利用水文分析方法提取山脊、山谷线 技术文档

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。

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ＳＯＡ２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）山脊线的提取其中在focal statistics中选择3*3的窗口，类型选择为mean,在minus中再次导入DEM，进行计算。

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、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1153.8）2）栅格计算器提取反地形DEM数据（输入公式1153.8 - "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。

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。

ArcGIS中利用水文分析提取山脊线山谷线1 流程图利用水文分析提取山脊线及山谷线，山脊线相当于分水线，山谷线相当于山谷线。

分水线是水流的起源点，这些栅格的水流方向只存在流出方向而不存在流入方向，所以汇流累积量为零。

通过对零值的提取就可以得到山脊线。

山谷线相当于汇水线要用反地形求出，即用较大值减去DEM，DEM中山脊线就成为山谷线，山谷线变为山脊线，用求山脊线的方法求出山谷线，分别利用正反地形求交验证。

DEM进行填洼，利用水文分析求出流向流量，再提取出汇流累积量为零得值与正地形求交，即得到分水线也就是山脊线。

用反地形求流向流量提取汇流累积量为零的部分与负地形求交就是山谷线。

图1-1 流程图2 操作步骤2.1 正负地形求取（1）加载DEM数据，在ArcToolbox中选择Spacial Analyst Tools → Neighb orhood→Focus Statistics工具，输入dem，利用11*11窗口计算平均值。

设置如图2-1所示。

图2-1 焦点统计设置（2）在ArcToolbox中选择Spacial Analyst Tools ◊Map Algebra ◊Raster Calculator工具，对原始数据与焦点统计后的DEM 做减法。

结果如图2-2所示。

图2-2 减法计算结果（3）在ArcToolbox中选择Spacial Analyst Tools ◊Reclass◊Reclassify工具，对减法运算结果进行重分类，分级界线为0。

将大于0的区域赋值为1，小于0的区域赋值为0即得到正地形；设置如图2-3所示，结果如图2-4所示。

将大于0的区域赋值为0，小于0的区域赋值为1即得到负地形，设置如图2-5所示，结果如图2-6所示。

图2-3 正地形重分类设置图2-4 正地形结果图图2-5 负地形重分类设置图2-6负地形结果图2.2 山脊线的提取（1）填洼：加载DEM数据，在ArcToolbox中选择Spacial Analyst Tools ◊Hydrology◊Fill工具，输入DEM进行填洼，设置如图2-7所示。

山谷（脊）线的提取方法研究作者姓名XXX 专业测绘工程指导老师XXX摘要近年来对DEM的研究，主要是从其中提取需要的有用信息，其中山脊线与山谷线这类重要的地形信息是近几十年来国内外研究比较热门的方向。

论文首先介绍了ArcGIS关于山谷线山脊线的提取原理与步骤，然后又引入TauDEM软件，着重介绍了其关于山脊线与山谷线提取的原理，包括8方向（D8）流水方向计算以及D8有效邻域分析的原理与实现方法。

通过对负地形的生成、水流方向上洼地提取及填充、选择合适的阈值、D8水流方向的计算理论、D8有效邻域的分析与处理等的研究，提出用计算汇流量的原理提取等高线。

然后通过二值化舍去非山谷（脊）线的数据信息，即可得到清晰的山谷(脊)线。

关键词：数字高程模型，地形分析，山谷（脊）线，水流方向Study On Methods of Valley ( Ridge)Lines ExtractionAbstract：In recent years, the research based on DEM are mostly about extracting useful information from it,and extracting valley (ridge) lines is one of the most extensive direction both at home and abroad.Firstly,the article gives a detailed description of the extracting principles and steps on ArcGIS,and then describes the TauDEM software,which emphatically introduces the principle of the extraction, including eight directions (D8) water computing as well as analysis and realization methods of the D8 contribution area.This paper mainly studies the generating of the negative terrain,the extraction and filling of Depression in the direction of flow,choosing a suitable threshold to determine the accuracy of grid data and suitability,the calculation of the D8 flow, and the analysis of the D8 contribution areas,thus proposing a new principle to extract the valley (ridge) lines based on calculating the flow.Then binaries and eliminats non-data of valley (ridge) lines.Finally we can get the sharp-edged valley (ridge) lines.Key words: Digital Elevation Model , Terrain Analysis，TauDEM ，Valley (Ridge) Line , The Direction Of Flow目录第1章前言 (1)1.1 山谷（脊）线提取的目的和意义 (1)1.2 山谷（脊）线提取技术的研究现状 (2)1.3山谷（脊）线提取的主要方法分类 (4)1.4本文研究内容及方法 (5)第2章基于ArcGIS的山谷（脊）线提取方法 (6)2.1 ArcGIS软件简介 (6)2.2 ArcGIS山谷（脊）线提取的基本原理 (6)2.3 ArcGIS山谷（脊）线提取的方法步骤 (7)第3章基于TauDEM的山谷（脊）线提取方法 (17)3.1 TauDEM软件简介 (17)3.2 TauDEM山谷（脊）线提取的基本原理 (18)3.3 TauDEM山谷（脊）线提取的方法步骤 (20)第4章山谷（脊）线提取结果的对比分析 (26)4.1 TauDEM与ArcGIS山谷（脊）线提取结果对比分析 (26)4.2 TauDEM山谷（脊）线提取结果优势总结 (28)4.3 ArcGIS与TauDEM的结合处理 (29)结论 (31)致谢 (33)参考文献 (34)第1章前言1.1 山谷（脊）线提取的目的和意义山谷线和山脊线是重要的地形特征信息，对地形及其相关领域的研究有重要的意义，山谷（脊）线的提取一直都受到相关研究人员的广泛关注。

