ArcGIS-DEM实习指导书

DEM实习指导书实习一基本目标1、熟悉ArcGIS软件的基本操作2、重点熟悉ArcGIS软件中的3DAnalyst模块3、掌握高程数据构建DEM的方法4、掌握不同格式DEM数据相互转换方法实验数据本次实验所需要的数据存放于Practice\BaseData1和Practice\BaseData2文件夹中，主要包括：数据集数据描述备注Elevation_Point一号实验区高程矢量数据点状数据Arc_Clip二号实验区等高线矢量数据线状数据Arc_Clip_river二号实验区水系矢量数据线状数据Arc_Clip_road二号实验区道路矢量数据线状数据Arc_Clip_urb二号实验区城镇区矢量数据线状数据实验内容本次实验主要介绍如何利用ArcGIS三维分析模块进行DEM三维表面的创建，以及常用DEM数据之间的转换方法。DEM三维表面模型是通过对区域内不同位置的采样点进行插值而获取的，目的是实现对真实表面的近似模拟。利用ARCGIS三维分析模块可以从现有数据集中创建新的表面，它允许以规则空间格网（栅格模型）或不规则三角网（TIN模型）两种形式来创建表面以适合于某些特定的数据分析。创建栅格表面模型主要通过插值法实现。ArcGIS提供的插值方法包括：1.反距离权重插值2.样条函数插值3.克里格插值4.自然邻域插值（点插值成面）创建三角网表面模型，可以用矢量要素生成不规则三角网（包括硬或软断线、集群点等等），也可通过向现有表面中添加要素来创建。在ARCGIS中，还可以实现栅格表面和TIN表面的相互格式转换。基本要求1、以Elevation_Point为基本数据源实验点状高程数据创建Grid-DEM和Grid-DEM转换为TIN-DEM的方法2、以Elevation_Point为基本数据源实验点状高程数据创建TIN-DEM的方法3、以Arc_Clip本次实验为基本数据源实验线状高程数据创建TIN-DEM和TIN-DEM转换为Grid-DEM的方法4、分析以上各创建方法中参数的意义实验步骤准备工作1、启动ArcMap并单击Tools|Extensions激活三维分析模块3DAnalyst2、在ArcMap工具栏中添加3DAnalyst工具条3、在ArcMap中添加数据进行相应的处理操作步骤1——创建Grid-DEM表面ArcGIS中创建Grid-DEM表面的插值方法包括：反距离权重插值（InverseDistanceWeighted，IDW）、样条函数插值（Spline）、克里格插值（Kriging）和自然邻域插值（NaturalNeighbors）。单击3DAnalyst工具条中3DAnalyst|InterpolatetoRaster|...，打开相应的操作对话框。（1）反距离权重法。这种方法的假设前提是每个采样点间都有局部影响，并且这种影响与距离大小成反比。即，离目标点越近的点其权值越大。这种方法适用于变量影响随距离增大而减小的情况。如计算某一超市的消费者购买力权值，由于人们通常喜欢就近购买，所以距离越远权值越小。基本参数包括：Inputpoints：选择输入的点数据源；Zvaluefield：选择用来插值的属性数据字段；Power：设置幂数（幂即距离的指数。幂越大，点的距离对每个处理单元的影响越小。幂越小，表面越平滑。通常认为，幂的合理范围是0.5～3）；Searchradiustype：选择搜索半径类型，包括Variable可变半径和Fixed固定半径；可变半径插值——指使用最大搜索半径范围内最近的N个点作为插值的输入点Numberofpoints：设置最大搜索半径内用作输入的点数；Maximumudistance：指定最大搜索半径；如果在达到最大搜索半径时，搜索到的点数还没有达到指定的数目，此时将停止搜索固定半径插值——指使用固定搜索半径范围内的所有点作为插值的输入点Distance：搜索半径；Mininumnumberofpoints：指定的最少点数；如果在搜索半径内没有任何点，这时将自动增加栅格单元的搜索半径，直到达到指定的最少点数为止。Usebarierpolylines复选框：设置隔断线，即确定是否存在用做插值障碍（某些线性要素类，如断层或悬崖，其所在处高程发生突变，在对各个输入栅格单元插值时，可用来限制输入点的搜索）的要素类；Outputcellsize：指定输出栅格单元的大小；OutputRaster：指定输出路径及文件名。（2）样条函数法。这种方法通过一定的数学函数对采样点周围的特定点进行拟合获取光滑曲面，其结果通过所有采样点且曲率最小。该方法适用于渐变的表面属性，如高程、水深、污染聚集度等。不适合在短距离内属性值存在较大变化的地区。基本参数包括：Inputpoints：选择输入的点数据源；Zvaluefield：选择用来插值的属性数据字段；Splinetype：选择样条类型，包括Tension张力样条插值和Regularized规则样条插值。规则样条允许用来控制表面的平滑度。一般在需要计算插值表面的二阶导数时，使用规则样条。其中，规则样条中的权重值用来控制表面的平滑度。权重指定三阶导数的系数，以使表面的曲率最小。权重值越大，表面越平滑，一阶导数（坡度）表面也越平滑。通常，权重值取0～0.5。张力样条中的权重值用来调整表面弹力。当加权值为0时，为标准的薄板样条插值。权重值越大，表面弹性越大。典型的权重值为0、1、5和10。Weight：设置权重值；Numberofpoints：指定输入栅格单元插值时使用的最少点数；在计算表面时，点数控制了各个区域中点的平均数目。区域指大小相等的矩形，区域的数目由输入数据集中点的总数除以点数。当数据不是均匀分布时，各个区域中所包含的点的个数与指定的点数会有所出入。如果某区域中包含的点数少于八个，区域将会扩张直至包含了八个点。Outputcellsize：指定输出栅格单元的大小；OutputRaster：指定输出路径及文件名。