实例与练习
练习1. 利用水文分析方法提取山脊、山谷线
1．背景：山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。2．目的：理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理；
掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。
3．要求：
（1）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线；
（2）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。
4．数据：一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140 km2。数据存放于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result 中。
5．算法思想：
对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别表示分水性与汇水性，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。因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。
基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。通过对零值的汇流累积值的栅格的提取，就可以得到分水线，也就得到了山脊线；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。
基于DEM利用水文分析的方法提取山脊线和山谷的技术流程如图1所示。
6．操作步骤
（1）正负地形的提取
1）启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开hydrology工具集。在图层管理器中加载研究区域的原始DEM数据，如图2所示。
图2 研究区域的DEM数据
2）加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，点击neighborhood statistics菜单工具，利用邻域分析的方法以11×11的窗口计算平均值。分析结果
命名为meandem。
3）点击spatial analyst中的raster calculator菜单工具，对原始DEM数据与邻域分析之后的数据meandem做减法运算，并将运算结果重分为两级，分级界线为0，那
么大于0的区域在原始DEM上就是正地形区域，小于0的区域在原始DEM上
就是负地形区域。
4）对上一步得到的二值化数据进行两次重分类，一次将正地形区域属性值赋值为1，负地形区域属性赋值为0，命名为zhengdixing；另一次将正地形区域属性值赋值
为0，负地形区域属性赋值为1，命名为fudixing。分别如图3、图4所示。
（2）山脊线的提取：
1）在ArcMap中加载研究区域的原始DEM数据，如图2所示。
2）洼地填充：双击hydrology工具集中的fill工具，进行原始DEM的洼地点填充。
在Input surface raster文本框中选择原始DEM数据dem，将输出数据命名为
filldem，因为选择的是将所有洼地全部填充，所有在填充容限Z limit为默认值。
3）基于无洼地的水流方向的计算：双击hydrology工具集中的flow direction工具，在Input surface raster文本框中选择填充过的无洼地DEM数据filldem，将输出的
水流方向数据命名为flowdirfill。
4）汇流累积量的计算：双击hydrology工具集中的flow accumulation工具。选择flowdirfill作为输入的水流方向数据；输出数据命名为flowacc1。
5）汇流累积量零值的提取：加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，然后单击raster calculator菜单，打开栅格计算对话框，在文本框中填写
汇流累积量零值的提取公式：facc0 = (flowacc = 0)，然后点击evaluate进行计算。
计算结果为所有的汇流累积量为0的栅格。
6）在ArcMap中打开facc0，发现所提取出的栅格很乱，有很多的地方并不是山脊线的位置，因此应对这个数据进行处理。处理过程可以利用邻域分析的方法，对提
取出的汇流累积量等于零值的数据进行3×3邻域分析进行光滑处理，处理后的
数据命名为neiborfacc0。
7）单击spatial analyst模块中的surfer analyst中的countline和hillshade菜单命令，分别生成原始DEM的等值线图ctour和晕渲图hillshade。
8）打开neiborfacc0数据的属性信息，进行重新分类，将分类级别设置为两类，不断的调整分界数据大小，并以由DEM生成的等值线图和晕渲图为辅助判断数据。
在neiborfacc0中，属性值越接近于1的栅格越有可能是山脊线的位置，这里确定
的分界阈值为0.5541。
9）将进行过二值化的neiborfacc0进行重分类为reneibor，将属性值接近1的那一类的属性值赋值为1，其余的赋值为0。
10）将重分类过后的neiborfacc0数据与正地形数据zhengdixing利用spatial analyst菜单下的raster calculator进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的
错误的山脊线。然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为
NO DATA。就得到了山脊线，如图5所示。
（3）山谷线的提取
1）在ArcMap中加载原始DEM数据，如图2所示。
2）加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，点击options raster calculator菜单工具，打开栅格计算对话框；在文本框中填写反地形的计算公式：
fandem =Abs (dem-2000)，点击evaluate进行计算。计算结果与原始DEM地形完
全相反的反地形数据，如图6所示。
3）反地形计算完毕之后，山谷线的提取就和山脊线的提取步骤一样的，直到最终利用重分类的方法将重新分级的邻域分析后的结果二值化为止。在这里，是不需要
（图中深色区域为山脊线，背景为该区域的晕渲图）
图6 计算出的研究区域的反地形DEM
对反地形DEM进行洼地填充的。计算过程中的数据名称分别为：水流方向数据为flowdirfan，汇流累积数据为flowacc2，零值汇流累积量提取数据为flowacc0fan，对flowacc0fan进行均值3×3邻域分析后的结果数据为nbfacc0fan，并将其分级
改为两级，分级阈值为0.65677。
４）将重分类过后的数据与负地形数据fudixing利用spatial analyst菜单下的raster calculator进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的错误的山脊
线。然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为NO DATA。
就得到了山谷线，如图7所示。
图7 计算出的研究区域的山谷线
（图中深色区域，背景为该区域的晕渲图）
练习2. 黄土地貌鞍部的提取
1．背景：相邻两山头之间呈马鞍形的低凹部分称为鞍部，鞍部是两个山脊和两个山谷会合的地方。鞍部点是重要的地形控制点，它和山顶点、山谷点以及山脊线、山谷线等构成的地形特征点线，具有对地形具有很强的控制作用。因此，对这些地形特征点、线的分析研究在数字地形分析中具有很重要的意义。同时，由于鞍部点的特殊地貌形态，使得鞍部点的提取方法较山顶点和山谷的提取更难，目前没有什么有效的方法来提取鞍部点，利用水文分析的方法可以来提取一些鞍部点，但是它还是具有一定局限性。
