基于ArcGIS的DEM分析与可视化

1、实验四基于ArcGIS的DEM分析与可视化一、实验目的1、掌握利用ArcGIS三维分析模块进行创建表面的基本方法2、掌握利用ArcGIS三维分析进行各种表面分析的基本方法，并能进行表面创建及景观图制作3、掌握地形特征信息的提取方法，能利用ArcGIS软件基于DEM寸山脊线和山谷线的提取4、掌握三维场景中表面及矢量要素的立体显示其原理与方法，熟练掌握ArcGIS软件表面及矢量要素杂场景中的三维显示及其叠加显示5、熟练掌握ArcScene三维场景中要素、表面的多种可视化方法。6、通过制作某区域的飞行动画，实现对该区域的宏观浏览，掌握地形的三维显示与飞行动化的制作方法。二、主要实验器材(软硬件、实验

2、数据等)计算机硬件：性能较高的PC机计算机软件：ArcGIS9.3软件、VisualBasic6.0实验数据：ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程随书光盘或其他中三、实验内容与要求1、地形特征信息提取操作指导见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程第九章实例与练习2P349-351。实验数据具体见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程随书光盘ch9EX2。要求：利用所给区域DEM(据，提取该区域山脊线、山谷线栅格数据层。具体操作：1 .点击DEMB据，使用表面分析中的坡向(Aspect)工具，提取DEM勺坡向数据层，命名为A。2 .点击数据层A,使用表面分析中的坡度(Slope)工具，

3、提取数据层A的坡度数据，命名为SOA13 .求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H;使用空间分析工具集中的栅格计算器(RasterCalculator),公式为(HI-DEM,得到与原来地形相反的数据层，即反地形DEM数据。4 .基于反地形DEM据求算坡向值。5 .利用SOA方法求算反地形的坡向变率，记为SOA26 .使用空间分析工具集中的栅格计算器(RasterCalculator),公式为SOA=(SOA1+SOA2)-Abs(SOA1+SOA2)/2，这样就可以求出没有误差的DEM勺坡向变率SOA7 .再次点击初始DEM据，点击SpatialAnalyst->Neighborho

4、odStatistics(栅格邻域计算工具)，打开对话框，设置统计类型(Statistictype)为平均值(Mean),邻域的类型为矩形(也可以为圆)，领域的大小为11X11(这个值也可以根据自己的需要进行改变)，则可得到一个邻域为11X11的矩形的平均值数据层，记为B,各项设置如图4-1所示。8 .使用空间分析工具集中的栅格计算器(RasterCalculator),公式为C=DEM-B,即可求出正负地形分布区域，如图4-2所示。J_j二q二二二工匚二图4-1栅格邻域计算对话框图4-2正负地形分别示意图InputdAtA：:Fbeld:Statistictype:Neighborhood:

5、NeighborhoodSettlingsHeight:|11Width：11Units:eCellLMapOutputcellsize;SOutputraster:14r匚口冷实验报hp%之总OK厂ance)9 .使用空间分析工具集中的栅格计算器(RasterCalculator),公式为shanji=C>0&SOA>70,即可求出山脊线，如图4-3所示。10 .同理，在栅格计算器(RasterCalculator)中，键入公式为shangu=C<0&SOA>70,即可求出山谷线，如图4-4所示。图4-3山脊线的界面图4-4山谷线的界面2、表面创建及景

6、观图制作操作指导见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程第九章实例与练习3P352-356。实验数据具体见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程随书光盘ch9EX3。要求：(1)利用所给等高线数据建立景区栅格表面；(2)在ArcScene三维场景中，实现表面与其它要素叠加三维显示；(3)设计各要素如道路、水系等的符号化显示；(4)综合考虑表面及各要素，生成美观大方的区域景观图；具体操作：思路是利用原有图层创建区域TIN表面，然后建立地表的平面景观，在生成三维景观图。第一，创建区域TIN表面1、启动ArcScence,打开数据，在3DAnalyst工具栏中选择Create/ModifyTIN

7、中的CreateTINFromFeatures.,如图4-5,打开CreateTINFromFeatures对话框，在对话框中设置目标图层，参数设置如图4-6,单击OK即可，得到的区域TIN表面，如图4-7。图4-53DAnalyst工具栏中的建立TIN的工具界面CreateTINFromFeatures图4-6CreateTINFromFeatures对话框图4-7区域TIN表面第二、创建栅格表面：打开在3DAnalyst工具栏中选择Convert的TINtoRaser.,如图4-8,打开ConvertTINtoRaser对话框，在对话框中设置目标图层，参数设置如图4-9,单击OK即可，得到

