山脊线、山谷线和鞍部点的提取知识讲解

地形鞍部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好吧，为了方便大家，我还是在重复下山脊线提取的过程吧O(∩_∩)O~ a洼地填充：使用Hydrology工具中的fill工具b无洼地水流方向计算：Hdrology中的flow Dirfillc：汇流累积量计算：Hdrology中的flowAccumulation工具d汇流累积量为0的提取:spaitialAnalyst模块的下拉箭头,单击RasterCalculator,计算:e邻域处理:f重新分类:g将二值化的neiborfacc00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,其余赋值为0h用spatialAnalyst菜单下的RasterCalculator将重分类后的reneibor 数据与正地形数据zhengdixing相乘,消除那些存在于负地形区域中的错误山脊线,然后将计算结果进行重分类,所有值不为1的栅格赋值为nodata,记得到山脊线.（3）反地形山脊的提取反地形山脊的提取与练习1中山谷的提取过程完全相同，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减去常熟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0的栅格。

Arcgis地形分析DEM提取坡度(1)新建地图文档，加载【ArcGIS地形分析--TIN及DEM的生成，TIN的显示】经验教程中得到的DEM数据：huainan(2)在【ArcToolbox】中，执行命令[3D Analyst工具]——[栅格表面]——[坡度]，参照下图所示，指定各参数：执行后，得到坡度栅格Slope_tingri1：坡度栅格中，栅格单元的值在[0 -60] 度间变化右键点击图层[Slope_TinGrid]，执行[属性命令]，设置图层[符号系统]，重新调整坡度分级。

将类别调整为5，点[分类]按钮，用手动分级法，将中断值调整为：10，20，30，40，60。

DEM提取山顶点1.添加dem数据，制作15m和75m等高线。

2.制作阴影阴影图像【空间分析】----【表面分析】----【地表阴影】，生成地表阴影图像hillsha。

3.提取栅格数据的有效区域。

【空间分析】----【地图制图】----【栅格计算器】。

“要提取的文件名”=“huainan54”>=0，（注意：红色等号是1个=，而不是栅格计算器中的2个==）。

“back”=“huainan54”>=0，生成back文件。

5.按照等高线75m等高线15m，back，hillsha叠放。

1.提取dem数据中的最大值。

【空间分析工具】----【邻域分析】----【块统计】，生成maxpoint文件参数设置如下：Maxpoint7.提取山顶点。

【空间分析】----【地图制图】----【栅格计算器】。

输入命令：sd=（[axpoint]-[淮南54]）==0,生成sd文件。

8.山顶点栅格文件二值化。

【空间分析工具】----【重分类】----【重分类】。

生成re-sd9.生成山顶点栅格数据转换为shapefile。

【转换工具】----【栅格转换】----【栅格数据转点】，生成山顶点矢量文件。

ArcGIS利用水文分析方法提取山脊、山谷线提取方法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。

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。

山谷线山脊线提取山谷线、山脊线提取山脊线和山谷线的自动提取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的DEM是自动提取山脊线和山谷线的最重要方法。

从算法设计的原则来看，大致可以分为以下五种类型：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状分析与流水物理模拟分析相结合的原理；5）平面曲率和坡度形状的组合方法。

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。

具体提取工艺如下：1）激活dem数据，在spatialanalysis下使用surface菜单下的deriveaspect命令，提取dem坡向层面，记为a；2）激活标高a，使用“空间分析”下“曲面”菜单下的“衍生坡度”命令提取标高a的坡度信息，该信息记录为soa1；3）求取原始dem数据层的最大高程值，记为h；通过spatialanalysis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）根据反地形DEM数据计算坡度方向；5）利用soa方法求算反地形的坡向变率，记为soa2；6）利用空间分析下的网格计算器，公式为SOA=（[soa1]+[soa2]）-ABS（[soa1]-[soa2]）/2，可以得到无误差的DEM坡度变化率SOA；7）激活原始dem数据，在spatialanalysis下使用栅格邻域计算工具neighborhoodstatistics；设置statistictype为平均值，邻域的类型为矩形（也可以为圆），邻域的大小为275×275map，则可得到一个邻域为275×275map的矩形的平均值层面，记为b；8）利用空间分析下的网格计算器，可以得到正、负地形分布区域，公式为C=[DEM]-[b]，9）在spatialanalysis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）同样，在网格计算器中，将公式修改为d=[C]<0&SOA>70，以计算山谷线地形特征信息提取（山谷线、山脊线）方法1：SOA方法soa法原理：山谷线和山脊线实质是平面曲率发生突变的地方，所以用soa来近似平面曲率，提取其中变法大的就是山谷线和山脊线，其中山谷线对应的是负地形中soa较大的值，山脊线对应的是正地形中soa较大的值。

