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实验七、DEM的生成及应用

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《地理信息系统软件应用》实验报告

实验项目名称：DEM的生成及应用

一、实验目的

DEM是对地形地貌的一种离散的数字表达，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。通过对本次实习的学习，我们应：

a) 加深对TIN建立过程的原理、方法的认识；

b) 熟练掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法。

c) 掌握根据DEM或TIN 计算坡度、坡向的方法。

d) 结合实际，掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。

二、实验内容、实验要求及相应理论基础

要求：根据上述所给数据完成TIN及DEM的生成及应用

相关理论：在ArcGIS中支持的3D数据包括3类：栅格表面数据（Raster surfaces）、TIN表面数据（TIN surfaces）、含有Z值的特征要素（3D Feature）。

在ArcGIS中TIN的建立是基于一系列含有X、Y、Z值坐标的点，这些点就构成了TIN中三角形的顶点（Nodes），连接这些节点间的线构成了TIN中三角形的边（Edges）。TIN一旦建立，TIN表面上的任何一个点的高程值都可以通过数学方法估算出来或是利用该点所在三角形三顶点的高程值内插得到，TIN中的每个面的坡度、坡向等也都可以计算出来。

将TIN转换成Raster的目的一般有：⑴表面建模的需要；⑵从TIN中提取出表面的坡度、坡向以及高程信息。需要将Raster转换成TIN的情况有：（1）表面建模的需要；（2）由于可视化的需要，简化表面模型

三、使用仪器、材料

（1）软件准备：ArcGIS Desktop 9.3--ArcMap(3D分析模块)

（2）实验数据：top point.shp、river arc.shp、contour.shp, rivepoly polygon.shp、border

polygon.shp

四、实验步骤

（一）：由高程点、等高线矢量数据生成TIN转为DEM

（1） 添加矢量数据top point.shp、river arc.shp、contour.shp, rivepoly polygon.shp、border polygon.shp（同时选中：在点击的同时按住Shift）

（2） 激活“3D Analyst”扩展模块（执行菜单命令 [工具]>>[扩展]，在出现的对话框中选中3D分析模块），在工具栏空白区域点右键打开[3D分析] 工具栏

（3）执行工具栏[3D分析]中的菜单命令[3D分析]>>[创建/修改TIN]>>[从要素生成TIN]；

（4）在对话框[从要素生成TIN中]中定义每个图层的数据使用方式；

在[从要素生成TIN中]对话框中，在需要参与构造TIN的图层名称前的检查框上打上勾，指定每个图层中的一个字段作为高度源（Height Source），设定三角网特征输入（Input as）方式。可以选定某一个值的字段作为属性信息（可以为None）。在这里指定图层[counter] 的参数：high[三角网作为：]指定为hard line，其它图层参数使用默认值即可。

（5）确定生成文件的名称及其路径，生成新的图层tin，在TOC(内容列表)中关闭除[TIN]和[counter]之外的其它图层的显示，设置TIN的图层（符号）得到如下的效果。

（6）执行工具栏[3D分析]中的命令[转换]>>[TIN转换到栅格]，指定相关参数：属性：[高程]，像素大小:保留默认值4，输出栅格的位置和名称: [TinGrid]

确定后得到DEM数据：TinGrid, 其中，每个栅格单元表示47.12m×47.12m的区域

（二）：TIN的显示及应用

（1） 在上一步操作的基础上进行，关闭除[TIN]之外的所有图层的显示，编辑图层[tin]的属性，选择tin图层右击打开“properties”在图层属性对话框中，点击[符号] 选项页，将[ 边界类型 ]

和 [ 高程 ] 前面检查框中的勾去掉; 点击 [ 添加 ] 按钮

（2） 在 [添加渲染] 对话框中，将 [所有边用同一符号进行渲染] 和 [ 所有点用同一符号进行渲染 ] 这两项添加么TIN的显示列表中.

（3） 按上述操作后将TIN图层局部放大，认真理解TIN的存储模式及显示方式，得到如下简图：

（4） TIN 转换为 坡度多边形

新建地图文档，加载图层 [tin]，参考上一步操作，将 [面坡度用颜色梯度表进行渲染]

和 [面坡向用颜色梯度进行渲染] 这两项添加到TIN的显示列表中，然后选择确定。

1、 在上面的对话框中，选中Slope，点击 [分类] 按钮，在下面的对框中，将[类] 指定为 5，然后在 [间隔值] 列表中输入间隔值： [ 8, 18，27, 47, 90] ，如下图所示

2、 点击两次 [确定] 后关闭图层属性对话框，图层[ tin ] 将根据指定的渲染方式进行渲染，效果如下图所示 ：

3、 执行[3D分析]工具栏中的命令[转换]>>[TIN转换到矢量]，按下图所示指定各参数：

4、

得到多边形形图层：[ tinSlope] ，它表示研究区内各类坡度的分布状况，结果是矢量格式，打开其属性表可以看到属性 [SlopeCode] 为 数值[1,2,3,4,5]

4、查看矢量图层：tinSlopef 中要素属性表，其中属性[SlopeCode]1,2,3,4,5分别表示坡度范围（0-8）、(8-17)、（17-27、（27-47）、(>475)

（5）Eliminate合并破碎多边形

1、计算多边形面积

A:新建地图文档，加载坡度多边形图层：TinSlope 打开TinSlopef的属性表，添加一个字段Area（类型为Double）.