8、的栅格表面，如图4-10。CcnvtrtTINtoRaster12总JConvertsaTINtoarasterofefevationsHopeoraspect.,InpbtTIN:tin73回Atbrtxjtft：ElevationZfactor:|1.0000Cellsize：|64.1Rows；157Columns;249Outputraster:|c：arcgisChp9Ex3tingrid2回OKCancelJ图4-9ConvertTINtoRaser对话框图4-10得到的栅格表面第三、建立平面景观图平面景观图很容易建立，只需要对各个图层进行符号化之后，叠加即可，最终的平面景观图，如

9、图4-11。图4-11平面景观图界面第四、三维景观图的建立主要也是通过3DAnalyst工具实现河流和道路及其栅格表面的三维化，进行叠加即可。在3DAnalyst工具栏中选择Convert的Featuresto3D.,如图4-12,打开ConvertFeaturesto3D对话框，在对话框中设置目标图层，参数设置如图4-13,单击OK即可，得到的三维景观图，如图4-14。ConvertSourceofheights'RasterorTINsuface：InutFemursattributeMumericconstant:皿基准高程|fnode_|q.oo"一"&qu

10、ot;""'二回21OutputfeaturwiIcarcgisGhpSdddfeatl.ihp看出路径回0<ICancel图4-13ConvertFeaturesto3D对话框界面3DAnalystLayer:令加工嘉合CreAte/WodifyTINInterpolatetoRasterSurfaceAnlysi5卜ReclassifyFeaturesto3D”.Options.RastertoFeatures.RastertoTIN.TINtoRaster.UMtoFeature5h.图4-123DAnalyst工具栏中进行图层三维化的工具Convert

11、Fejturetto3DTurnsFeatureshto3DbyinterpolatingheightsqFFwsurface,usinganattrtuta苦色sourceoFheight，ort的ngaspecifiedconstant.被三维化的图层Inputfeatures:|ArcjCllpjfh»r图4-14三维景观图3、污染物在蓄水层中的可视化操作指导见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程第九章实例与练习4P356-359。实验数据具体见ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程随书光盘ch9EX4。要求：利用所给数据，实现污染物状况的三维可视化显示，点状水井矢量要素

12、的突出显示，污染源的符号化突出显示。具体操作：思路是先弄清楚污染物的体积与污染程度，然后再了解一下污染物与水井的位置关系，在进一步确定需要优先清理的污染源，在场景中进行三维显示。首先，得出污染物的面积及污染程度：1、打开场景Chp9Ex4Exercised4.sxd,可以看到所需实验数据已经加载，如图4-15所示。2、显示污染物的体积与污染程度。将污染物浓度的栅格图层叠加到污染空间表面上，可以显示蓄水层中污染物的体积与污染物程度，即要打开污染物浓度图层contamination的属性对话框，选择其空间TIN表面（c_tin）为基准高程，同时设置Z值转换系数为200,如图4-16所示。3、在Sy

13、mbology选项卡中选择一合适渐变色系。4、在内容列表中取消TIN表面的显示，此时可以在三维空间中察看污染物空间的形状及其受污染的强度，如图4-17所示。图4-15工作环境LayerPropertiesGtntrd|Sourc.|Display|$|JointAHeightUseaconstantvaLieorexpressiontosetheightsforlayer:*ObteinhsiqhtsforlayerFrom?urFace：':Grogist小口咻咻in值RasterResJJtcrir.1l斯呼1F时旧卧hw卓EyWuh.usethem1LhtConwefsionAp

14、plyconveraonFactortoplaceheightsinsameunitsasscene:ciftom200OffsetAddanoffsetusrgaconstantorexpression:-350图4-17污染物的体积与污染程度界面其次，显示污染物空间与水井的关系。从数据中可以看出一些水井位于污染物空间中。可以通过水井的深度属性对其进行突出显示，即可查找出那些水井与污染物空间相交，受污染较严重。1 .打开水井数据层属性对话框并选择Extrusion选项卡。2 .计算突出表达式为其深度属性字段Depth,同时选择将表达式应用为各个要素的基准高程，水井的深度以负值表示，使其向下突

15、出。关闭C-TIN数据层的显示。此时，可以直观地察看与污染物空间相交或相邻的水井，如图4-18所示。图4-18污染源与水井的位置关系另外，优先显示需要清理的污染源。1.打开污染源facility数据层属性对话框并选择extrusion对话框。2.计算突出表达式为Priority*100。3.在Symbology选项卡中设置符号为渐变色(Graduatedcolors),选择值域(Value)为PRIORIYT1,将符号分为5级显示，如图4-19。此时，工业设施根据其优先级按比例突出显示。场景中可以看得出污染的形状及强度、水井与污染物的空间关系，以及为阻止地下水进一步污染而需要进行清理的污染源，如图4-19。LayerPropertiesJoins&RelatesBaseHeigh+5EKtrusionRenderingGerLeralSijiirceSelectionDisplaySjTTib.jloFieldsHTMLPopupDefinitionQueryIShow:FeaturesCategoriesQuantities；GraduatedcolorsGraduatedsymbols；F'ropu