山体的五种地形部位
地形部位包括山峰、山脊、山谷、陡崖、鞍部五部分。

山峰，山体中的上半部分，一般指尖状山顶并有一定高度，多为岩石构成。

山脊，指山高处像兽脊凸起的部分。

1.山峰，一般指尖状山顶并有一定高度，多为岩石构成。

也有断层，褶皱或铲状、垂直节理控制的结果，也有的是火山锥。

2.山脊，指山高处像兽脊凸起的部分。

是由两个坡向相反坡度不一的斜坡相遇组合而成条形脊状延伸的凸形地貌形态。

山脊最高点的连线就是两个斜坡的交线，叫做山脊线。

3.陡崖，指近于垂直的山坡，称为陡崖。

高度不相等，等高线重叠在一起。

4.山谷，等高线的凸出部分指向高处，表示山谷；最大弯曲处的点的连线，表示为山谷线，也叫积水线。

5.鞍部，是地形当中两山之间比较平缓的部位的指称。

在等高线地形图中，也比较容易识别。

因为该部位在整个地形体系中似马鞍，故名鞍部。

五种突出地形是平原、高原、丘陵、盆地、山地，除高原之外都有不同级别。

这些地形有一级类型与二级类型之别。

它们在相邻的同级形态上是彼此不同的，相邻的含义本身就排斥包容，例如四川盆地相邻的四周是平原和山脉。

感谢您的阅读，祝您生活愉快。

基于DEM自动提取山脊线、山谷线方法研究作者：栗丹来源：《环球人文地理·评论版》2015年第01期摘要：从数字高程模型中自动提取山脊线和山谷线的技术在测绘、工程设计等方面有着重要的意义。

传统依靠二维等高线形态分析方法提取的山脊线和山谷线很难得到理想效果。

本文设计出了一种基于水文地貌关系正确的DEM中自动提取山脊线和山谷线方法，同时采用单流向（D8）算法和多流向（Dinf）算法分别对提取山脊线和山谷线结果进行对比分析，得出采用多流向算法提取山脊线和山谷线时，结果与实际地形相符。

关键词：山脊线；算法；地形分析一、引言山脊线、山谷线作为地形特征线对地形、地貌具有一定的控制作用[1] -[3]。

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。

由于山脊线具有分水性，山谷线具有汇水性特征使得它们在工程应用方面具有特殊的意义[4]。

研究人员借助地形表面流水模拟的方法从DEM 数据中自动提取山脊线和山谷线，用于区域地形的水分析[5] 。

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[7]。

所以在本实验中，基于水文分析方法在DEM中采用不同算法提取出山脊线和山谷线，是本文研究的一个重点，也是在以往实验基础上的一个创新，通过实验使我们在以后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。

二、研究方法1.山脊线和山谷线提取技术路线提取山脊线和山谷线可以利用水文分析的方法进行，对分水线和汇水线进行提取是在实际操作中的步骤。

水流的起源点的定义是分水线的性质。

通过提取零值的汇流累积值的栅格，分水线就可以得到。

汇水线由于具有汇水作用而具有较大的上游汇水面积，在提取山谷线时，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。