（3）克里格方法。此方法的假设前提是采样点间的距离和方向可反映一定的空间关联，并用它们来解释空间变异。克里格利用一定的数学函数对特定点或是给定搜索半径内的所有点进行拟合来估计每个点的值。该方法适用于已知数据含距离和方向上的偏差的情况，常用于社会科学研究及地质学中。基本参数包括：Inputpoints：选择输入的点数据源；Zvaluefield：选择用来插值的属性数据字段；Krigingmethod：选择一种克里格插值方法，包括Ordinary普通克里格和Universal泛克里格。普通克里格是应用最普遍的，它假定均值是未知的常数；泛克里格用于已知数据趋势的情况，并能够对数据进行科学的判断来描述它。Semivariogrammodel：选择插值所使用的模型Searchradiustype：选择搜索半径类型，包括Variable可变半径和Fixed固定半径；可变半径插值——指使用最大搜索半径范围内最近的N个点作为插值的输入点Numberofpoints：设置最大搜索半径内用作输入的点数；Maximumdistance：指定最大搜索半径；如果在达到最大搜索半径时，搜索到的点数还没有达到指定的数目，此时将停止搜索固定半径插值——指使用固定搜索半径范围内的所有点作为插值的输入点Distance：搜索半径；Mininumnumberofpoints：指定的最少点数；如果在搜索半径内没有任何点，这时将自动增加栅格单元的搜索半径，直到达到指定的最少点数为止。Outputcellsize：指定输出栅格单元的大小；OutputRaster：指定输出路径及文件名。（4）自然邻域法。类似于反距离权重法，是一种权平均算法。但是它并不利用所有的距离加权来计算插值点。邻域法对每个样本点做Delauney三角形，选择最近的点形成一个凸集，然后利用所占面积的比率来计算权重。该方法适用于样本点分布不均的情况。邻域插值将TIN的一些方法与栅格插值方法结合起来。栅格表面使用输入数据点及其邻近栅格单元进行插值。首先，为输入数据点创建一个Delauney三角形，输入的样本数据点作为三角形的结点，并且每个三角形的外接圆不能够包含其它结点。对每个样本点，邻域为其周围相邻多边形形成的凸集中最小数目的结点。每个相邻点的权重，通过评价其影响范围的Thiessen/Voroni技术计算出来。基本参数包括：Inputpoints：选择输入的点数据源；Heightsource：选择输入的高程数据源；cellsize：指定输出栅格单元的大小；OutputRaster：指定输出路径及文件名。步骤2——创建TIN表示地形创建TIN-DEM表面（1）创建TIN表面单击3DAnalyst工具条中3DAnalyst|Create/ModifyTIN|CreateTINFromFeatures，打开相应的操作对话框。基本参数包括：InputLayers：选择创建TIN所要使用的各个要素图层；对每个选中的要素类，进行以下操作：Featuretype：选择几何字段（如果要素具有三维几何特征）；Heightsource：选择高程字段；Triangulateas：选择要素合成方式，包括点集、隔断线或多边形；Tagvaluefield：选择标志值字段（如需要以要素的值来标记TIN要素）；OutputTin：指定输出路径及文件名，完成创建。（2）向TIN中添加要素单击3DAnalyst工具条中3DAnalyst|Create/ModifyTIN|AddFeaturestoTIN，打开相应的操作对话框。基本参数包括：InputTIN：选择需要改动的TIN；InputLayers：选择要添加到TIN中的要素图层及其它要素类（甚至可以是某要素类中已选种的若干要素）；对每个选中的要素类，进行以下操作：Featuretype：选择几何字段（如果要素具有三维几何特征）；Heightsource：选择高程字段；Triangulateas：选择要素集成到TIN中的方式，包括点集、隔断线或多边形；Tagvaluefield：选择标志值字段（如需要以要素的值来标记TIN要素）；OutputTin：选择将所做改动保存在原始TIN中或另存为新的TIN文件（指定输出路径及文件名），完成添加。步骤3——Grid-DEM转换为TIN-DEM单击3DAnalyst工具条中3DAnalyst|Covert|RastertoTIN，打开相应的操作对话框。基本参数包括：Inputraster：选择来源栅格图层；设定TIN的垂直精度（垂直精度指输入栅格单元中心的高程与TIN表面间的最大差值。垂直精度的值越小，生成的TIN将越好地保持原有栅格表面的详尽程度；垂直精度的值越大，生成的表面越粗略）；设定限制加入到TIN中的点数（可选）；OutputTin：指定输出的路径和文件名，完成创建。步骤4——TIN-DEM转换为Grid-DEM单击3DAnalyst工具条中3DAnalyst|Covert|TINtoRaster，打开相应的操作对话框。基本参数包括：InputTINraster：选择来源TIN图层；Attribute：选择要转到栅格中的TIN属性，可以是高程、坡向、以度为单位的坡度和以百分数为单位的坡度；Zfactor：设置高程转换系数（指当高程坐标单位与平面坐标单位不一致时，将高程坐标单位转换到平面坐标单位时的常量）；Cellsize：设置输出栅格单元的大小；Outputraster：指定输出的路径和文件名，完成转换。实习二基本目标1、熟悉常用的地形地貌表现手法及各类图件的制作方法2、重点熟悉ArcGIS软件中ArcScene以及3DAnalyst模块的使用实验数据本次实验所需要的数据存放于Practice\BaseData2文件夹中，主要包括：数据集数据描述备注Arc_Clip二号实验区等高线矢量数据线状数据Arc_Clip_river二号实验区水系矢量数据线状数据Arc_C