提取 .17 4.3.1 坡度的提取和生成坡度图 17 4.3.2 灾害点坡度的提取 19 4.3.3 灾害点坡度的提取结果图 23 4.4 基于 DEM 的相对高差的提取 .25 4.4.1 高程（DEM）提取 .25 4.4.2 相对高差的提取与相对高差图的生成 25 4.4.3 灾害点相对高差的提取 27 4.4.4 灾害点相对高差的提取结果图 30 5 灾害数据处理与分析 .32 5.1 数据格式转换 .32 5.1.1 栅格数据向矢量数据的转换 32 5.1.2 矢量数据向栅格数据的转换 33 5.2 地质灾害与坡度、相对高差的叠加计算 33 5.3 灾害点坡度、相对高差值的分类 34 5.3.1 灾害点坡度、相对高差值的分类方法 34 5.3.2 各灾害点坡度、相对高差值的分类结果属性表 39 5.4 平均坡度的计算与分析 41 5.5 属性表的导出 42 5.5.1 导出步骤 42 5.5.2 表格中灾害个数的计算与统计步骤 43 5.6 灾害的统计结果与分析 44 5.6.1 崩塌灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析 .44 5.6.2 滑坡灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析 .45 5.6.3 泥石流灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析 .46 5.7 地质灾害与相对高差和坡度的相关性分析 .47 5.7.1 相关系数的计算方法 .47 5.7.2 相关系数的计算与统计结果 .48 5.7.3 相关性的分析 .49 5.8 结果分析 50 5.8.1 得出结论 .50 5.8.2 成果分析 .50 6 结束语 .51 参考文献 52 致谢 53 外文翻译 55 1 研究方向 1.1 引言 今年来 ,各种地质灾害对我国危害程度日益加重 ,地质灾害造成的损失逐年 增加 ,造成巨大的经济损失 。所谓地质灾害 ,指由于地质因素的存在和变化能 够对各类建筑和工程 造成破坏并招致显著的经济损失 ,对人民生命和生产安全 构成威胁 ,对城乡和区域环境产生危害的各类地质作用和现象 。而且随着社会 的进步, 政府部门及基层广大群众提高了对地质灾害的重视程度. 对政府而言, 它需要了解辖区内的地质灾害发育规律, 以便采取相应的防治措施; 对群众而 言, 则关系到他们的切身利益, 他们需要知道灾害会不会发生, 需不需要搬迁 等信息.。通过对相对高差和坡度地貌学中描述地貌形态的两个重要参数的研究， 确定相对高差和坡度对地质灾害的影响作用和预测灾害的发生，帮助政府对地 质灾害做出科学预报和有效防治，降低和减少地质灾害对国家建设和人民生活 的影响。而地理信息系统 (GIS) 是有效表达、处理以及分析与地理分布有关的 专业数据的一种技术，它为人们提供了一种快速展示有关地理信息和分析信息 的新的手段和平台。 从 20 世 80 年代以来，GIS 在灾害管理中得到逐步深入 的应用：从简单的灾害数据管理、多源数据集数字化输入和绘图输出，到 DTM 和 DEM 模型的建立和使用；从 GIS 结合灾害评价模型的扩展分析；到 GIS 与决 策支持系统的集成。GIS 的核心是空间数据管理子系统，由空间数据处理和空 间数据分析构成。运用 GIS 所具有的数据采集和提取、转换与编辑、数据集成、 数据的重构与转换、查询与检索、空间操作与分析、空间显示和成果输出及数 据更新等功能，我们可以根据地质灾害评估的需要，建立以 GIS 技术为基础的、 用于地质灾害评价的空间分析模型，评价结果可以图层的形式显示或者报表、 表格形式输出，为专业部门或决策部门提供灾害管理和决策依据。本文主要简 述利用 ArcGIS 软件由矢量地形图生成 TIN, 进而得到坡度图、及高程图的方 法, 分析地质灾害与相对高差和坡度之间的关系从而帮助政府人员合理科学的 预防地质灾害和管理规划地质灾害区的建设与开发。 2 地质灾害与 GIS 2.1 地质灾害 地质灾害是包括自然因素或人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山 体滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝等与地质作用有关的灾害。 1 我国是世界上自 然灾害最多、损失最严重的国家之一,灾害种类多,分布地域广,造成损失大。应 对自然灾害是人类生存与可持续发展不可回避的问题之一,与风险共存,始终做 到居安思危、防患于未然,是减灾和灾害管理的基本点和出发点。 