石大《GIS分析》实习指导

PAGE3PAGE《GIS分析》实习指导理学院地理系前言地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是上世纪60年代发展起来的新兴学科。四十几年的发展历程中，GIS极大地拓宽了信息系统技术的应用范围和应用深度，特别随计算机硬、软件技术的快速发展，目前正处在一个极快的发展阶段，其应用已不仅限于测绘、地矿、制图、资源与环境管理等传统领域，其在设施管理、交通管理、工程建设、城市规划、灾害防治、灾害评估、文物考古等领域中也愈来愈扮演着重要的角色。此外，GIS还进入了军事战略分析、商业策划和文化教育等更为广泛的领域，甚至还和其他科学技术结合，进入了普通人的生活。GIS区别于其它管理信息系统的最主要特征，就是其具有管理地理空间数据，并能按照其在实际空间的相对位置关系对之进行处理分析的能力——空间分析能力，组成了GIS实际应用的主要方面。石河子大学理学院地理系《GIS分析》课程最早开设于2005年，面向地理信息系统方向学生开设。几年来地理信息系统及分析课程在师资队伍、教学标准和教学资料积累方面均有很大加强。地理信息系统技术是地理及相关学科工作者必须熟练掌握的基本技能之一。在众多的GIS软件中，ArcGIS以技术可靠、算法先进、实用性强，界面友好、操作简单、方便灵活、通用性强而受到广大用户的青睐。有鉴于此，根据教学需要和近几年从事GIS科研和应用的实际，笔者编译了这本参考书籍，可作为本科GIS分析课程的教学辅助材料和学生上机实习的参考用书，可与有关教材、手册配合使用。本书主要涉及GIS常用空间分析方法的基本内容和应用，使用数据来源于地理系GIS教学资源库。由于时间紧迫，缺乏笔者水平和经验所限，指导书难免存在纰漏之处，恳求读者批评指正。编者目录第一章GIS空间分析功能简介……………………4一、缓冲区分析…………………4二、空间叠置分析………………5三、网络分析……………………5四、三维分析……………………6第二章邻近度分析………………7第三章空间叠置分析……………17第四章三维分析…………………32第五章水文分析…………………47第一章GIS空间分析功能简介GIS区别于其它管理信息系统的最主要特征，就是其具有管理地理空间数据，并能按照其在实际空间的相对位置关系对之进行处理分析的能力。其对地理空间数据的这种处理分析功能，组成了GIS实际应用的主要方面。一、邻近度分析GIS最常用的的邻近度分析是缓冲区分析。缓冲区是以某类图形元素（点、线或面）为基础拓展一定的宽度而形成的区域。缓冲区在实际工作中具有重要意义，如查找一个噪声点源的影响范围可以以该点源为中心建立一个缓冲区，缓冲区的半径即最远的影响距离；又如一个飞机场噪声的影响范围是以飞机跑道为基准向外扩展的范围；在城市建设中，常常涉及拓宽道路的问题，拓宽道路需要计算房屋拆迁量，这需先用现有道路边线向外扩展一定的宽度而形成一个缓冲带，将该缓冲带与有关建筑物的数据层进行对比分析（或叠加分析），即可计算出拆迁量。缓冲操作后形成一个或多个多边形区域，单独的缓冲区操作并没有太大的实际意义。缓冲区功能必须与其它的空间分析一起使用才能发挥应有的作用。如前面的道路扩建例子，如果没有房屋层数据，不利用叠加功能，那么拆迁量是无法计算的。因此，缓冲区操作应理解为为达到某种目的而进行的一系列空间分析中的一个部分，其数据可能来源于其他分析结果，其成果也将为进一步的分析提供数据。另外缓冲区操作可以是以矢量数据结构为基础进行的，也可以是以栅格数据结构为基础而进行。栅格数据的缓冲区操作具有相同的规律，只是运算更为简单，并且具有明显的扩展（见随后的介绍）特色。二、空间叠置分析空间叠加就是将两个或多个图层以相同的空间位置重叠在一起，经过图形和属性运算，产生新的空间区域的过程。叠加的每幅图层称为一个叠置层，每个叠置层带有一个将用于综合运算的属性，一个叠置层反映了某一方面的专题信息。叠加中的图形运算的复杂程度视数据结构的不同而有所不同。栅格数据由于已是对空间的规则划分，所以没有空间图形的运算，因为各个栅格的位置、大小对叠置层都应该是一致的。相比之下，矢量图的叠加就要复杂得多，这种复杂性来源于对空间线划相交的判断与计算，以及空间对象拓扑结构的重建等。由于矢量数据的图形精度高于栅格数据的精度，矢量数据叠加的结果一般也优于栅格数据叠加的结果。