2．目的：结合水文分析的思想来提取研究区域内的地形鞍部点；开拓思维，拓展水文分析工具的应用，学会利用水文地质分析的思想来解决一些地形、地貌等方面的问题。3．要求：结合水文地质分析的方法和空间分析的方法提取研究区域的地形鞍部点
4．数据：一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有59 km2。数据存放于…/ChP11/Ex2中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex2。结果保存在…/ChP11/Ex2/Result 中。
5．算法思想：由于鞍部是两个山脊和两个山谷会合的地方，那么对于鞍部点的提取，就可以采用分别提取山脊线和山谷线，然后再计算出山脊线与山谷线的交点，所求出的交点便是鞍部点的位置。
鞍部点的提取流程如图8所示。
图8 鞍部点的提取流程图
6．操作步骤：
（1）正地形、等高线和晕渲图的提取
同山脊线与山谷线的提取中一样，由于鞍部点的整体位置是处于山脊上的，需要提取出正地形以舍弃那些在负地形上的错误的提取结果。正地形的提取过程与
11.6.1完全相同。提取过程分别是：利用11×11窗口进行提取平均值的邻域分析，
结果为meandem；原始DEM与meandem相减并以0为界进行重分类，大于0的属性重新赋值为1，小于0的赋值为0，结果命名为zhengdixing。
利用spatial analyst菜单下的surface analysis菜单中的contour和hillshade工具分别提取研究区域的等高距为40m的等高线数据ctour和研究区域的晕渲图hillshade。
（2）山脊的提取
山脊的提取与练习1中山脊的提取过程是完全相同的，分别是进行洼地填充、然后在无洼地的DEM上提取水流方向、基于水流方向计算汇流累积量数据、提取汇流累积量数据等于零的栅格。提取过程产生的各个数据分别为：filldem、flowdir、flowacc以及flowacc0。
（3）山谷的提取
山谷的提取也与练习1中山谷的提取过程是完全相同的，分别是基于原始DEM 计算出反地形DEM数据（计算中是利用原始DEM减去常数3000）、基于反地形DEM数据提取水流方向数据、基于水流方向数据进行汇流累积量数据、提取汇流累积量数据等于零的栅格。提取过程中产生的数据分别为：fandem、flowfdirfan、flowaccfan以及fanfacc0。
（4）鞍部点的提取
1）将提取出的山脊线数据flowacc0和山谷线数据fanfacc0利用spatial analyst菜单下的raster calculator的工具进行相乘运算，运算结果命名为anbuqu。
2）将上一步中提取出的数据anbuqu和正地形数据zhengdixing利用spatial analyst菜单下的raster calculator的工具进行相乘运算，就得到了鞍部点的栅格形式数据，
命名为rasteranbu 。
3） 将栅格数据rasteranbu 进行重分类，所有0值和NO DATA 数据赋为NO DATA 数
据，属性为1的值保持不变，重分类之后数据为rasteranbu2。
4） 将栅格数据rasteranbu2转成矢量结构数据anbudian ，并配合等高线数据和晕渲图
对矢量形式的鞍部点数据进行编辑，剔除那些处于研究区域边缘以及内部的伪鞍部点，并重新设计鞍部点的图例。将伪鞍部点数据剔除完毕之后，停止编辑并保存结果。最后得到的鞍部点数据如图9所示。
图9 提取出的鞍部点图（图中背景为研究区40m 等高距的等高线图）
练习3. 沟谷网络的提取及沟壑密度的计算
1． 背景：沟壑密度是描述地面被水道切割破碎程度的一个术语。沟壑密度越大，地面越
破碎。破碎的地面必然起伏不平，多斜坡。这样一方面使地表物质稳定性降低，另一方面易形成地表径流。沟壑密度越大，地面径流和土壤冲刷越快，沟蚀发展越快。沟壑密度是地形发育阶段、降水量或地势高差、土壤渗透能力和地表抗蚀能力的重要特征值。所以，沟壑密度是气候、地形、岩性、植被等因素综合影响的反映，对于水土流失监测、水土保持规划有着重要的意义。因此，沟壑密度的提取具有在地形分析中，特别是在进行水土保持和水土流失研究中具有重要的意义。
沟壑密度也称沟谷密度或沟道密度，指单位面积内沟壑的总长度。单位一般以km/km 2表示，数学表达为：
式中：D S 指沟壑密度；∑L 指研究区域内的沟壑总长度（单位：km ），A 指特定研
究区域的面积（单位：km 2）
。 A L D S ∑=
2．目的：能熟悉掌握水文分析中的沟谷网络的提取原理及过程。
3．要求：
（1）利用水文地质分析工具提取出研究区域的沟谷网络；
（2）计算出该研究区域的沟壑密度。
4．数据：一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有59 km2。数据存放于…/ChP11/Ex3中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex3。结果保存在…/ChP11/Ex3/Result 文件夹中。
5．操作步骤
（1）沟谷网络的提取：
1）启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开hydrology工具集。在图层管理器中加载研究区域的原始DEM数据。
2）原始DEM数据提取水流方向数据：双击hydrology工具集中的flow direction工具，选择原始DEM数据作为输入表面数据，将输出的水流方向数据命名为
flowdir。点击OK进行水流方向数据的计算。
3）洼地的计算：双击hydrology工具集中的sink工具，选择上一步计算的水流方向数据flowdire作为输入数据，将输出数据命名为sink。
4）计算得到原始DEM上有洼地，需要进行洼地填充。双击hydrology工具集中的fill工具，进行原始DEM的洼地点填充。在Input surface raster文本框中选择原始
DEM数据dem，将输出数据命名为filldem，因为选择的是将所有洼地全部填充，
所有在填充容限Z limit为默认值。
5）基于无洼地的水流方向的计算：同步骤2）中一样，打开水流方向计算，选择的输入表面数据是无洼地DEM数据filldem，将输出的水流方向数据命名为
flowdirfill。
6）汇流累积数据的计算。双击hydrology工具集中的flow accumulation工具。选择flowdirfill数据作为输入的水流方向数据；输出数据命名为flowacc；输入的权值
数据不选择，利用系统默认的等权且权值为1的模式。点击OK进行运算。运算
出的汇流累积数据flowacc。
7）栅格河网的生成。在栅格河网的生成中，需要设置一个汇流累积阈值。双击spatial analysis tools工具箱中的map algebra工具集中的multi output map工具。在对话
框的文本框中输入：E:\chp11\ex3\result\streamnet = con (E:\chp11\ex3\result\flowacc
> 100, 1)，计算出栅格河网数据streamnet。
8）栅格河网矢量化。双击hydrology工具集中的stream to feature工具。选择streamnet 作为栅格河网数据输入，将水流方向数据flowdirrfill作为输入的水流方向数据。
将输出的数据命名为stream1，也就是矢量形式的沟谷网络。
9) 伪沟谷的删除。由于基于DEM的河网的提取是采用最大坡降的方法，那么在平
地区域例如谷底等，在这些区域上的水流方向是随机的，那么就很容易生成平行
状的河流等错误的形状，这种平行状的沟谷被称为伪沟谷，需要进行手工编辑剔
除的。伪沟谷的剔除步骤为：
