ArcGIS高级空间分析讲义

1、实验一、地形分析-TIN及DEM的生成及应用(综合实验)一、实验目的DEM是对地形地貌的一种离散的数字表达，是对地面特性进行空间描述的一种数字方法、途径，它的应用可遍及整个地学领域。通过对本次实习的学习，我们应：a) 加深对TIN建立过程的原理、方法的认识；b) 熟练掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法。c) 掌握根据DEM或TIN 计算坡度、坡向的方法。d) 结合实际，掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。二、实验准备软件准备：ArcGIS Desktop 9.x -ArcMap(3D分析模块)实验数据：矢量图层：高程点Elevpt_Clip.shp，高程Elev_Clip.s

2、hp，边界Boundary.shp，洱海Erhai.shp三、实验内容及步骤1. TIN 及DEM 生成1.1由高程点、等高线矢量数据生成TIN转为DEM在ArcMap中新建一个地图文档(1) 添加矢量数据：Elevpt_Clip、Elev_Clip、Boundary、Erhai（同时选中：在点击的同时按住Shift）(2) 激活“3D Analyst”扩展模块（执行菜单命令 工具扩展，在出现的对话框中选中3D分析模块），在工具栏空白区域点右键打开3D分析 工具栏(3) 执行工具栏3D分析中的菜单命令3D分析创建/修改TIN从要素生成TIN；(4) 在对话框从要素生成TIN中中定义每个图层的数

3、据使用方式；在从要素生成TIN中对话框中，在需要参与构造TIN的图层名称前的检查框上打上勾，指定每个图层中的一个字段作为高度源（Height Source），设定三角网特征输入（Input as）方式。可以选定某一个值的字段作为属性信息（可以为None）。在这里指定图层Erhai 的参数：三角网作为：指定为硬替换 ，其它图层参数使用默认值即可。(5) 确定生成文件的名称及其路径，生成新的图层tin，在TOC(内容列表)中关闭除TIN和Erhai之外的其它图层的显示，设置TIN的图层（符号）得到如下的效果。(6) 执行工具栏3D分析中的命令转换TIN转换到栅格，指定相关参数：属性：高程，像素大小

4、:50，输出栅格的位置和名称: TinGrid确定后得到DEM数据：TinGrid, 其中，每个栅格单元表示50m50m的区域 1.2 TIN的显示及应用(1) 在上一步操作的基础上进行，关闭除TIN之外的所有图层的显示，编辑图层tin的属性，在图层属性对话框中，点击符号 选项页，将 边界类型 和 高程 前面检查框中的勾去掉; 点击 添加 按钮(2) 在 添加渲染 对话框中，将 所有边用同一符号进行渲染 和 所有点用同一符号进行渲染 这两项添加么TIN的显示列表中，(3) 将TIN图层局部放大，认真理解TIN的存储模式及显示方式(4) TIN 转换为 坡度多边形新建地图文档，加载图层 tin，

5、参考上一步操作，将 面坡度用颜色梯度表进行渲染 和 面坡向用颜色梯度进行渲染 这两项添加到TIN的显示列表中， 请参照上图进行设置在上面的对话框中，选中Slope，点击 分类 按钮，在下面的对框中，将类 指定为 5，然后在 间隔值 列表中输入间隔值： 8, 15，25, 35, 90 ，如下图所示点击两次 确定 后关闭图层属性对话框，图层 tin 将根据指定的渲染方式进行渲染，效果如下图所示 ：执行3D分析工具栏中的命令转换TIN转换到矢量，按下图所示指定各参数：得到多边形形图层： tinSlopef ，它表示研究区内各类坡度的分布状况，结果是矢量格式，打开其属性表可以看到属性 SlopeCo

6、de 为 数值1,2,3,4,5查看矢量图层：tinSlopef 中要素属性表，其中属性SlopeCode1,2,3,4,5分别表示坡度范围（0-8）、(8-15)、（15-25）、（25-35）、(35) (5) Eliminate合并破碎多边形（选做，需要8-10分钟）新建地图文档，加载坡度多边形图层：TinSlopef, 打开TinSlopef的属性表，添加一个字段Area（类型为Double），通过计算值操作，计算各个多边形的面积：选中高级，输入VBA代码到Pre-Logic VBA Script Code,输入变量dblArea到Area= 下的输入框中。以下的操作将会把面积小于10

7、000平方米的多边形合并到周围与之有最长公共边的多边形中：执行菜单命令选择通过属性选择，查询”Area”=10000 （平方米）的图斑被选中的多边形以高亮方式显示，这些小的图斑将会被合并到与之相邻且有最大公共边的多边形。当然也可以选择合并到相邻的面积最大的多边形。打开Arctoolbox，执行 消除 命令指定输入图层：tinSlopef, 输出要素类：TinSlopef_Elminate.shpEliminate(合并破碎多边形)操作原理原始多边形合并后多边形，选中的（面积表面分析坡度, 参照下图所示，指定各参数(3) 得到坡度栅格slope of TinGrid：坡度栅格中，栅格单元的值在