空间实体有点、线、面三种基本类别，叠加运算一般是在面状数据层之间或点、线要素数据层对面状数据层进行的，极少数情况也涉及到点-线的叠加操作。三、网络分析对地理网络进行地理分析和模型化，是GIS中网络分析功能的主要目的。网络分析是运筹学的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何按排，并使其运行效果最好。这类问题在生产、社会、经济活动中不胜枚举，因此研究此类问题也具有重大意义。所谓网络（Network），是指线状要素相互联接所形成的一个线状模式，如道路网、管线网、电力网、河流网等。网络的作用是将资源从一个位置移动到另外一个位置。资源在运送过程中会产生消耗、堵塞、减缓等现象，这表明网络系统中必须有一个合理的体制，使得资源能够顺利地流动。网络功能用于模拟那些难以直接量测的行为。一个网络模型中，实际的网络要素由一套规则及数学函数描述。而基于空间信息系统的空间网络分析则往往是将这些规则及数字上的描述通过某些形式转换到空间及属性数据库中，以便于运算。网络分析是在线状模式基础上进行的，线状要素间的联接形式十分重要，而这种联接以矢量数据结构最能描述，因而一般系统中的网络功能都以矢量数据来实现。但是，栅格数据模型通常也能完成类似的功能，极少数情况下可能更为方便。网络分析的形式可有多种，常用的三类分析功能为：网络负荷的预测、线路优化（最优路径）和资源分配。四、三维分析三维信息是二维平面信息向立体方向的扩展，日常人们所见的地形起伏，高矗的建筑物等都是三维的概念，它们是现实世界的真实体现。而从测绘的角度讲，地形图纸是一个平面，它不能直观描述真实世界的三维景观，于是只能在测绘图上间接地表示出来，如用等高线方式描述地形的起伏状况，用层数标注来大体说明建筑物的高度等等。随着对二维平面数据结构及其分析方法研究取得比较成熟的成果，对三维方法的研究势在必然。三维分析功能也逐渐成为GIS功能的一个重要构成部分。

第二章邻近度分析一、实验目的邻近度分析是用来确定不同地理要素的空间邻近性和邻近程度的一类重要的空间操作，通过本次实习，我们应达到以下目的：加深对邻近度分析基本原理、方法的认识；熟练掌握ArcGIS邻近度分析的技术方法。掌握利用邻近度分析方法解决地学空间分析问题的能力。二、实验准备软件准备：ArcGIS10.0/10.1数据准备：point.shp，line.shp，polygon.shp；Turang.tif，Rectifylanduse.tif，土壤.shp，区划.shp；三、实验内容（一）原理验证实验：以点为例1、矢量缓冲区：【ArcToolbox】-【AnalysisTools】-【Proximity】（1）矢量缓冲区——固定值的缓冲距离（2）矢量缓冲区——可变的缓冲距离（3）矢量缓冲区——指定距离的多环缓冲区（4）泰森多边形：只对点层有效自行完成线和面的各类缓冲区。（5）利用Buffer向导生成缓冲区在向导下自行生成点、线和面的缓冲区。2、栅格缓冲区：【ArcToolbox】-【SpatialAnalysisTools】-【Distance】-【EuclideanDistance】自行完成线和面的栅格缓冲区。3.邻近度分析（1）创建邻近表（GenerateNearTable）创建邻近表计算输入要素类的每个要素与近邻要素类中距离最近的要素参数说明：输入要素类和近邻要素类可以是点、线、多边形及多点。输出要素是一个表格，记录每一个输入要素对应的最近邻近要素的ID，以及相应最邻近要素的坐标值及角度。注意：①如果输入要素与邻近要素是同一个要素，则返回结果为-1。②ArcView和ArcEditor没有此操作的许可。通过【File】-【AddData】-【AddXYData】，可将最邻近要素上的最邻近点生成新数据：⑤Near（邻近）工具计算输入要素类中的每一个要素与近邻要素类中的要素的最近距离，并将相应的近邻的属性（其ID，坐标）等追加到输入要素类的属性表中。参数说明：输入要素类和近邻要素类可以是点、线、多边形及多点。（二）【应用实习】天祝藏族自治县公路选线天祝藏族自治县，以境内天堂寺（天堂乡驻地）和祝贡寺（东大滩乡境内）取首字得名，是共和国成立后，周恩来总理亲自命名的全国第一个少数民族自治县。