A．加载模块，点击editor模块的下拉箭头，点击start editing菜单工具，在操作
目标层（target）中选择（9）中计算出来的矢量形式的河网数据stream1。
B．点击编辑工具中的选择符号，将其激活。在ArcMap地图显示窗口中选择那
些沟谷网络上的平行状沟谷，点击右键，从弹出菜单中选择删除。研究区域边缘
的那些很短的沟谷也需进行删除。
C．所有的伪沟谷删除完毕之后，点击editor下拉菜单中的save edits，对该层数
据的修改进行保存，并点击stop edits停止编辑。到此，完成了伪沟谷的删除。最
后的到沟谷数据如图10所示。
图10计算出的研究区域的沟谷网络
（2）沟壑密度的计算,
1）加载Xtools扩展模块。点击xtools下拉菜单，
选择calculate area、perimeter、length、acres and
hectares菜单工具，弹出如图11的对话框，在
文本框中选择需要进行计算的矢量数据，点击
OK进行计算。计算结果将在属性表中新建一个
属性项记录。
2）打开计算长度之后的矢量沟壑数据的属性表，
选择标记length的属性字段，点击右键就弹出
了如图12的对话框，选择statistics，进行该属
图11计算沟壑长度对话框性字段下属性值的统计分析。
图12沟壑长度的统计计算图
3）通过统计计算出来的沟壑的总长度是：∑L =729.395802263 km。
4）计算研究区域的面积。在图层管理器中右键点击DEM数据层,在弹出菜单中选择图层属性，单击左键打开图层属性数据。在source里的栅格数据信息中有研究区域的栅格数据的行和列以及栅格分辨率，可以计算出研究区域的面积A=264.375625km2。
5）研究区的沟壑总长度以及研究区的面积都计算出来之后，那么研究区域的沟壑密
度就是：D S=2.759 km/km2。
山脊线山谷线提取实验报告 实验内容描述： 山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线（骨架线），因此它对于地形地貌研究具有重要意义；另一方面，对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别代表示分水性与汇水性，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。 本次实验通过某区域栅格DEM掌握山脊线和山谷线这两个基本地形特征信息的理论及其基于DEM的提取方法与原理；同时，熟练掌握利用ArcGIS软件对这两个地形特征信息的提取方法。 实验原理： 1.本实验基于规则格网DEM数据使用平面曲率与坡形组合法提取山脊线和山谷线，首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。因此，提取过程中可以SOA代替平面曲率。 2.主要用到以下理论知识： 1）坡向变率：是指在提取坡向基础上，提取坡向的变化率，亦即坡向之坡度（Slope of Aspect，SOA）。它可以很好地反应等高线弯曲程度； 2）反地形DEM数据：求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H，通过公式（H-DEM），得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据； 3）地面坡向变率SOA：地面坡向变率在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原理，提取地表局部微小范围内坡向的最大变化情况。但是SOA在提取过程中在北面坡将会有误差产生，所以要将北坡坡向的坡向变率误差进行纠正，其公式为： SOA=(( [SOA1]+[ SOA2] )-Abs( [SOA1]-[ SOA2] ))/2 其中：SOA1为原始DEM数据层坡向变率，SOA2为反地形DEM数据层坡向变率。 4）焦点统计 5）ArcScan自动矢量化 流程图
七年级地理上册期中测试试卷 考试时间：60分钟满分：100分 一.单项选择题(每题2分,共50分) 1.地球的平均半径为（） A、6336千米 B、6357千米 C、6371千米 D、6378千米 2.纬线的特点是（） A、纬线都是半圆 B、纬线指示南北方向 C、所有纬线长度相等 D、赤道是最长的纬线 3.划分东西半球的界线是（） A、任意两条相对的经线所组成的经线圈 B、0°经线和180°经线所组成的经线圈 C、西经20 °和东经160°两条经线所组成的经线圈 D、东经20 °和西经160°两条经线所组成的经线圈 4.在地球仪上，66.5°N纬线被人们称为（） A、北回归线 B、南回归线 C、北极圈 D、南极圈 5.某建筑队要修建一座房屋，房屋的四面窗户都朝北方，你认为房屋应建立在哪个地方（） A、赤道上 B、北极点 C、南极点 D、青藏高原 6.下列四个地点中，符合“东半球、北半球，一年中有两次太阳直射”三个条件的是（） A、170 °E、20 °N B、10 °E、25 °N C、30 °W、20 °S D、10 °W、23 °N 7.地球自转产生的地理现象主要是（） A、地球上昼夜的形成 B、地球上昼夜的更替 C、地球上四季的变化 D、同一地方正午太阳高度随季节变化 8.下列关于地球公转的说法，正确的是（） A、方向是自东向西 B、周期是365天 C、产生了昼夜现象 D、产生了四季变化 9.同学们放寒假的时候，南半球的澳大利亚正处于（） A、春季 B、夏季 C、秋季 D、冬季 10.北京一年中白昼最短、正午太阳高度最低的时间是（） A、夏至 B、冬至 C、春分 D、秋分 11.太阳光在地球表面直射的最南界线是（） A、北回归线 B、赤道 C、南回归线 D、南极圈 12.我国南极考察队从上海（31°N）出发到南极大陆，沿途经过几个温度带（） A、五个 B、四个 C、三个 D、两个 13.在一副1：3000000的地图上，8厘米代表的实际距离是（） A、240千米 B、2400千米 C、24千米 D、1200千米 14.下列对高度的叙述，表示相对高度的是（） A、珠穆朗玛峰高8848米 B、吐鲁番盆地的艾丁湖高-155米 C、珠穆朗玛峰比吐鲁番盆地高8999米 D、青藏高原平均海拔4000米 15. 在分层设色地形图上，蓝色一般表示（） A、山地和丘陵 B、山地和高原 C、平原和盆地 D、湖泊和海洋
山脊线、山谷线和鞍部点的提取
山脊线、山谷线和鞍部点的提取 一．实习背景 山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。 相邻两山头之间呈马鞍形的低凹部分称为鞍部，鞍部是两个山脊和两个山谷会合的地方。鞍部点是重要的地形控制点，它和山顶点、山谷点以及山脊线、山谷线等构成的地形特征点线，具有对地形具有很强的控制作用。因此，对这些地形特征点、线的分析研究在数字地形分析中具有很重要的意义。同时，由于鞍部点的特殊地貌形态，使得鞍部点的提取方法较山顶点和山谷的提取更难，目前没有什么有效的方法来提取鞍部点，利用水文分析的方法可以来提取一些鞍部点，但是它还是具有一定局限性。 二．实习目的 （1）熟练掌握基于DEM利用ArcGIS进行提取相关地形特征的方法与原理； （2）深入认识山脊线、山谷线和鞍部点3个基本地形特征；三．实习内容 １.提取ｄｅｍ数据的ＳＯＡ ２基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线 3.基于DEM水文分析方法提取山脊线山谷线