8、0 -90 度间变化(4) 右键点击图层Slope of tingrid，执行属性命令，设置图层符号，重新调整坡度分级（参考1.2 (4) 中的步骤进行分类 ）以下计算剖面曲率：(5) 执行菜单命令：3D分析表面分析坡度。按如下所示，指定各参数：(6) 得到剖面曲率栅格：Slope of Slope of tingrid2.2 坡向：Aspect(1) 在上一步的基础上进行，关闭Slope of tingrid的显示。(2) 执行菜单命令：3D分析表面分析坡向，按下图所示，指定各参数：(3) 得到坡向栅格：Aspect of tingrid 坡向栅格以下计算平面曲率:(4) 执行菜单命令：3D

9、分析表面分析坡度，按下图所示指定各参数：(5) 生成平面曲率栅格：Slope of Aspect of tingrid：2.3提取等高线(1) 新建地图文档，加载DEM数据： tingrid。在执行以下操作时确保，3D分析扩展模块已激活打开Arctoolbox，执行命令： 3D Analyst Tools Raster Surface 等高线 按上图所示指定各参数(2) 生成等高线矢量图层：Contour_tingrid:2.4计算地形表面的阴影图(1) 在上一步基础上进行，打开3D 分析工具栏(2) 执行菜单命令： 3D分析 表面分析 山影 ，按下图所示指定各参数：(3) 生成地表阴影栅格：

10、 Hillshade of tinGrid :(4) DEM渲染：如以下第2幅图所示，关闭除tingrid 和 Hillshade of tingrid以外所有图层的显示，并将 tingrid 置于 Hillshade of tirngrid 之上，右键点击 tingrid ，在出现的右键菜单中执行 属性 ，在图层属性对话框中，参照下图所示设置符号选项页中颜色。打开工具栏效果，如下图所示，设置栅格图层tingrid的透明度为：40%左右。2.5可视性分析A.通视性分析(1) 在上一步的基础上进行，打开 3D分析 工具栏，从工具栏选择 通视线 (Line of sight)工具：(2) 在出现的

11、 通视线 Line of Sight对话框中输入观察者偏移量 和 目标偏移量, 即距地面的距离，如图：在地图显示区中从某点A沿不同方向绘制多条直线，可以得到观察点 A 到不同目标点 的通视性：绿色线段表示可视的部分，红色线段表示不可见部分B.可视区分析：移动发射基站信号覆盖分析(1) 在上一步基础上进行，在内容列表区TOC中关闭除 tingrid 之外的所有图层，加载移动基站数据矢量图层：移动基站.shp(2) 在3D 分析 工具栏中，执行菜单命令:3D 分析表面分析视域，按下图所示指定各参数：(3) 生成可视区栅格： ViewShed of 移动基站 ：其中绿色表示现有发射基站信号已覆盖的区

12、域，淡红色表示，无法接收到手机信号的区域2.6地形剖面(1) 在上一步基础上进行，打开 3D分析 工具栏，点击 插入线 工具，跟踪一条线段，这条线段可以从DEM:TINGRID 中得到高程值，(2) 点击 创建剖面图 按钮，得到上一步所生成的3D线段的剖面图：实验二、Model Builder 土壤侵蚀危险性建模分析(综合实验)一、实验目的模型生成器 (ModelBuilder) 为设计和实现空间处理模型提供了一个图形化的建模环境。模型是以流程图的形式表示，它通过工具将数据串起来以创建高级的功能和流程。你可以将工具和数据集拖动到一个模型中，然后按照有序的步骤把它们连接起来以实现复杂的 GIS

13、任务。通过对本次练习，我们可以认识如何在ModelBuilder环境下通过绘制数据处理流程图的方式实现空间分析过程的自动化，加深对地理建模过程的认识，对各种GIS分析工具的用途有深入的理解。1. 认识ModelBuilder操作界面2. 确定目标，加载数据3. 创建模型4. 编辑模型5. 执行模型，查看结果二、实验准备三、实验内容及步骤1. 认识ModelBuilder操作界面1: 添加硬盘上的数据或工具到模型中，数据也可以从ArcMap或ArcCatalog从直接拖到模型中，工具可以直接从Arctoolbox直接拖到模型中2: 显示全部模型要素，并充满ModelBuilder窗口3: 自由缩

14、放，点击此按钮后，按住鼠标不放可，向上或向下移动鼠标可以自由缩放ModelBuilder中的流程图4: 选择，用以选择模型中的数据图框，工具图框5: 添加连接，将数据和工具连接起来6: 运行选中的处理过程或整个模型2. 确定目标，加载数据目标：获取 土壤侵蚀危险性分布图因子确定：坡度、土壤类型、植被覆盖数据：矢量数据：研究区界线(Study Area)、植被(Vegetation)，栅格数据：土壤类型栅格(Soilsgrid)(1) 在ArcMap中新建一个地图文档(2) 添加矢量数据：StudyArea、Vegetation、栅格数据Soilsgrid（同时选中：在点击的同时按住Shift）

