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0. 前言

GIS案例，第八天学习

1. 正文

1.1 对某区域进行地形高程分析。要求：随机分布采样区域，以半径为100米的圆形区域为统计单元，计算每个采样区的高程统计指标。

【方法】使用ArcGIS中【Buffer】（缓冲区）和【Zonal Statistics As Table】（以表格显示分区统计）等工具实现。注：本例统计单元为圆形，因此要实现随机分布采样，首先需要创建随机采样区分布的空间位置，即每个统计圆的中心点；其次，对各个中心点进行缓冲区提取得到圆形统计单元；最后，使用分区统计工具得到统计表格数据。
1）创建随机分布点。打开【数据管理工具】|【要素类】|【创建随机点】工具，输出位置设置为随机分布点的存储文件夹，输出点要素类设置为“sample_pts”，约束范围设置为“与图层dem相同”，点数设置为“100”，最小允许距离设置为“10米”。确定，得到随机分布点数据。注：为保证随机分布点在所要分析的dem区域内，必须设置约束范围与dem相同；最小允许距离限制了临近两点的最短距离，保证了点能够不集中在10米范围内。

2）创建统计圆。打开【分析工具】|【邻域分析】|【缓冲区】工具，输入要素设置为“sampl_pt”，输出要素类设置为“circles”，距离设置为“100米”，融合类型选择“NONE”，即每个圆独立，不融合重叠圆。确定，得到随机分布统计圆。

3）以圆为单元统计高程值。打开【Spatial Analyst工具】|【区域分析】|【以表格显示分区统计】工具，输入要素区域数据设置为“circles”，区域字段设置为“FID”，输出表设置为“statistics”，统计类型选择“ALL”，即计算所有统计指标。确定，得到统计结果表格。

4）将统计结果表连接至统计圆图层。由于表格数据无法直观地查看空间的分布情况，因此本例将表格统计结果连接至统计圆图层中，而表格与统计圆图层的连接关系为字段“FID”。右击circles图层，打开【连接和关联】|【连接】对话框，选择“表的连接属性”，基于的字段选择“FID”，连接到图层的表选择“statistics”，连接基础的字段选择“FID”。

5）符号化统计圆。双击连接后的统计圆图层，打开属性对话框，选择“符号系统”，显示选择“类别|唯一值”，值字段设置为“MEAN”，点击“添加所有值”。确定，将统计圆以平均高程值进行符号显示。

1.2 【问题2】现有DEM数据，如何提取该DEM数据的水文坡长？

【方法】使用ArcGIS中【Flow Length】（水流长度）工具实现。注：本例计算的坡长为水文分析中的概念。坡长分为上游坡长和下游坡长。上游坡长为当前栅格到上游最近分水岭的水平投影长度（栅格数）；下游坡长为当前栅格到下游出水口的水平投影长度（栅格数据）。
【实验步骤】
1）提取水流流向栅格。打开【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流向】工具，输入表面栅格数据设置为“dem”，输出流向栅格数据设置为“fdir”。确定，得到流向栅格数据。注：在计算流向栅格之前，是否需要对DEM数据进行填挖操作取决于是否考虑洼地。若需要考虑地表洼地的存在，存无需进行填挖操作；若洼地可以不考虑，则需对DEM进行填挖，然后再计算流向栅格数据。本例中考虑洼地，故不进行填挖操作。

2）计算上游坡长栅格。打开【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【水流长度】工具，输入流向栅格数据设置为“fdir”，输出栅格设置为“upflowlength”，测量方向选择为“UPSTREAM”。确定，得到上游坡长数据。

3）计算下游坡长栅格。打开【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【水流长度】工具，输入流向栅格数据设置为“fdir”，输出栅格设置为“dnflowlength”，测量方向选择为“DOWNSTREAM”。确定，得到下游坡长数据。

4）查询任意位置处坡长值。将上游/下游坡长图层勾选，其他不勾选。点击【工具】工具条中【识别】工具按钮，识别范围设置为“可见图层”，点击任意位置处栅格，便可返回该点击出栅格的上游/下游坡长长度值。

1.3 【问题3】现有DEM数据，如何提取山顶点数据？

【方法】使用ArcGIS中【Focal Statistics】（焦点统计）工具和【Raster Calculator】（栅格计算器）工具实现。注：在以DEM表达的地形数据中，山顶点是一个局部高程值最大的栅格，即若满足中心栅格比其周边一定范围内的所有栅格高程值都大，则该中心栅格为山顶点栅格。因此，要从DEM中提取山顶点，需要经过区域统计分析和栅格比较才能得到。本例仅使用窗口统计的方法来提取山顶点，方法简单便于快速提取。但要精确提取所有山顶点，需要参考相关文献。
【实验步骤】
1）对DEM进行焦点统计。打开【Spatial Analyst工具】|【邻域分析】|【焦点统计】工具，输入栅格设置为“dem”，输出栅格设置为“max”，邻域分析选择“矩形”，高度和宽度均设置为“7”，单位为“像元”，统计类型选择“MAXIMUM”。确定，得到焦点统计栅格数据。注：邻域的高度和宽度值决定了与中心栅格进行高程值比较的周边栅格数，邻域越大，统计的区域就越大，即该山顶点控制的区域就越大。该范围大小可根据需要进行设置，本例为7X7范围。统计类型“MAXIMUM”表示将统计范围内最大值赋给中心栅格。

2）计算山顶点栅格。打开【Spatial Analyst工具】|【地图代数】|【栅格计算器】工具，输入公式【“max” - “dem” = = 0】，输出栅格设置为“peaks”。确定，得到山顶点栅格数据。注：由焦点统计操作可知，只有当中心栅格为山顶点栅格时，其高程值在焦点统计前后不变；若中心栅格是非山顶点栅格，则在焦点统计之后，该栅格值被赋值为邻域范围内其他山顶点的高程值。由此可知，在焦点统计前后，高程值不变的栅格为山顶点栅格，高程值改变的为非山顶点栅格。因此，输入计算公式为【“max” - “dem” = = 0】，满足该条件的栅格为山顶点，反之为非山顶点。

3）生成山顶面数据。右击peaks图层，打开属性表，选中值为1的记录（山顶点栅格记录），该操作是为了后续转换操作时仅转换值为1的记录，忽略值为0的记录；打开【转换工具】|【由栅格转出】|【栅格转面】工具，输入栅格设置为“peaks”，字段选择“VALUE”，输出面要素为“area”，勾选“简化面”。确定，得到山顶面数据。注：由于步骤2中提取山顶点的结果存在非单一栅格的区域，要得到单一的点数据，必须先将栅格转为面数据。

4）生成山顶点数据。打开【数据管理工具】|【要素】|【要素转点】工具，输入要素设置为“area”，输出要素类设置为“peaks”。确定，得到山顶点数据。注：该操作为提取面的几何中心点。

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