4.鞍部点的提取 四．实习数据 DEM 五．实习工具 Surface Analyst，model工具 六．实习步骤 1.提取DEM的SOA数据 A．求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H；通过Spatial Analysis 下的栅格计算器 Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的 DEM数据层，即反地形DEM数据； B．基于反地形 DEM数据求算坡向值； C．利用 SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为 SOA2，由原始DEM数据求算出的坡向变率值为 SOA1； D.在 Spatial Analysis下使用栅格计算器 Calculator，公式为 SOA ＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的 DEM 的坡向变率， 2.利用基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线 （1）山脊线的提取
自动提取山脊线和山谷线 arcmap 自动提取山脊线和山谷线的方法1 平面曲率与坡形组合法 基于规则格网DEM是最主要的自动提取山脊线和山谷线的方法，从算法设计原理上来分，大致可以分为以下五种： 1) 基于图像处理技术的原理； 2) 基于地形表面几何形态分析的原理； 3) 基于地形表面流水物理模拟分析原理； 4) 基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的原理； 5) 平面曲率与坡形组合法。 平面曲率与坡形组合法提取的山脊、山谷的宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方法简便，效果好。该方法基本处理过程为：首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。因此，下面的提取过程以SOA代替平面曲率。 具体提取过程为： 1）激活DEM 数据，在Spatial Analysis 下使用surface 菜单下的Derive Aspect 命令，提取DEM 坡向层面，记为A； 2）激活A 层面，在Spatial Analysis 下使用surface 菜单下的Derive Slope 命令，提取A 层面的坡度信息，记为SOA1； 3）求取原始DEM 数据层的最大高程值，记为H；通过Spatial Analysis 下的栅格计算器Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的DEM 数据层，即反地形DEM 数据； 4）基于反地形DEM 数据求算坡向值； 5）利用SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为SOA2； 6）在Spatial Analysis 下使用栅格计算器Calculator，公式为SOA ＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs （[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的DEM 的坡向变率SOA； 7）激活原始DEM 数据，在Spatial Analysis 下使用栅格邻域计算工具Neighborhood Statistics；设置Statistic type 为平均值，邻域的类型为矩形（也可以为圆），邻域的大小为275×275 MAP，则可得到一个邻域为275×275 MAP的矩形的平均值层面，记为B； 8）在Spatial Analysis 下使用栅格计算器Calculator，公式为C ＝[DEM]-[B]，即可求出正负地形分布区域， 9）在Spatial Analysis下使用栅格计算器Calculator，公式为D ＝[C] >0 & SOA > 70，即可求出山脊线； 10）同理，在栅格计算器Calculator 中，修改公式为D ＝[C] < 0 & SOA > 70，即可求出山谷线
山脊线山谷线提取实验报告 实验容描述： 山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线（骨架线），因此它对于地形地貌研究具有重要意义；另一方面，对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别代表示分水性与汇水性，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。 本次实验通过某区域栅格DEM掌握山脊线和山谷线这两个基本地形特征信息的理论及其基于DEM的提取方法与原理；同时，熟练掌握利用ArcGIS软件对这两个地形特征信息的提取方法。 实验原理： 1.本实验基于规则格网DEM数据使用平面曲率与坡形组合法提取山脊线和山谷线，首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。因此，提取过程中可以SOA代替平面曲率。 2.主要用到以下理论知识： 1）坡向变率：是指在提取坡向基础上，提取坡向的变化率，亦即坡向之坡度（Slope of Aspect，SOA）。它可以很好地反应等高线弯曲程度； 2）反地形DEM数据：求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H，通过公式（H-DEM），得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据； 3）地面坡向变率SOA：地面坡向变率在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原理，提取地表局部微小围坡向的最大变化情况。但是SOA在提取过程中在北面坡将会有误差产生，所以要将北坡坡向的坡向变率误差进行纠正，其公式为： SOA=(( [SOA1]+[ SOA2] )-Abs( [SOA1]-[ SOA2] ))/2 其中：SOA1为原始DEM数据层坡向变率，SOA2为反地形DEM数据层坡向变率。 4）焦点统计 5）ArcScan自动矢量化 流程图
第十一章水文分析 练习1：利用水文分析方法提取山脊、山谷线 一、背景 山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。 二、目的 理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。 三、要求 1、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线； 2、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。 四、数据 一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140 km2。数据存于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result中。 五、算法思想 对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别表示分水性与汇水性，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。因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。 基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。通过对零值的汇流累积值的栅格的提取，就可以得到分水线，也就得到了山脊线；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。 六、操作步骤 1、正负地形的提取 (1) 启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开hydrology工具集。在图层管理器中加载研究区域的原始DEM数据。 (2) 加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，点击neighborhood statistics菜单工具，利用邻域分析的方法以11×11的窗口计算平均值，如图1。分析结果命名为meandem，如图2所示。