15、(3) 打开Arctoolbox，激活Spatial Analyst空间分析扩和3D分析扩展模块（执行菜单命令 工具扩展，在出现的对话框中选中 “空间分析模块”和“3D分析”）(4) 根据Vegetaion 中的属性VegTYPE设置植被图层的符号为唯一值渲染，根据SoilsGrid 图层中属性S_Value设置土壤类型栅格的符号为唯一值渲染，设置图层StudyArea的边界和填充，并调整各图层的顺序得到如下下效果：(5) 保存地图文档为Ex8.mxd3. 创建模型在上一步操作的基础上进行(1) 在ArcMap中，打开Arctoolbox，执行菜单命令: 工具选项, 在选项设置对话框中，设置空

16、间处理选项页中我的工具箱位置，将其指定为 某个路径，比如d:arcgis,因为以下建立的模型将会被保存到后缀为 .tbx 的文件中，而这个文件是保存在以上设定的路径下的.(2) 在Arctoolbox中，右键点击根目标Arctoolbox,在右键菜单中执行新的工具箱命令，将会在d:arcgis创建一个工具箱，将新建工具箱改名，比如geosptial (3) 右键点击新建的工具箱geosptial, 在右键菜单中，执行命令：新建模型，将打开 ModelBuilder 应用程序窗口：注意：对已存在的模型，右键点击模型后，选择编辑也可以打开ModelBuilder窗口，对已存在的模型进行编辑。4.

17、编辑模型在上一步基础上进行(1) 在ModelBuilder窗口中，执行菜单命令 ：模型模型属性在常规选项页中，设置模型的名称及标注在环境变量选项页中设置分析范围为研究区范围通过在环境设置中，设定常规设置的输出范围为 Same As Layer “StudyArea”(2) 在ModelBuilder窗口中，执行菜单命令 ：模型图解属性(3) 从ArcMap中，将图层Vegetaion、Soilsgrid拖放到 ModelBuilder窗口中; 从Arctoolbox中将工具DEM到栅格 拖放到ModelBuilder窗口中(此工具在Conversion ToolsTo Raster下)(4)

18、 在ModelBuilder窗口中，双击工具图框 DEM到栅格，在出现的工具设置对话框中指定输入USGS DEM文件为：elevation.dem通过输入框右边的浏览打开按钮在硬盘上找到该文件。(5) 从Arctoolbox中将工具坡度 拖放到ModelBuilder窗口中(此工具在3D Analyst Tools Raster Surface下)，在 ModelBuilder 窗口中，点击添加连接按钮（如下图红色箭头所指）将派生数据图框DEMToRa_elev1与工具图框坡度连接在一起。完成后效果如下图所示：右键点击图框输出栅格将其改名为: 坡度图(6) 从Arctoolbox中将工具重分类

19、 拖放到ModelBuilder窗口中(此工具在Spatial Analyst Tools Reclass下)，在 ModelBuilder 窗口中，点击添加连接按钮将派生数据图框坡度图与工具图框重分类连接在一起。完成后效果如下图所示：(7) 在 ModelBuilder窗口中，双击工具图框重分类，在重分类工具属性对话框中将坡度重分类：在这里我们通过INFO数据表slopereclass实现重分类，在上图中，点击装载按钮，找到数据表slopereclass,将根据此数据表中的设定值将坡度分为10类。Slopereclas中有特殊的字段FROM、TO、OUT、MAPPING，可以用于重分类：在M

20、odelBuilder窗口中，右键点击工具图框重分类后面的 输出栅格将其改名为: 重分类坡度图(8) 从Arctoolbox中将工具要素到栅格 拖放到ModelBuilder窗口中(此工具在Conversion Tools TO Raster下)，在 ModelBuilder 窗口中，点击添加连接按钮将数据图框vegetaion与工具图框要素到栅格连接在一起。完成后效果如下图所示：将工具图框要素到栅格后的输出栅格改名为 植被栅格。双击与Vegetaion相连的工具图框要素到栅格，在出现的对话框中，设置字段为VEGTYPE,确定。在ModelBuilder中右键选中图框要素到栅格，执行运行命令。注：此步骤比较重要(9) 从Arctoolbox中将工具加权叠加 拖放到ModelBuilder窗口中(此工具在Spatial Analyst Tools Overlay下)，右键点击工具图框加权叠加后的结果数据图框改名为土壤侵蚀栅格，完成后效果如下图所示：(10) 在ModelBuilder窗口中，双击工具图框加权叠加，在出现的加权叠加工具设置对话框中点击 Add Raster Row按钮 (下图红色箭头所指)在 加入加权