1、实验背景

地形指标是最基本的自然地理要素，绝对人类的生产和生活影响最大的自然因素。地形指标的提取对水土流失、土地利用、土地资源评价、城市规划等方面的研究起着重要的作用。而基于ArcGIS的地形指标的提取，大多数是运用DEM数据来完成。根据研究区域尺度的不同，地形指标有许多因子，主要有坡度、坡向、地形起伏度、地面粗糙度四个指标。
特征地形要素，主要指对地形在地表的空间分布特征具有控制作用的点、线或面状要素。特征地形要素构成地表与起伏变化的基本框架。与地形指标的提取主要采用小范围的邻域分析不同的是，特征地形要素的提取更多地应用较为复杂的技术方法，如山脊线、山谷线、沟沿线等的提取采用了全局分析法，成为栅格数据地学分析中很具特色的数据处理内容。而山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线（骨架线），对于地形地貌研究具有重要意义。对于水文物理过程研究而言，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。
本实验以兰州市安宁区为例，进行地形指标和地形特征的提取。

2、技术路线图

3、地形指标的提取

3.1 坡度和坡度变率的提取

坡度是地面高程的变化率。地面坡度变率，是地面坡度在微分空间的变化率，是依据坡度的求算原理，在所提取的坡度值的基础上对地面每一点再求一次坡度，即坡度变率（Slope of Slope，简称SOS），坡度变率在一定程度上可以很好的反应坡面曲率信息。
打开3Danalyst
选择【customize】|【extension】，勾选“3Danalyst”。 ArcGIS 3D Analyst 扩展模块提供了用于在三维 (3D) 环境中创建、显示和分析 GIS 数据的工具。我们下面所使用的工具都建立在此基础上
提取坡度指标
选择【ArcToolbox】（工具箱）|【3D Analyst】（3D工具）打开【Raster Surace】，点击【Slope】（坡度），添加数据，命名为Slope，并改变存储路径

【注】用不同的颜色代表坡度值，可通过图例查看，从上到下坡度逐渐增大；右击图层数据，选择【Properties】修改图层相关属性（Symbology），修改颜色属性，即得到灰白色系的坡度数据

提取坡度变率指标；
选中Slope.dem图层，选择【Slope】，即对坡度求坡度，可得到坡度变率。命名为SOS

3.2 坡向和坡向变率的提取

提取坡向指标
添加DEM数据，选择【Aspect】（对坡向进行提取），并改变存储路径
提取坡向变率指标；
坡向变率是指坡向之坡度（Slope of Aspect，简称SOA）可以很好地反映等高线弯曲程度。
对于坡向数据（slope）图层，选择【slope】，对坡向求坡度即可得到坡向变率（SOA）数据,

3.3 地形起伏度的提取

地形起伏度，是指在特定的区域内，最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。地形起伏度是描述一个区域地形特征的宏观性指标。

使用栅格领域计算工具；
添加DEM数据，选择【Spatial Analyst】|【Neighborhood】打开“Facal Statistics”，输入数据。
求最大、最小层面
将“统计类型”选为MAXIMUM;得到DEM的最大层面A，重复以上的操作，将“统计类型”改为MINIMUM，得到DEM的最小层面B
获取地形起伏度；
选择【Spatial Analyst】|【Map Algebra】打开“Raster Calculator”，计算公式为“A-B”
地面粗糙度的提取

地面粗糙度，是特定的区域内地球表面积与其投影面积之比。地面粗糙度是描述一个区域地形特征的宏观性指标。获得坡度数据层。

获得坡度数据层。
添加数据；选择【3D Analyst】| 【Raster Surace】，打开“Slope”窗口添加数据,得到坡度数据层
计算地面粗糙度。
选择【Map Algebra】|【Raster Calculator】（栅格计算器），计算地面粗糙度，计算式为1/cos((slope)*3.14159/180)