致可以分为以下五种： 1) 基于图像处理技术的原理； 2) 基于地形表面几何形态分析的原理； 3) 基于地形表面流水物理模拟分析原理； 4) 基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的原理； 5) 平面曲率与坡形组合法。 平面曲率与坡形组合法提取的山脊、山谷的宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方 法简便，效果好。该方法基本处理过程为：首先利用 DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为 山谷。实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率（SOA）在一定程度 上可以很好地表征平面曲率。因此，下面的提取过程以 SOA代替平面曲率。 具体提取过程为： 1）激活 DEM 数据，在 Spatial Analysis 下使用surface 菜单下的Derive Aspect 命令，提取 DEM 坡向层面，记为 A； 2）激活 A 层面，在 Spatial Analysis 下使用 surface 菜单下的 Derive Slope 命令，提取A 层面的坡度信息，记为 SOA1； 3）求取原始 DEM 数据层的最大高程值，记为 H；通过 Spatial Analysis 下的栅格计 算器Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的 DEM 数据层，即反地 形 DEM 数据；
4）基于反地形 DEM 数据求算坡向值； 5）利用 SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为 SOA2； 6）在Spatial Analysis 下使用栅格计算器 Calculator，公式为SOA ＝ （（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的 DEM 的坡向变率SOA； 7）激活原始 DEM 数据，在 Spatial Analysis 下使用栅格邻域计算工具 Neighborhood Statistics；设置 Statistic type 为平均值，邻域的类型为矩形（也可以为圆），邻域的大小为 275×275 MAP，则可得到一个邻域为 275×275 MAP的矩形的平均值层面，记为 B； 8）在 Spatial Analysis 下使用栅格计算器 Calculator，公式为 C ＝[DEM]-[B]，即可求出正负地形分布区域， 9）在 Spatial Analysis下使用栅格计算器 Calculator，公式为 D ＝[C] >0 & SOA > 70，即可求出山脊线； 10）同理，在栅格计算器 Calculator 中，修改公式为 D ＝[C] < 0 & SOA > 70，即可 求出山谷线。
利用水文分析方法提取山脊、山谷线 1.背景 作为地形特征线的山脊线、山谷线对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。同时由于山脊线具有分水性，山谷线具有合水性特征使得它们在工程应用方面具有特殊的意义。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线的提取和分析是具有很大应用价值的。 2.目的 了解基于DEM的水文分析方法提取出山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取原理及方法；能够利用水文分析的方法与其它空间分析方法相结合以解决实际应用问题。 3.要求 （1）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线； （2）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。 4.数据 一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，区域面积大约有140 km2。 5.算法思想 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。因此，可以利用水文分析的方法进行提取。 对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，而分水线的性质即为水流的起源点。所以，通过地表径流模拟计算之后，这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。通过对零值的汇流累积值的栅格的提取，就可以得到分水线，即山脊线；对于山谷线而言，可以利用反地形的特点，即利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，得到与原始地形完全相反的地形数据，使得原始的DEM中的山脊变成反地形的山谷，而原始DEM中的山谷在反地形中就变成了山脊，再利用山脊线的提取方法就可以实现山谷线的提取。但是这种方法会出现提取出的山脊和山谷位置有些偏差，可以利用正、负地形来加以纠正。 基于DEM利用水文分析的方法提取山脊线和山谷的技术流程如图1所示。 图1 山脊线和山谷线的提取流程图
实例与练习 练习1. 利用水文分析方法提取山脊、山谷线 1．背景：山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。2．目的：理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理； 掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。 3．要求： （1）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线； （2）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。 4．数据：一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140 km2。数据存放于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result 中。 5．算法思想： 对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别表示分水性与汇水性，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。因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。 基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。通过对零值的汇流累积值的栅格的提取，就可以得到分水线，也就得到了山脊线；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。 基于DEM利用水文分析的方法提取山脊线和山谷的技术流程如图1所示。
基于平面曲率与坡形组合法提取山脊线和山谷线 1.提取思路： 本篇采用平面曲率与坡形组合法来提取山脊线和山谷线。因为使用该方法提取的山脊、山谷的宽度可以由选取的平面曲率的大小来调节，比较简单，同时效果也不错。 该方法的处理过程如下： 首先利用原始DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，其中因为实际地形中的平面曲率的提取较为繁琐，本篇使用坡向变率SOA代 替。 正地形上平面曲率的大值即山脊线，负地形上平面曲率的小值即山谷线。 2.基础操作步骤介绍： 选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡向】工具，提取原始DEM的坡向数据。