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9 £p曰吕I Analyst Toolslbx H 竜Conditional匡心Density1+ Dis-tance1+ W EwtrartionS. %■ G电rer^li23tian + G refund water 匡帝Hydrology l±电Interpolation 1+ 4$^- Local 1+竜Map Algebra 匡雜Matfi ld_ Multivanate l~《NeighLorhoed S ■ Overlay 11 tSv RasterCreation 田心Redact1+ ❸Solar Radiation 1 $! SurfaceConicurGonlour ListConlour with Barriers CurvatureCut FillHillshadeOb server PointsSlopeJf (Views liedAspect)X4•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S0A1）G ❺ Spatial Analyst Tools.tbxE ConditionalS 詹Density3 弧Distance3 Extract!on® S* Generalization♦J © GroundwaterS ■ Hydrology® W? InterpolationS @ Local3 Map AlgebraE 心MathS3 © Multiva riate® d Neighborhood® OverlayS 旳• Raster Creatio n3 • Reclass田& Solar Radiation曰心Surface 气Aspect 气Contour J Con tour List 弋Con*tour wrth Barriers o Curvature 气Cut Fill x - HillshadeViewshed5•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）Spatial Analyst Tools.tbxE 耐ConditiQnalB Densityl±i Di stancel+i 笔/ EjctractionFl 睦i Generalizaticn © 薦i：Groundwateir l±i 氐HydrologyFi Interpolation0 曹LoralLI 転’ Map Al get ra6•提取反地形DEM数据的坡向值■VI(■ri&7•计算反地形DEM 数据的坡向变率3回Canc& Eriwirorments... Show Help »Input rAEtsrOutput ratt&rF : \33 \e\New File Ge Q latabe . gjdb\AspectJNdem8•计算进行误差纠正的地面坡向变率(栅格计算器--输入公式(("S0A1" + "S0A2") - Abs("S0A1" -"S0A2")) / 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mean■■■ar■*jrii■H1h ■■rtryE）导Spatial Analyst Tools.tbxS ConditionalS Densityl±l & Distancei*l 心Extraction® © GeneralizationS $9 GroundwaterS • Hydrology® © Interpolation® & Local□ & Map Algebra Raster CalculatorQ 飪MathGO 抵（Ylultiyariate□心Neighborhood "弋Block Statistics 气Filter Focal Flow气Point Statisticsz ccal Statistics10.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））EE 叵 0000□□□□ESQ i ° innnnnnTdem T'「帼酮*Output rasterI ：\33\*\Nsw File Gtod^t&base. ;db\DvalueM SL > Algebra expressionCancelEnwironiments...Show He 单 >>Conditional —*ConPickSetfJullMathAbsExp("SOA" > 70) &( "Dvalue" > 0))和山谷线(("SOA" > 70) & ("Dvalue" < 0))L*4iElt TjI I11.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！ ！ Output ras tmirfSOA' > 7Q) &{ lvalue > 0)Map Algebra expressionI:\33\e\Niw Filfe ^dbVshanjiOK Cancel Eriwronmerite...1 1Show Het »Conditional — 厶Con PickSetNull Math Abs Exp〒fSOA ・ > 70〉&CDvalue" < 0)Output rasterF:\33\e\New File Geod&t&b&se. gdb\shw.gu|OKCancel Envronments...Show Help »" Raster CalculatorJ■,Map Algebra expressionESE QESQi ° innrnrnn0]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--shapefileFelde-rFile Geoddiabase zyjrA 监JS站Pers&naIDdtmbase Connection... aanewdontTo do doArcGIS Server Connectio-n... Layer...Group LayerbnewSpy1 Shapefile..1 Turn Ft• ToolbcEH d BASE ®LAS Da •Add ©Com pcNew ShapefileCrates 召 f]*vr shspefiletdset；5 Lot:ator…,]site Addre-&5 Locator..闌 XML DocumentDeleteRename Refr«5h New ItemDescnpticn...tf443B01.425 41624&0.765 MetePython TaalboK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ArcSca n 3）勾选扩展工具中的自动矢量化工具匚jstormize Wi n d ows HelpToolbars ►Evtensiori 乩“Add-In Manager.*.C-u atomize Mode.,,Style Manager...ArcMap Options...4）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3D AnalystAdvanced EditingAnimationArcScanCOGOData Driven PagesData Frjm* TookDistributedshaqi T I 53 Vedodzalion ' ：Tl 匸 # * I RMitr Clean up ■ I Cell Selection 章0 斗耳屮J S Verrorization ▼ H:Vcrtorzatioii Settings...Sihcnv PreviewF Ge^eraTeFeatuires,,.Opticrm Raster Cleanup * Cel Selection ，w E 础卜耳十* f5）用同样的方法生成矢量山谷线sbargu VcctcrizatonVectorizatior Setting j・Show Preview■ Generate Features-・Options...• Seed -eettre Template °■W ■塞'Swrch、• g R€i3r;dire兀9壮shorjilirK一穴*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。