4、地形特征信息的提取

山脊线的提取&山谷线的提取

提取DEM的坡向数据层A。
添加DEM数据，并提取DEM的坡向数据层A
利用【Slope】提取A的坡度数据，对坡向求坡度。
即是求坡向变率，命名为SOA1
求DEM数据层的最大值H 。
选择“Spatial Analyst”工具，选择【Neighborhood】（领域分析）|【Facal Statistics】，输入数据，并将“统计类型”选为MAXIMUM;得到DEM数据层的最大值H
求DEM的反地形。
选择【Map Algebra】|【Raster Calculator】，计算公式为“H-DEM”，获得反地形DEM数据层
计算反地形的坡向变率SOA2。
对于反地形坡向数据（slope）图层，选择【slope】对反地形的坡向求坡度，加入数据，即可得到坡向变率SOA2
计算平均值数据层C。
选择【ArcToolbox】|【Spatial Analyst】，打开“Neighborhood”中的“Focal Statistics ”并将“Raster”（数据类型）改为“Mean”计算出平均值数据层C
求正负地形的分布区域。
选择【Raster Calculator】，利用计算公式“DEM-C”，求正负地形的分布区域
提取山脊线
选择【Raster Calculator】，利用计算公式“c>0&SOA>50”，提取山脊线

山脊线提取完成
用同样的方法提取出山谷线，计算公式为：c<0&SOA>50

山谷线提取完成

四、总结

综上，利用ArcGIS进行地形指标的提取和地形特征信息的提取就结束了，ArcGIS的功能远不止此，需要更加深入的学习去探索和发掘，生无机巧姿，所贵唯实践。

五、致谢

感谢大家的阅读，欢迎指正批评。

六、参考

《地理信息系统教程》高等教育出版社，2006；
《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程第二版》，汤国安。

七、实验数据

百度云盘：
https://pan.baidu.com/s/1SRVsFYDkK3L8vTUpN5Q36A
获取码：vled

扫码关注公众号，了解更多文章：

三山半落，一水中分。地纵经纬，理入乾坤。 ~兰州交通大学地理信息科学爱好者集散地，欢迎你的加入~

DEM的分析相关操作相关推荐

Eclipse 的常见报错、警告和原因分析、解决方式以及相关操作快捷键小结（持续更新）
文章目录前言一.常见的三种类型错误二.运行时错误总结前言 Eclipse 作为我们开发中最为常用的一款 IDE,功能齐全(虽然近几年被 IDEA 占尽了风头),但是最为基本的一些操作我们是要 ...
oracle log.xml分析,怎么在alert目录下的log.xml中关闭logminer的相关操作日志？ — oracle-tech...
Oracle版本10g-19c中,使用了logminer,但是在$ORACLE_SID/alert的目录下产生了大量的log_x.xml [email protected] alert]$ cd /o ...
【Android APT】注解处理器 ( Element 注解节点相关操作 )
文章目录一.获取被注解标注的节点二.Element 注解节点类型三.VariableElement 注解节点相关操作四.注解处理器完整代码示例五.博客资源 Android APT 学习 ...
[RabbitMQ]RabbitMQ原理与相关操作(一)
2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> RabbitMQ原理与相关操作(一) 小编是菜鸟一枚,最近想试试MQ相关的技术,所以自己看了下RabbitMQ官网,试着写下自 ...
Spark Streaming介绍，DStream,DStream相关操作(来自学习资料)
一. Spark Streaming介绍 1． SparkStreaming概述 1.1．什么是Spark Streaming Spark Streaming类似于Apache Storm,用于流式 ...
php aes 128位加密,php实现AES 128位加密的相关操作技巧分享
php实现AES 128位加密的相关操作技巧是什么?这篇文章主要介绍了PHP实现的AES 128位加密算法,结合实例形式分析了AES 128位加密的相关概念.原理及php实现AES 128位加密的相关 ...
oracle decode_错过血亏！一文搞懂Oracle锁相关视图及相关操作
本文主要研究锁的相关视图,以及锁的相关操作,通过视图查锁的问题. 一.v$transaction视图第一个视图是v$transaction,就是Oracle数据库所有活动的事务数,所有活动的事务每一 ...
数据结构之堆（Heap），堆的相关操作，用堆模拟优先级队列
目录堆的概念堆的存储方式堆的相关操作堆的向下调整. 堆的创建堆的插入和向上调整堆的删除用堆模拟优先级队列堆的概念堆是逻辑结构为二叉树存储结构为数组数组的一种数据结构,为什么这么说呢? ...
错过血亏！一文搞懂Oracle锁相关视图及相关操作
本文主要研究锁的相关视图,以及锁的相关操作,通过视图查锁的问题. 一.v$transaction视图第一个视图是v$transaction,就是Oracle数据库所有活动的事务数,所有活动的事务每一 ...

DEM的分析相关操作