位于甘肃省武威市东南部，祁连山东端，东靠景泰县，南接永登县，北邻凉州区、古浪县，西北与肃南裕固族自治县接壤，西与青海省门源、互助、乐都县毗邻。境内兰新铁路、312国道纵贯南北。山脉与交通线交汇的乌鞘岭是地扼东西的通道，势控河西的咽喉，地势险要，素有“河西走廊门户”之称。全县辖域面积7149平方公里，居住着藏、土、汉等16个民族，共22.14万人。境内群山环抱，峰峦叠嶂，有郁郁葱葱的苍茫林海，终年积雪的雪山大川和碧草如茵的广阔草原及大小10多条河流。海拔最高4874米，最低2050米，属大陆性高原气候，空气清新，环境优美，素有“高原金盆”之称。天祝地处青藏、黄土、内蒙古三大高原的交汇地带，境内矿藏、森林、草原、水利资源十分丰富。兰新铁路、312国道、西兰乌通讯光缆横穿县境；人流、物流、信息流，十分畅通便捷，具有丰富的资源优势和独特的区位优势。天祝境内水源充足，有金强河、哈溪河、毛藏河等10多条内外流河，年径流量8亿立方米，为工农业发展提供了丰富的水利资源；林木资源种类繁多，有天然水源涵养林280万亩，活立木蓄量3.72万立方米，植被覆盖率达80.7%，森林覆盖率为27.4%；境内文化古迹和景点多，有始建于唐宪宗年间闻名遐迩的古刹天堂寺，风景险峻秀丽的“天祝三峡”，宏伟壮观的“引大入秦”工程。天祝县自1996年开始启动旅游产业已来，现已开辟以“天祝三峡”、石门沟、马牙雪山、抓喜秀龙草原、祁连布尔智为代表的多处旅游专线，开发景点20多处。为发展当地特色旅游经济，打造西北生态旅游避暑胜地，开发藏药资源，现欲在境内修建一条公路，要求：尽量不占用有限的耕地；与现有道路相接；接近主要的旅游景点（1000m），经过主要的区级行政中心（1000m）。四、实验报告要求1、做出书面报告（手写），包括原理、主要过程和结果，将实习过程的主要截图放在PPT里：2、独立完成【应用实习】。在word中将主要的步骤、操作和过程截图记录下来（可参考本实习指导书的形式）。3、回答如下问题：（1）仔细观察栅格化后的道路和非耕地，思考栅格和矢量数据的差异；（2）比较2种方法生成的缓冲区的区别。

第三章叠加分析一、实验目的多层面叠加分析是空间数据分析的基本方法，包括栅格数据的信息复合分析与矢量数据的叠置分析，本实验的目的在于：1、加深对多层面叠加分析基本原理、方法的认识；2、熟练掌握ARCGIS多层面叠加分析的技术方法。3、结合实际、掌握利用多层面叠加分析方法解决地学空间分析问题的能力。二、实验准备1.软件准备：ArcGIS10/10.12.数据准备：landuse.shp，landuse1.shp，landuse2.shp；pollution.shp、overlay.shp、ring.shp、ringcopy.shp三、实验内容（一）原理验证实验：1.基于矢量数据的叠置分析在矢量叠加，即将同一区域、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠加产生一个新的数据层，其结果综合了原来图层所具有的属性。矢量叠加操作分为：交集（Intersect）、擦除（Erase）、标识叠加（又称交补集，Identify）、裁减（Clip）、更新叠加（Update）、对称差（SymmetricalDifference）、分割（Split）、合并叠加（Union）、添加（Append）、合并（Merge）以及融合（Dissolve）等类型。注意：编辑器里边的merge是将同一要素类里边的要素合并生成新的要素，并将原要素删除，其属性按指定的要素修改。编辑器里边的union可将同一要素类或不同要素类的要素合并生成新的要素，不删除原要素，新要素的属性为系统默认值（空格或0等，根据字段属性而定）。而ArcToolbox里的是对要素类，即不同图层进行操作。（1）Clip裁剪注意不同inputfeatures和Clipfeatures生成的结果有何不同？（2）Split分割可见，Split后能生成多个单独的分割图层（要素类），字段值作为生成的新图层的名称。如：将数据按行政边界或标准分幅进行分割。（3）Erase擦除功能：将重合部分擦除，保留其余部分。注意：擦除要素必须为面层（4）Identity一致功能：先计算相交部分，相交部分的属性与IdentityFeatures要素一致，不相交部分保持不变。