2.2 地理信息系统(GIS) 2.2.1 GIS 的简介 地理信息系统(GIS)是一门集计算机，信息学，地理学等多门学科为一体的 学科。它是在计算机软件和硬件支持下，应用系统工程和信息工程的理论，科 学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研 究所需信息的空间信息系统。 2 GIS 通常也被认为是一种决策支持系统。它 是有信息系统的一般特点。GIS 可以通过、分析、通讯进行复杂图案识别以及 空间建模和数据挖掘。一个 GIS 系统一般由 5 部分组成硬件、软件、数据、人 员、方法。所以 GIS 既是一门学科又是一个技术系统。 2.2.2 GIS 的特征 （1）具有采集，管理，分析和输出多种地理空间信息的功能，具有空间性 和动态性。 （2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分 析，多要素综合分析，多要素综合分析和动态预测的能力。 （3） 由计算机系统支持进行空间地理数据管理。 3 因素。在滑坡区域空间预测和相关性研究中, 坡度和相对高差的提取基于 DEM。在 ArcGIS 软件平台上, 利用已知数据资料, 通过对研究区相对高差和坡 度的提取, 结合现有区域数据资料, 建立这两个地形参数与区域灾害发育之间 的相关性, 探讨相对高差和坡度分析在地质灾害评价中的应用。可以很好的研 究和了解地质灾害的形成，发生和预测。 3 基于 GIS 的坡度、相对高差计算方法 3.1 相对高差和坡度简介 相对高差和坡度是地貌学中描述地貌形态的两个重要参数。 相对高差反 映地表起伏程度, 常用某一确定面积（一定半径的圆面）内最高点和最低点海 拔高度之差来表示, 坡度一般指坡面的铅直高度和水平宽度比值的反正切值。 地面上某点的坡度是表示地表面在该点倾斜程度的量, 它是一个既有大小、又 有方向的量。地表面任一点的坡度是指过该点的切平面与水平地面的夹角。坡 度表示了地表面在该点的倾斜程度。 5 ArcGIS 中坡度包括两种表示方法，一 是坡度 (Degree of slope)，二是坡度百分比(Percent of slope)。而本文中 坡度不是指实测得到的值, 而是基于 DEM 数据利用 ArcGIS 提取的坡度值。新 近快速发展的地理信息系统(Geographic Information System,GIS) 为地质学 研究和地貌形态的定量分析提供了新的视角和平台。数字高程模型 (DigitalElevation Model,DEM) 作为地理数据库中最为重要的空间信息资料和 赖以进行地形分析的核心数据系统，不仅可以提取相对高差、坡度和坡向等地 形参数，这些参数同时成为定量分析地形地貌和地质灾害评价的基础。另外, 地理信息系统在滑坡灾害评价中的应用日益成为地质灾害研究中的热点。 3.2 坡度 格网模型中地表基本单元的坡度等于其法向量 与 z 轴之夹角（图 3-2- jin, 1 中的 slope ） ，而两向量的夹角余弦等于两向量的数量积与模的乘积之商，ji, 即： 4 研究数据的获取 4.1 灾害数据获取 4.1.1 图像纠正 图像纠正的步骤：在 ArcGIS 中打开界址图如图(1)，加载灾害图如图(2)， 左击灾害图出现菜单，然后点击 zoom to layer ，修改在灾害图坐标，使之达 合理精度要求如图(3)。再检查所修改的坐标，确定满足要求精度如图(4)。利 用 Georeferencing 工具中的 fit to display 完成图像纠正。其结果如图(5)。 图 4.1 界址图像 成果图 4.20 不稳定斜坡灾害点相对高差图 5 灾害数据处理与分析 5.1 数据格式转换 5.1.1 栅格数据向矢量数据的转换 展开 Conversion Tools 工具箱，打开 From Raster 工具集，双击 Raster to Polygon，打开 Raster to Polygon 对话框。 在 Input raster 文本框中 选择输入需要转换的栅格数据。在 Output Polygon Features 文本框键入输出 的面状矢量数据的路径与名称。 选择 Simplify Polygons 按钮 （默认状态是 选择），可以简化面状矢量数据的边界形状。单击 OK 按钮，执行转换操作。 6 结束语 经过两个多月的努力，论文终于完成 在整个设计过程中，出现过很多的难 题，但都在老师和同学的帮助下顺利解决了，在不断的学习过程中我体会到， 写论文是一个不断学习的过程，从最初刚写