选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡度】工具，提取上一步得到的坡向数据层的坡度数据，得到坡向变率数据层SOA1。 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→数学分析→减】工具，使用原始DEM中的最大值减去原始栅格，得到反地形DEM栅格图像。
然后依次选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡向】工具和选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡度】工具，得到坡向变率数据层SOA2。 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入(("SOA_1" + "SOA_2") - Abs("SOA_1" - "SOA_2")) / 2地图代数公式，得到没有误差的DEM的坡向变率SOA。
选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→邻域分析→焦点统计】工具，得到邻域大小为11×11(可以根据需要自行设置)的矩形的平均值数据层Mean_DEM。
ArcMap自动提取山脊线和山谷线 来自汤国安《ARCGIS地理信息系统空间分析实验教程》PAGE349 基于规则格网DEM是最主要的自动提取山脊线和山谷线的方法，从算法设计原理上来分，大致可以分为以下五种： 1) 基于图像处理技术的原理； 2) 基于地形表面几何形态分析的原理； 3) 基于地形表面流水物理模拟分析原理； 4) 基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的原理； 5) 平面曲率与坡形组合法。 平面曲率与坡形组合法提取的山脊、山谷的宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方法简便，效果好。该方法基本处理过程为：首先利用DEM 数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。因此，下面的提取过程以SOA代替平面曲率。 具体提取过程为： 1）激活DEM 数据，在Spatial Analysis 下使用surface 菜单下的Derive Aspect 命令，提取DEM 坡向层面，记为A； 2）激活A 层面，在Spatial Analysis 下使用surface 菜单下的Derive Slope 命令，提取A 层面的坡度信息，记为SOA1； 3）求取原始DEM 数据层的最大高程值，记为H；通过Spatial
Analysis 下的栅格计算器Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的DEM 数据层，即反地形DEM 数据； 4）基于反地形DEM 数据求算坡向值； 5）利用SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为SOA2； 6）在Spatial Analysis 下使用栅格计算器Calculator，公式为SOA ＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的DEM 的坡向变率SOA； 7）激活原始DEM 数据，在Spatial Analysis 下使用栅格邻域计算工具Neighborhood Statistics；设置Statistic type 为平均值，邻域的类型为矩形（也可以为圆），邻域的大小为275×275 MAP，则可得到一个邻域为275×275 MAP的矩形的平均值层面，记为B； 8）在Spatial Analysis 下使用栅格计算器Calculator，公式为 C ＝[DEM]-B，即可求出正负地形分布区域， 9）在Spatial Analysis下使用栅格计算器Calculator，公式为 D ＝[C] >0 & SOA > 70，即可求出山脊线； 10）同理，在栅格计算器Calculator 中，修改公式为D ＝[C] < 0 & SOA > 70，即可求出山谷线。
高中地理（山脊、山谷、地形、海拔、等高线）考点详解 山谷、山脊的区分 （1）山谷线、山脊线的特点 ①山谷线：等高线向高处弯曲，一般发育着山谷、河流； ②山脊线：等高线向低处弯曲，一般为山坡，很少发育河流。 （2）判断技巧 ①沿着等高线延伸的方向，作出山谷线、山脊线； ②垂直于山谷线/山脊线，画一条直线（蓝线），与山谷线/山脊线相交（绿色的圆点），并与两侧的等高线相交（红色五角星）。 ③比较中间（绿色圆点）的海拔，与两侧等高线交点（红色五角星）的海拔。如果中间高，两侧低，则为山脊（图中的②号线）；如果中间低，两侧高，则为山谷（图中的③号线）。
图1 山脊与山谷的判断技巧 例题 如下图所示，等高线的间距为100m，西北侧山峰的海拔为580m，东南侧Q 点的海拔可能为多少米？
图2 例题 答案：400m~500m 精讲精析：（1）判断西部的地形与海拔。下图中，西部的多条等高线的弯曲，都具有同步性，因此可以判断西部是一个连续的坡，因此从西北侧的山峰开始，海拔会逐渐下降（等高距为100m）：500m、400m、300m。下图中的红线代表着山脊线（等高线向低海拔弯曲），蓝色线代表着山谷线（等高线向高海拔弯曲）。
图3 山脊线与山谷线 （2）判断河谷两侧的海拔，进而判断Q点海拔。一般来说，河流都发育在海拔较低的山谷，两侧山谷的海拔都会高于河流，即河流两侧山谷的海拔，应该具有相似性。因此图中河流两侧等高线数值，应该一致，都为300m。图中右侧的地形中，等高线的弯曲方向一致，表明它是一个连续的坡，因此海拔由河流至Q 点，海拔应该具有连续性，即逐渐升高。由此可判断出Q点的海拔： 400m~500m。
山脊线和山谷线提取插件版本V1.0操作说明1/6 山脊线和山谷线提取插件 操作说明 1引言 1.1编写目的 编写本使用说明的目的是充分叙述本脚本软件所能实现的功能及其运行环境，以便使用者了解本脚本软件的使用范围和使用方法。 1.2编写背景 山脊线和山谷线的提取在很多行业，例如环境保护、水文水利、农业等行业应用很广泛。目前主要依赖ArcGIS中的空间分析工具来完成，需要使用13个空间分析工具来完成，费时费力，同时会产生许多中间过程文件。本插件使用Python 语言，基于ArcGIS10进行二次开发，基于DEM数字高程模型，使用1个脚本来实现山脊线和山谷线的提取。技术问题可以在QQ群讨论：960933115 2运行环境 2.1软件环境 win7及以上版本、ArcGIS10.0及以上版本 2.2硬件环境 CPU：2.4GHz以上 硬盘：至少4G以上的空闲空间 内存：至少4G的空闲内存 显示器分辨率：1280×600以上
山脊线和山谷线提取插件版本V1.0操作说明1/6 3运行原理 本插件运行原理如下图所示： 图1：山谷线和山脊线提取脚本运行过程
（1）坡向分析 对输入的地形图进行坡向分析（Aspect），结果记为A。 結果示例如下： （2）坡度分析Slope 对第一步的结果进行坡度分析，结果记为SOA1。 （3）反地形DEM 求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H；通过栅格计算器计算，公式为H-DEM，得到与原来地形相反的DEM数据层，既反地形DEM。结果记为rastercalc。 （4）反地形的坡向分析 求反地形DEM的坡向。结果记为Aspect_raste1. （5）反地形的坡度分析 求反地形的坡向变率，记为SOA2 （6）然后利用soa1和soa2求得没有误差的DEM的坡向变率（注意大小写一致） 利用栅格计算器，公式：(([SOA1]+[SOA2])-Abs([SOA1]-[SOA2]))/2，结果记为SOA。