可处理根据空间叠加关系获取要素属性值的问题。JoinAttributesALL：结果要素类属性表包含输入要素和一致要素的所有属性字段；NO_FID：结果要素类属性表包含输入要素和一致要素除FID外的所有属性字段；NOLY_FID：结果要素类属性表包含输入要素的所有属性字段和一致要素的FID字段；Keeprelationship仅当输入要素为线要素、一致要素为面要素时可用；选中时计算多边形上的线的左右多边形，并在属性表中添加RIGTH_poly和LEFT_poly字段用于记录线的左右多边形。（5）Intersect相交功能：计算多个要素的交集，输出公共部分。可输出不同几何类型的图层。（6）SymmetricalDifference对称差值功能：先计算多个要素的交集，然后去除相交部分，输出非公共部分。（7）Union合并功能：先计算多个要素的并集，输出所有图形。注意：GapsAllowed参数用于处理输出中那些被多边形包围的岛屿区，可以选择保留与否。（8）Update更新功能：先计算多个要素的交集，相交部分的的图形和属性被更新要素所更新。适合于对原有数据的现状进行更新，如地籍数据库的更新。注意：Borders参数用于控制是否保留更新要素的外边界，可以选择保留与否。（9）Dissolve融合功能：按照某字段的属性值进行图形的融合。（10）Append追加2、基于栅格数据的叠加分析（1）基本原理：地图代数GIS中不同栅格数据层的叠加运算，主要通过对单层数据进行各种数学运算如加、减、乘、除、指数、对数等，或通过数学关系式建立多个数据层之间的关系模型。要求参与计算的栅格属性必须是数值型，如果不是数值型，则需要进行数值化的预处理。ArcGIS的栅格数据叠加是通过【ArcToolbox】-【SpatialAnalysisTools】-【MapAlgebra】-【RasterCaculator】现有landuse表征不同的土地利用类型，pollution表征区域内三个污染源对周边地区的污染等级，欲求该区的总体污染情况。1）添加栅格数据landuse和pollution；2）数值化的预处理：landuse重分类，根据不同土地利用类型受污染后的影响程度，将其NewValue赋为数值型；同时pollution也进行重分类；3）栅格代数运算：对栅格进行乘法运算。思考：计算结果有什么现实的意义？（二）【应用实习1】天祝后备耕地的区域选定：天祝属大陆性高原气候，耕地面积较小，现有天祝政区图、植被类型图和土壤类型图，请根据现有耕地的主要土壤类型，从现有的草地和林地中初步确定后备耕地的备选区；（三）【应用实习2】石河子新建小学选址石河子市现有小学15所，为满足和方便适龄儿童的上学需要，现决定新办小学若干所。请根据石河子市行政区划图、小学分布图、人口分布图、市区土地利用类型和道路分布图，进行小学的选址分析。新建小学暂仅考虑以下条件：1.距现有小学200m以内无需建设，201~400m可以建设，401~600m需要建设，601~800应该建设，大于800m必须建设；2.人口密度0~500人/km2无需建设，501-1000人/km2可以建设，1001-5000人/km2需要建设，5001~10000人/km2应该建设，大于10000人/km2必须建设；3.耕地、工矿仓储用地、公共设施用地、交通运输用地、景观休闲用地和特殊用地不能建设，未利用地、公共建筑用地、其他农用地和商服用地可以考虑建设，住宅用地可以建设；（注：所给landuse数据以外的区域，土地利用类型均视为耕地）；4.学校200m以内要有道路通过。四、实验报告要求1、做出书面报告（手写），包括原理、主要过程和结果，将实习过程的主要截图放在PPT里：2、根据已有数据和“解决思路”，独立完成【应用实习2】。在word中将主要的步骤、操作和过程截图记录下来（可参考本实习指导书的形式）。3、回答如下问题：（1）Dissolve、Union三种操作有何异同点？（2）Clip和Intersect有什么不同，体会和思考它们的原理及应用。