B:选择Area字段，右击打开选择File cacular,打开对话框后把其中的高级设置勾选上。

C:右击“help”，选择面积的计算方式：To calculate area:（Dim Output as double、Dim pArea

as Iarea、Set pArea = [shape]、Output = pArea.area），

D；输入参数后单击确定即计算面积，如下图所示：

2、选择面积小于8000平方米的多边形并把其合并到周围面积最大的多边形中：

A：右击打开tinslope图层的属性表，选择Option.右击选择 “select by attribute”

B：执行菜单命令[选择]>>[通过属性选择]，查询”Area”<=8000 （平方米）的图，建立关系式“Area<=8000”,单击OK。

C：选中的区域属性表和图中对应的部分都显示成蓝色，如下图所示：

被选中的多边形以高亮方式显示，这些小的图斑将会被合并到与之相邻且面积最大的多边形

3、打开“Arctoolbox”——“Data management tools——“Genenalization”——“Eliminate”

然后择输入图层为tinSlope，指定输出路径和名字tinSlope Eliminate，即可将面积<=8000平方米的多边形合并到大地多边形中。

（6）TIN 转换为坡向多边形，方法参照以上第（4）步，得到坡向多边形图层得到如下图:

得到的坡向多边形中属性AspectCode的数值（-1,1,2,3,4,5,6,7,8,9）分别表示当前图斑的坡向(平坦、北、东北、东、东南、南、西南、西、西北、北)，其中1,9是相同的可以合并为1.

五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)

（1）计算tinslope图层的面积（截取部分）

（2）查找面积小于8000平方米的多边形：建立关系式“Area<=8000”

（3）更多图表见制图成果。

六、实验结果及分析

第一次做这个实验的时候，在由高程点、等高线矢量数据生成TIN的时候，因为没能弄清建模的实质，在操作过程中系统总是报错，而且建模时所选择的字段不是高程获只有部分高程被选上，导致做出来的实验效果远不是预期所期待的那样，也导致在后续步骤无法进行。后来我通过上网查资料才弄清建模原理，再次实验时才做成功。

七、实验的心得体会

通过这次实验我更加熟悉了Arcgis的相关操作，也了解了部分3D分析功能的使用，在由高程点、等高线矢量数据生成TIN时，我发现找对高程点和高程来源是关键，否则TIN无法建成，或者出错。栅格转 TIN 工具的用途是创建表面偏离输入栅格不超过指定 Z 容差的不规则三角网

(TIN)。栅格转 TIN 常用于将通过数字高程模型 (DEM) 获得的栅格转换为 TIN 表面模型。

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dem通信等领域的应用事例

dem通信等领域的应用事例

dem通信等领域的应用事例

以下是几个DEM（数字高程模型）通信等领域的应用事例：

1. 无人机航拍：DEM 技术可用于无人机航拍中，通过测量地形高度和纹理信息，生成高分辨率的数字高程模型，提高地形数据的准确性，可用于军事、城市规划、环境管理等领域。

2. 通信网络规划：DEM 技术可用于通信网络规划中，通过数字高程模型生成地形图，在制定网络规划时考虑地形和地貌特征对信号传输的影响，以提高网络规划的有效性。

3. 灾害监测和预测：DEM 技术可用于灾害监测和预测中，包括洪水、山体滑坡、泥石流等自然灾害。透过DEM技术制作出多维度、多精度级的地形图，来分析灾情变化，判断灾害发生数据和范围，有助于提高灾害预警和应急救援的能力。

4. 路网规划与导航：DEM 技术可用于路网规划与导航中，利用数字高程模型确定梯度、坡度等地形信息，制定合适的道路标准和路由方案，在导航应用中确保道路安全行驶和提高出行效率。

以上就是DEM通信等领域的一些应用事例。

流域分析

流域分析

实验七、水文分析

一、实验目的

水文分析使用DEM数据 派生 其它水文特征：提取河流网络、自动划分流域。 这些是描述某一地区水文特征的重要因素。通过本实验应达到以下目的：

a) 理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理（重要）。

b) 掌握利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。

二、实验准备

预备知识：

 数据基础：无洼地的DEM，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。

通过填充洼地(Fill Sinks)得到无洼地的DEM

 关键步骤：流向分析―――流向分析原理

1641281632842 方向约定如左图：共有八个方向，分别是2的n 次方。

水流的流向是通过计算中心栅格与邻域栅格的最大距离权落差来确定的。距离权落差是指中心栅格与邻域栅格的高程差除以两栅格间的距离，栅格间的距离与方向有关，如果邻域栅格对中心栅格的方向值为2、8、32、128，则栅格间的距离为 SQRT(2)≈1.414 ，否则距离为1。如果高程差为正值，则为流出。为负值则为流入。

基本概念―――DEM 数据

 存储高程数据的栅格称为 Digital Elevation Model (DEM).