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、实验步骤：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）4.提取原始DEM数据的坡向变率（利用3中生成的Aspect图层--空间分析--表面分析--坡度工具，命名为SOA1）5.提取反地形DEM数据（栅格计算器--输入公式H-DEM）1）找出DEM最大高程值（右键属性---找出数据源中最大值为1153.791870117188）2）栅格计算器提取反地形DEM数据（输入公式1153.791870117188 - "dem"，命名为INdem）6.提取反地形DEM数据的坡向值7.计算反地形DEM数据的坡向变率8.计算进行误差纠正的地面坡向变率（栅格计算器--输入公式(("SOA1" + "SOA2") - Abs("SOA1" - "SOA2")) / 2）9.邻域分析（原始dem--邻域分析--焦点统计focal statistics（统计原始dem的平均值）---设置统计类型为平均值mean，邻域类型为矩形(也可为圆形)，邻域大小为3*3（我发现邻域越大越模糊）(11*11)，则可得到一个邻域为3*3(11*11)的矩形的平均数据层，命名为mean10.计算正负地形分布区域（空间分析--地图代数--栅格计算器---输入公式为"dem" - "mean"，命名为Dvalue(差值)）11.利用栅格计算器提取山脊线（公式为"SOA" > 70 & "Dvalue" > 0这是错的！！要加括号！！("SOA" > 70) &( "Dvalue" > 0)）和山谷线（("SOA" > 70) & ("Dvalue" < 0)）12.利用ArcScan自动矢量化得到山脊线山谷线的矢量图层1）在ArcCatalog中新建（方法有两种：右击文件夹--new--shapefile！或者是右击geodatabase--new--feature class（新建要素类））山脊线图层（名称为shanjiline，类型为线）方法1：new--shapefile方法2：new--feature class（但是这种方法下的线图层，在自动矢量化山脊线后无法读到这个图层，所有还是选择方法1---这是因为栅格图层和矢量图层不能放在同一个geodatabase里面么？？？？？？？）2）打开开始编辑3）勾选扩展工具中的自动矢量化工具ArcScan4)在菜单栏空白处右击勾选ArcScan，打开ArcScan工具条--单击自动矢量化下的生成要素打开生成要素对话框即可生成自动矢量化后的矢量山脊线5)用同样的方法生成矢量山谷线13.制作立体图。

师大学H a n g z h o u N o r m a l U n i v e r s i t y《GIS分析与建模》实验报告学院班级：理学院地信141实验名称：利用水文分析方法提取山脊线和山谷线学生：文彪学生学号：2014212425授课老师：潭高提交日期：2016年12月1日目录1 实验目的 (3)2 实验步骤 (3)2.1 正负地形提取 (3)2.2 山脊线提取 (9)2.3 山谷线提取 (24)3 总结 (25)3.1 为何进行洼地填充 (25)3.2 与正地形相乘理解 (26)1实验目的●了解基于DEM水文分析方法提取山谷线和山脊线的原理，●掌握水流方向、汇流累积量提取原理及方法2实验步骤2.1正负地形提取原始dem图像2.1.1焦点统计参数如下邻域分析结果图，发现与原图相比，平滑了很多。

2.1.2栅格运算2.1.3重分类2.1.3.1正地形2.1.3.2负地形2.2山脊线提取2.2.1洼地填充洼地填充参数面板，因为是所有的洼地都填充，所以Z limit为默认。

2.2.2无洼地水流反向计算水流方向计算，输入参数为洼地填充好的dem数据，填如输出文件及其路径。

2.2.3汇流累计量计算2.2.4汇流累计量0值提取汇流累积量为0时，表示该地没有雨水聚集，所以应当为山脊。

2.2.53*3领域分析使数据光滑2.2.6Dem等值线图等值线间距为15米2.2.7山体阴影2.2.8Neiborfacc0重分级分类结果与等值线和山体阴影相比，确定最佳分类阈值。

注：可以将Neiborfacc0的0到所设阈值的部分设为no color,这样更加方便与山体阴影比较。

确定所设阈值为0.55412.2.9二值化的neiborfacc0进行重分类2.2.10与正地形相乘2.2.11栅格运算2.2.12重分类2.2.13山脊线提取结果图2.3山谷线提取山谷线提取结果图3总结3.1为何进行洼地填充来个比喻，假如你在沙地上踩两个脚印，那么，在两个脚印的中间的那条线的汇流累积量为0，进行提取的时候，就会误认为该条线为山脊，显然是不合理的，所以要进行洼地填充。