第四章三维分析一、实验目的DEM是对地形地貌的一种数字表达，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。通过对本实习，我们应：加深对DEM建立过程的原理、方法的认识；熟练掌握ARCGIS中建立DEM、TIN的技术方法。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1、软件准备：ArcGIS2、数据准备：Elev_clip.shp，Elevpt_clip.shp、Boundary.shp、移动基站.shp;三、实验内容三维分析扩展模块的装入：Customize→Extensions→3DAnalyst本实验中3D分析参数设置：1、DEM及TIN的建立1.1由矢量数据建立TIN（1）【ArcToolbox】-【3DAnalysisTools】-【DataManagement】-【TIN】-【CreateTIN】，分别选择Elevpt_clip.shp和Elev_clip.shp生成TIN，并比较结果；（2）TIN的显示将TIN图层局部放大，认真理解TIN的存储模式及显示方式：1.2由TIN建立DEM【ArcToolbox】-【3DAnalysisTools】-【Conversion】-【FromTIN】-【TINtoRaster】，分别选择tin_Elevpt和tin_Elev生成Grid格式的DEM，并比较结果；1.3由矢量数据建立DEM【ArcToolbox】-【3DAnalysisTools】-【RasterInterpolation】选择Elevpt.shp，利用IDW、Kriging、NaturalNeighbor、Spline数据内插方法生成Grid格式的DEM；2.DEM的应用基于ArcGIS的地形因子的提取，均是基于DEM的基础上的。由于由线生成的TIN再转化得到的DEM（tin_elev）精度更高，故后续的DEM应用均采用该数据进行。ArcGIS中的DEM分析利用【ArcToolbox】-【3DAnalysisTools】-【RasterSurface】完成；2.1地形指标的提取（1）坡度Slope地面上某点的坡度表示了地表面在该点的倾斜程度，坡度定义为水平面与地形面之间夹角的正切值。在ArcGIS中Slope确定了中心栅格与四周相邻栅格高程值的最大变化率，既水平面与地形面之间夹角的正切值。输出坡度栅格可使用两种单位计算：度和百分比（高程增量百分比）。高程增量百分比为高程增量除以水平增量后再乘以100。当角度为45度时（三角形B），高程增量等于水平增量，所以高程增量百分比为100%。如三角形C所示，当坡度角接近直角（90度）时，高程增量百分比开始接近无穷大。具体的方法步骤如下:【ArcToolbox】-【3DAnalysisTools】-【RasterSurface】-【Slope】选择grid_Elev；可重新调整坡度分级：（2）坡向Aspect坡向指坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。在ArcGIS中Aspect表示每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向。具体方法步骤如下:【ArcToolbox】-【3DAnalysisTools】-【RasterSurface】-【Aspect】选择grid_Elev；（3）平面曲率平面曲率指地面任意一点地表坡向的变化率，反映等高线弯曲程度的指标，可以反映地表所有的山脊线和山谷线。根据其定义，平面曲率就是对先提取DEM坡向，再对这个坡向取坡度。步骤：【ArcToolbox】-【3DAnalysisTools】-【RasterSurface】-【Slope】选择Aspect_grid；（4）剖面曲率剖面曲率是地面上任一点位地表坡度的变化率，或者称为高程变化的二次导数。根据定义，剖面曲率的提取实际上是对DEM层两次求坡度，即”slopeofslope”；具体的方法步骤如下:【ArcToolbox】-【3DAnalysisTools】-【RasterSurface】-【Slope】选择Slope_grid；（5）地形剖面图的制作在工程方面（如在公路、铁路、管线等的设计过程中)，常常需要制作剖面图。剖面图的制作是以制作区域的DEM数据（Grid数据)或表面数据（TIN数据）为基础的。