 每个像元 只有一个高程值.

基本概念―――排水系统

水文分析步骤：

实验数据：

某地区1:5 万DEM数据

软件准备：水文分析工具(的Hydrology Modeling)使用

有两种途径使用水文分析功能：

(1) 通过Arctoolbox：水文分析工具位于[Spatial Analyst Tools]>>[Hydrology]之下

如果Hydrology 工具集没有出现，可以选中某个工具箱后新建一个工具集[Hydrology]，然后右键点新建的工具集，在出现的菜单中执行[添加]>>[工具]

dem建立的一般步骤

dem建立的一般步骤

dem建立的一般步骤：

dem（数字高程模型）的建立一般遵循以下步骤：

1. 定向建模型：在MapMatrix系统下导入空三成果文件。为了保证数据的准确性，整个测区的空三成果需导入外业控制点进行定向评估，如不能满足规范限差要求，需要重新定向，直到满足精度要求为止。再进行绝对定向，核线重采样，建立立体模型。

2. 生成单模型DEM：设置好相关参数，软件自动生成DEM。

3. DEM拼接：将图幅所需的单模型DEM拼接在一起，根据比例尺设置标准分幅或者任意分幅利用系统的DEMX模块裁切单幅DEM。

4. DEM编辑：DEM生成后，将数字高程模型格网点或自动匹配结果映射到影像立体模型上进行编辑，使数字格网点或匹配点、线尽量切准地面。预处理结束后进行影像匹配以及对匹配结果进行编辑。编辑完后可作为成果输出。

DEM的建立及其在林业上的应用

DEM的建立及其在林业上的应用

DEM的建立及其在林业上的应用

三維地理信息的产生和发展，是GIS技术及其应用发展到一定水平的必然要求，它不仅局限于利用计算机技术手段对地理信息进行可视化表达及其空间查询，而且满足了自动、全面显示地理信息的要求[1]。在三维地理信息的表达中，DEM是一种获取相对容易、具有较高精度的有效方式。DEM（digital elevation model）是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，形成栅格结构的数据集，是地形曲面的数字化表达[2]，是数字地面模型DTM（digital terrain model）的一种。DEM包含规则格网Grid和不规则三角网TIN等表面模型，TIN指用一系列无重叠的三角形近似模拟陆地表面，从而构成不规则的三角网[3]，使用TIN能更好地体现地形起伏变化特征。DEM直观反映了现实的地貌情况，是现实世界山川、河流、地面起伏在计算机中的数字化表达。由于DEM描述的是地面高程信息，它在测绘、水文、气象、地质、地貌、土壤、工程建设、通讯、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用[4]。 本文通过对扫描地形图等高线矢量化，进而生成不规则三角网TIN及数字高程模型DEM，用实例说明了利用DEM制作三维景观图、电子林相沙盘和提取调查小班平均海拔、坡度、坡向值，旨在探讨、优化DEM的获取途径和创建方法，并对DEM在林业上的应用进行探索与展望。 1 获取高程矢量数据 1.1 DEM获取的途径 目前，数字高程模型DEM的获取主要有以下3种方式[5]：一是通过航空摄影测量获取地面影像，并借助于干涉雷达和激光扫描仪等新型传感器快速获取高精度、高分辨率的DEM数据源；二是利用扫描地形图获取DEM数据源；三是通过全站仪、GPS等仪器配合计算机在野外进行观测获取地面点数据，然后进行转换处理获得DEM数据源。第1种方式需要拥有先进的设备，一般的单位和个人不具备这个条件；第3种方式工作量大，费用高，不适合用于大规模的数据采集任务；第2种方式获取比较容易，又能满足精度要求，适合用于一般的单位和个人。本文DEM数据的获取采用第2种方式。 1.2 DEM数据源的提取 DEM数据源就是高程矢量数据，对于如何从一幅扫描地形图中获取等高线矢量数据的方法较多，有基于AutoC-AD、MAPGis、CASSCAn、Geoway、R2V、vpstudio、Arcgis（Arcs-can模块）等软件的矢量化方法，这些矢量化软件各有优缺点。R2V（Raster2Vector）是Windows环境下一款高级光栅图矢量化软件系统，具有快速矢量化、高程批量赋值和坐标校正功能，以及良好的适应性与高精确度，非常适合于GIS、地形图、CAD及科学计算等应用[6]。 1.3 等高线矢量化 1.3.1 裁剪栅格地形图。栅格地形图的裁剪需要使用Arcgis地理信息系统，ArcGis 是美国环境系统研究所（ESRI）研制的一套桌面地理信息系统软件，ArcGis Desktop主要包含Arcmap、ArcCatalog、ArcToolbox三大桌面应用，还有许多功能扩展模块。本文Arcgis的操作均以10.2中文版为例。 打开Arcmap10.2，在ArcToolbox中点击数据管理工具栅格栅格处理裁剪，用预定的一定范围的面状矢量数据裁剪出需要的栅格地形图（一般采用5 m或10 m等高距的地形图效果较好），并导出为tif格式图像备用（本文以湖南省凤凰县南华山国家森林公园为例）。