学院 实验报告 课程名称 开课学期2019-2020第二学期 实验地点 班级 姓名 学号 －1－
－2－地理与环境科学院学生实验报告 课程名称实验项目名称 开课系（部）及实验室实验日期2020.3.3 学生姓名学号专业班级 指导教师实验成绩 一、实验目的 了解基于DEM水文分析方法提取山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量提取原理及方法。 二、实验器材 ArcGIS10.4、原始dem数据 三、实验步骤 1）正负地形的提取 （1）在ArcMap中加载原始DEM数据。 （2）在ArcToolBox中选择Spaitiai Analyst Tool--Neiborhood--focal stastics,利用邻域分析方法以11×11的窗口计算平均值，计算结果命名为meandem. （3）在ArcToolBox中选择Map Algebra--Raster calculator,对原始DEM数据与邻域分析之后的数据meandeam做减法运算。 （4）在ArcToolbox中选择Spaitiai Analyst Tool--Reclass--Reclassify对运算结果进行重分类，分类界限为0。将大于0的区域赋值为1（即为正地形），小于0的区域赋值为0，命名为zhengdixing,另一次将小于0的区域属性值赋值为1（即为负地形），大于0的区域赋值为0，命名为fuduxing。 Zhengdixing fudixing
2）山脊线的提取 （1）在ArcMap中加载原始区域的DEM数据。 （2）洼地填充：选择Spaitiai Analyst Tool——hydrology--Fill,进行原始DEM的洼地填充，输入表面栅格数据：dem；命名输出栅格数据文件名：filldem,因为选择的是所有洼地全部填充，所以Zlimit为默认值。 （3）基于无洼地的水流方向的计算：选择Spaitiai Analyst Tool——hydrology——Flow direction，输入表面栅格数据filldem;命名输出栅格数据flowdirfill （4）汇流累积量的计算：选择Spaitiai Analyst Tool——hydrology——Flow accumulation,选择flowdirfill作为输入的水流方向数据；输出命名为flowaccl。（5）汇流累积量为零值的提取：在ArcToolBox中选择Map Algebra--Raster calculator,提取汇流累积量为零值，计算公式为facc0=(flowaccl==0) （6）对facc0做光滑处理：在ArcToolBox中选择Spaitiai Analyst Tool--Neiborhood--focal stastics,利用邻域分析方法以3×3的窗口计算平均值，计算结果命名为neiborfacc0. （7）打开Spaitiai Analyst Tool--surface--contour和Spaitiai Analyst Tool--surface--hillshade，分别生成原始DEM的等值线ctour和晕渲图hillshade.（8）在neiborfacc0数据上单击右键，点击properties，进行重新分级，将数据分为两级，以等值线ctour和晕渲图hillshade为辅助不断调整分级临界点，属性值越接近于1的栅格越有可能是山脊线的位置，最终确定分界阈值为0.5541。 （9）将进行过二值化的neiborfacc0进行重分类为reneibor，将属性值接近于1的赋值为1，其余的赋值为0. （10）利用Map Algebra--Raster calculator工具，将reneibor数据于zheng相乘，就消除了那些存在负地形中的错误山脊线。然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为No Data。 －3－
如何让学生在等高线地形图上识别山峰、山谷、鞍部和山脊等地形 在日常生活和学习中，我们会经常使用地图，等高线地形图是其它地图的基础。 等高线地图就是将地表高度相同的点连成线,直接投影到平面形成水平曲线，不同高度的等高线不会相交，除非地表是悬崖，才能等高线出现重叠现像；如地表线平坦开阔，曲线之间距离就相当宽。等高线的基准线是以海平面为准。每张地图下方皆有制作标示说明，及主要是地图的三要素。方便使用者使用。 常见地形有山地、陡崖、山脊、平原、高原和丘陵。 枣庄地区农村的学生，大部分学生见识少，对各种地形没有概念，尤其是山地、盆地、高原。大多数人把丘陵叫做“山”。更别说高原、盆地。有的只是从电视、书本中间获得的。 在本节课的教学中，我首先用多媒体放各种地形的录像让学生对地形有一个直观的认识；其次，让学生看书本，对课本中的文字描述有所了解，把课本中的不同地形部位的素描图和地形图有所比较；再就是讲解等高线地形图的绘制。大部分学生对等高线的绘制还不是太清楚，我就让学生搞一个小活动： 让学生左手握拳，手背向上放在桌面上。用笔在手背上画等高线，手背部关节突起的部位相当于山顶，关节间的部位相当于鞍部，手指的背部相当于山脊，手指缝相当于山谷。在手面上滴水，一定会顺手指缝流；所以，在指头缝之间用粗的墨水描蓝了,表示水顺着山谷流下了。小指和食指的外侧相当于陡崖。把手伸开就是平面的等高线图，握住拳头就是立体的地形。这样等高线形态与地势高低、坡度陡缓的关系就可以一目了然了。演示时，师生共同参与，边指部位，边提问，边回答，充分发挥学生的思考和想像力，加深学生对地表形态的辨别能力，以此来突出重点。 活动结束后，师生再总结地形图上几种等高线形状特征： 山顶（山峰）：等高线闭合，且数值从中心向四周逐渐降低。山峰一般会有一个黑色的三角符号表示，都是在等高线闭合处海拔较高处； 盆地或洼地：等高线闭合，且数值从中心向四周逐渐升高；盆地要看四周等高线数值是均高于此处，那么此处为盆地， 山脊：等高线凸出部分指向海拔较低处。等高线从高往低突,就是山脊； 山谷：等高线凸出部分指向海拔较高处。等高线从低往高突,就是山谷。 鞍部：正对的两山脊或山谷等高线之间的空白部分，也就是相邻两个山顶之间的低洼部分；就像是位于两个驼峰中间部位，因此称为鞍部。 缓坡与陡坡及陡崖：所谓的陡坡陡缓是相对而言的。等高线重合处为悬崖；等高线越密集处，地形越陡峭；等高线越稀疏处，坡度越舒缓。 从等高线的疏密，可以判断地面的坡形： 1、等高线密集的地方，表示陡坡； 2、等高线稀疏的地方，表示缓坡； 3、等高线间隔均匀，表示上下坡度均匀一致，是均匀坡； 4、自下而上，等高线由密而疏，表示山下部坡较陡，山上部坡渐缓； 5、自下而上，等高线由疏而密，表示山下部坡较缓，山上部坡较陡。 6、同一张地形图上，等高线较为密集的地
山脊线山谷线提取实验报告 实验内容描述: 山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线（骨架线），因此它对于地形地貌研究具有 重要意义；另一方面，对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别代表示分水性与汇水性，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。 本次实验通过某区域栅格DEM掌握山脊线和山谷线这两个基本地形特征信息的理论及 其基于DEM的提取方法与原理；同时，熟练掌握利用ArcGIS软件对这两个地形特征信息的 提取方法。 实验原理： 1?本实验基于规则格网DEM数据使用平面曲率与坡形组合法提取山脊线和山谷线，首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。因此，提取过程中可以SOA代替平面曲率。2?主要用到以下理论知识： 1 ）坡向变率：是指在提取坡向基础上，提取坡向的变化率，亦即坡向之坡度（Slope of Aspect，SOA）。它可以很好地反应等高线弯曲程度； 2）反地形DEM数据：求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H,通过公式（H-DEM）, 得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据； 3）地面坡向变率SOA:地面坡向变率在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原 理，提取地表局部微小范围内坡向的最大变化情况。但是SOA在提取过程中在北面坡将会 有误差产生，所以要将北坡坡向的坡向变率误差进行纠正，其公式为： SOA=（（ [SOA1]+[ SOA2] ）-Abs（ [SOA1]-[ SOA2] ）2 其中：SOA1为原始DEM数据层坡向变率，SOA2为反地形DEM数据层坡向变率。 4）焦点统计 5）A rcScan自动矢量化 流程图