剖面图的制作方法如下：激活grid_Elev，单击3D工具条上的InterpolateLine按纽；用鼠标画一条线（直线或曲线均可），双击鼠标左键画线结束，单击3D工具条上的ProfileGraph工具，生成剖面图；右键点击剖面图，通过“属性”或“高级属性”可以更改剖面图的图表类型，编辑图名和图表样式等；可以通过“添加至布局”，将其与地图一起显示和输出；还可以通过“复制为图形”，将其以图形方式输出至Word等软件。（5）测量面积和体积使用三维分析可以测量表面面积和体积。表面面积是沿表面的坡度进行测量，并将高度考虑在内，计算出的面积总要大于二维平面测量的面积。体积是计算TIN表面和位于任何指定高程的水平面间的立体空间，可以是平面之上的，也可以是平面之下。测量体积在实际应用中一般用来计算土方量。ArcToolbox→3DAnalyst工具→功能性表面→表面体积（如下图）；选择grid_elev数据，指定要测量的是平面上还是平面下的面积和容积；输入一个基础高程，作为测量面积和容积的水平平面，确认后则会出现一个对话框，显示二维面积、表面积及体积。（6）山顶点和山谷点的计算——邻域分析邻域分析的计算是以待计算栅格为中心，向其周围扩展一定范围，基于这些扩展栅格数据进行函数运算，从而得到此栅格的值。ArcGIS中的邻域分析提供了十种统计方法：Maximum最大值、Minimum最小值、Range范围值（即最大值减去最小值）、Sum数值和、Mean平均值、StandardDeviation标准差、Majority频数最大的值、Minority频数最小的值等等。①通过邻域计算出50*50范围内的邻域Maximum最大值，如下图②通过栅格计算器，计算grid_elev-Maximum=0，得到山顶点（红色）③同理，邻域计算50*50范围内的Minimum，并计算grid_elev-Minimum=0，得到山谷（红色）。2.2提取等高线：（1）提取等间隔等高线ArcToolbox→3DAnalyst工具→栅格表面→等值线（如下图）选择grid_elev数据，输入等高线间距（等高距Contourinterval）和起始等高线的值BaseContours，默认值为DEM最低高程。生成shape线层数据，如下图左图：（2）提取任意高程等高线①ArcToolbox→3DAnalyst工具→栅格表面→等值线序列（如下图）②选择grid_elev数据，依次输入等高线高程，生成新的shape线层数据，如上图中图：③点击工具条上，再点击DEM可生成经过该点的等高线，如上图右中图。2.3可视分析：（1）地形表面的阴影图Hillshade分析或模拟地面的光照情况，产生地形表面的阴影图。Hillshade可测定研究区域中给定位置的太阳方位Azimuth和太阳高度角altitude，并且对实际地面进行逼真的立体显示，增强地面的起伏感。太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。方位角以正南方向为零，由南向东向北为负，由南向西向北为正，如太阳在正东方，方位角为-90°，在正东北方时，方位为-135°，在正西方时方位角为90°，在正北方时为±180°太阳高度角:太阳高度角指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角，其值在0°到90°之间变化，日出日落时为零，太阳在正天顶上为90°它的应用有：生动表示地形起伏，从而显示不同土地利用类型在地形上的分布情况。研究阳光的照射位置与公路上发生的车祸事件发生率之间的相关性。Hillshade采用Dem或TIN数据计算，在Dem基础上计算Hillshade的步骤如下：①ArcToolbox→3DAnalyst工具→栅格表面→山体阴影（如下图）②选择grid_elev数据，依次输入等高线高程方位角和高度角，方位角和高度角值不同，生成的阴影效果也不同，如下图：（2）可视性分析①通视性分析：计算两点之间的视线是否可见Ⅰ.ArcToolbox→3DAnalyst工具→栅格表面→视点分析（如下图）Ⅱ.选择grid_elev数据，点击3D分析工具条上，按住鼠标左键，屏幕上将会出现十字光标，将光标从观察点S移向目标点P，然后释放光标。在观察点到目标点之间将会出现一条视线，即两点之间的通视线，点击生成通视线上的通视剖面图，如下图：②可视区分析：计算现有观察点能看到的区域范围ArcToolbox→3DAnalyst工具→栅格表面→视域（如下图）；添加一个点层：移动基站.shp作为观测点，选择grid_elev为输入栅格；如果不选中任何点，则对所有点进行计算，如下图：Ⅲ、如果选中其中某个点，则只对选中的对象进行可视域的计算，如下图；Ⅳ、通过些栅格转矢量的工具，可以得到山顶点、山谷的矢量数据。3.三维透视观察（1）开始→程序→ArcGIS→ArcScene（2）添加DEM数据grid_elev、线文件Elev_clip.shp，点文件Elevpt_clip.shp、移动基站.shp（3）右键点击grid_elev，选择属性→基本高度，选择grid_elev，输入拉伸系数;（4）同样对等高线进行同样设置，并利用工具进行三维观察；四、实验报告要求1、做出书面报告（手写），包括原理、主要过程和结果，将实习过程的主要截图放在PPT里：2、回答如下问题：（1）如何才能实现地形表面的逼真再现？需要什么数据？（2）ArcGIS的三维建模是否存在不足？

第五章水文分析一、目的地形表面决定了水流怎样流经某一地区，空间分析中的水文分析HydrologicFunctions提供了这样一个功能用来研究与地表水流有关的地表的物理特性。通过对本次实习的学习，我们应：1.加深对DEM提取水文信息的原理和过程的理解；2.熟练掌握ArcGIS10中提取水文信息的技术方法。3.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1、软件准备：ArcGIS102、数据准备：dem;三、准备知识水文水系数据是地理科学数据的核心之一，作为地学领域数据的一个重要组成部分，是支撑相关地学研究的基础性数据。例如分析洪水水位及泛滥情况，或者划定受污染影响的地区，以及预测当改变某一地区的地貌时对整个地区将造成的后果等。随着计算机在科研工作中的广泛应用，电子版的数据已经变得越来越重要，但目前采用的电子版水系大多却仍然来自于地形图和水系图纸。这种情况往往会导致工作效率低下，所以在信息技术的支持下提高基于DEM自动提取河网水系与流域边界及其分级方法的精度变得非常迫切。地形表面决定了水流怎样流经某一地区，空间分析中的水文分析HydrologicFunctions提供了这样一个功能用来研究与地表水流有关的地表的物理特性。以高程栅格数据或DEM作为主要输入数据，采用HydrologicFunctions生成集水流域和水流网络数据，并对其的影响因子进行量化。HydrologicFunctions应用于四、实验内容（一）原理验证ArcGIS水文分析的基本步骤：填洼→流向→流量→河网分级→栅格河网矢量化1.洼地填充Fillsinks被较高高程区域围绕的洼地是进行水文分析的一大障碍，因此在确定水流方向以前，必须先将洼地填充。有些洼地是在DEM生成过程中带来的数据错误，但另外一些却表示了真实的地形如采石场或岩洞等。在ArcGIS中通过填洼Fillsinks功能将洼地填充，使洼地成为水流能够通过的平坦区域。通过ArcToolbox→SpatialAnalyst→水文分析→填洼，选择Dem，生成的无洼地Dem，既为填充过洼地的Dem数据。2.流水方向FlowDirection计算目前应用最广泛的单流向法是D8法：假设单个网格中的水流只有8种可能的流向，即流入与之相邻的8个网格中。它用最陡坡度法来确定水流的方向，即在3×3的DEM网格上，计算中心网格与各相邻网格间的距离权落差（即网格中心点落差除以网格中心点之间的距离），取距离权落差最大的网格为中心网格的流出网格，该方向即为中心网格的流向。水流流向编码如下：32(西北)64(北)128(东北)16(西)x1(东)8(西南)4(南)2(东南)通过ArcToolbox→SpatialAnalyst→水文分析→流向，选择无洼地Dem，生成水流流向数据FlowDirection。3.流水累积量FlowAccumulation区域流水累积量矩阵表示区域地形每点的流水累积量，它可以用区域地形曲面的流水模拟方法获得。流水模拟可以用区域的数字地面高程模型区域的水流方向数据矩阵来进行。其基本思想是，以规则格网表示的数字地面高程模型每点处有一个单位的水量，按照自然水流从高处流往低处的自然规律，根据区域地形的水流方向数字矩阵计算每点处所流过的水量数值，便可得到该区域水流累积数字矩阵。通过ArcToolb