山脊线、山谷线和鞍部点的提取 一．实习背景 山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。 相邻两山头之间呈马鞍形的低凹部分称为鞍部，鞍部是两个山脊和两个山谷会合的地方。鞍部点是重要的地形控制点，它和山顶点、山谷点以及山脊线、山谷线等构成的地形特征点线，具有对地形具有很强的控制作用。因此，对这些地形特征点、线的分析研究在数字地形分析中具有很重要的意义。同时，由于鞍部点的特殊地貌形态，使得鞍部点的提取方法较山顶点和山谷的提取更难，目前没有什么有效的方法来提取鞍部点，利用水文分析的方法可以来提取一些鞍部点，但是它还是具有一定局限性。 二．实习目的 （1）熟练掌握基于DEM利用ArcGIS进行提取相关地形特征的方法与原理； （2）深入认识山脊线、山谷线和鞍部点3个基本地形特征； 三．实习内容 １.提取ｄｅｍ数据的ＳＯＡ ２基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线 3.基于DEM水文分析方法提取山脊线山谷线
4.鞍部点的提取 四．实习数据 DEM 五．实习工具 Surface Analyst，model工具 六．实习步骤 1.提取DEM的SOA数据 A．求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H；通过Spatial Analysis 下的栅格计算器Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据； B．基于反地形DEM数据求算坡向值； C．利用SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为SOA2，由原始DEM 数据求算出的坡向变率值为SOA1； D.在Spatial Analysis下使用栅格计算器Calculator，公式为SOA ＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的DEM 的坡向变率， 2.利用基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线 （1）山脊线的提取
地形鞍部的提取 1.背景 相邻两山头之间呈马鞍形的低谷凹部分称为鞍部.鞍部点是重要 的地形控制点,它和山顶点，山谷点以及山脊线，山谷线等构成地形特征点，对地形具有很强的控制作用。因此，对这些地形特征点，线的分析研究在数字地形分析中具有很重要的意义。同时，由于鞍部点的特殊地貌形态，使得鞍部点的提取方法较山顶点和谷底点更难，目前还都存在一定的技术局限性。 2.目的： 利用水文分析的方法提取地形鞍部点，通过多种GIS空间分析方法的应用，提高对知识的综合运用能力。 3.要求： 利用水文分析模块和空间分析模块相应功能提取样区地形鞍部点。 4.数据： 25米分辨率的DEM数据，面积约为59平方公里。 5算法思想： 鞍部具有独特的形态特征，可被认为是原始地形中的山脊和反地形中的山脊会合的地方，因此可以通过提取正反地形的山脊线并求其交点，获取鞍部点。 6.操作步骤： （1）正地形、等高线和晕渲图的提取： 同山脊线和山谷线的提取中一样，由于鞍部点的整体位置是处于
山脊上的，需要提取出地形以过滤那些在负地形上的错误的点。正地形的提取过程与第一个例子完全相同，提取过程分别是：利用11*11的窗口进行平均值的邻域分析，结果为meandem，原始DEM与meandem相减并以0为界进行重分类，大于0的属性值赋值为1，小于0的赋值为0，结果命名为zhengdixing。
利用SpatialAnalyst菜单下的SurfaceAnalysis菜单中的Contour和Hillshade工具分别提取样区等高距为40米的等高线数据ctour和样区晕渲图hillshade
（2）山脊线的提取 山脊线的提取与练习1（见“小傻帽吧”文库中的“山脊线、山谷线的提取”，就是用到Hydrology水文分析工具的那个word文档）中山脊线的提取过程完全相同。分别是进行洼地填充—水流方向提取—汇流累计量计算—汇流累积量等于0的提取。提取过程产生的各个数据分别为：filldem、flowdir、flowacc以及flowacc0
Task5:地形特征信息提取（山脊线、山谷线提取） （1）背景 地形特征要素，主要是指对地形对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地形与起伏变化的基本框架。特征地形要素的提取更多地应用较为复杂的技术方法，如山谷线、山脊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。 自动提取山脊线和山谷线的主要方法都是基于规则格网DEM数据的，算法有多种，其中，平面曲率与坡形组合法方法简便，效果好。该方法基本处理过程为：首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。因此，提取过程中可以SOA代替平面曲率。 （2）目的 通过本实例，使学生掌握山脊线和山谷线这两个基本地形特征信息的理论及其基于DEM的提取方法与原理。同时，熟练掌握利用ArcGIS软件对这两个地形特征信息的提取方法。 （3）数据 某区域栅格DEM。 （4）要求 利用所给区域DEM数据，提取该区域山脊线、山谷线栅格数据层。 （5）补充资料 1、坡度变率：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算一次坡度，即坡度之坡度（Slope of Slope，SOS）。坡度是地面高程的变化率的求解，因此，坡度变率表征了地表面高程相对于水平面变化的二阶导数。 2、反地形DEM数据：求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H，通过公式（H-DEM），得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据。 3、地面坡向变率：是指在提取坡向基础上，提取坡向的变化率，亦即坡向之坡度（Slope of Aspect，SOA）。它可以很好地反应等高线弯曲程度。 地面坡向变率在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原理，提取地表局部微小范围内坡向的最大变化情况。需要注意：SOA在提取过程中在北面坡将会有误差产生。北面坡坡向值范围为0~90度和270~360度，在正北方向附近，如15度和345度两个坡向之间坡向差值只是30度，而计算结果确是330度。所以要将北坡坡向的坡向变率误差进行纠正，其公式为： SOA=(( [SOA1]+[ SOA2] )-Abs( [SOA1]-[ SOA2] ))/2 其中：SOA1为原始DEM数据层坡向变率，SOA2为反地形DEM数据层坡向变率。 原始dem 1.相对路径 2.加载数据 3.提取原始dem的坡向（利用dem数据--空间分析--表面分析--坡度工具，命名为Aspect）