一、水系、流域的提取数据准备：“规则格网DEM、散点DEM、TIN、等高线”文件夹中的“dem-grid”数据。

注意：①在按书上的步骤进行操作时，看清每一步的输入数据。

②有些步骤求取的内容，比如流向等，是前面有些分析中已提取的，可直接调用，不用再按书上的步骤重复求取。

一、汇水网络提取根据书上p56的“基础实验1：汇水网络提取”的步骤进行操作。

二、流域的提取根据书上p62的“基础实验2：流域分割”的步骤进行操作。

（通过分水岭法求得的矢量流域面请保存好，后续山脊线提取时需要此图层）三、径流节点的提取。

根据书上p73的“径流节点的提取”的步骤进行操作。

二、山顶点、鞍部点、山脊线的提取数据准备：“规则格网DEM、散点DEM、TIN、等高线”文件夹中的“dem-grid”数据。

一、背景图制作1、生成等高距为15米的等值线。

并将其颜色改成灰度60%。

2、生成等高距为75米的等值线。

并将其颜色改成黑色，宽度为1.5。

3、生成晕渲图。

4、按照等值线15、等值线75、晕渲图的顺序放置图层，以增强可视效果。

二、山顶点的提取根据书上p66的“1、山顶点的提取”的步骤进行操作。

操作中有不明白的地方可参看下面的步骤。

1、进行邻域分析，求取最大值。

Spatial Analyst 工具—邻域分析—焦点统计，弹出窗口，分析窗口设置为17*17，统计类型中选择“MAXIMUM”。

2、进行栅格计算。

Spatial Analyst 工具—地图代数—栅格计算器，弹出窗口，输入公式"max"- "dem-grid"==0。

3、对第2步的计算结果进行重分类。

Spatial Analyst 工具—重分类—重分类，设置参考下图，将0的新值设为NoData，1的新值设为1。

4、由于有平顶山的存在，使得部分区域呈现山顶点聚集状态。

将栅格数据转成矢量面。

转换工具—由栅格转出—栅格转面，将第3步生成的栅格转成矢量面，不勾选“简化面”。

一种山脊线和山谷线提取的新方法
近日，一项新的山脊线和山谷线提取方法的研究受到了科
技界的广泛关注。

其最新研究成果为提取山脊线和山谷线提供
了一种高效的方案。

该提取方法主要采用连接极值的方式。

首先，通过引入中
间极值，根据灰色关联度来检测极值，发现局部最大、最小值，建立极值结构图剔除局部极值；然后，判断极值之间的关联关系，使用基于非重叠平窗的邻接关系建立回路，进而形成山脊
线和山谷线；最后，通过滤波处理得到平滑纹理，可以得到较
好的提取结果。

这种提取方法证明比其它经典方法更加高效，更加稳定。

原理上，它利用灰色关联度捕捉极值的变化规律，避免了局部
最小值/最大值的误检，提高了极值检出的准确性；算法上，
它通过基于平窗判别邻接关系，不受明显大山谷和山脊裂缝的
影响，消除歧义，从而简化算法处理过程，减少了算法的计算
量和工作量。

因此，在反演海洋、地震勘探、高分辨率遥感影像等领域，这种新的提取方法将会有广泛的应用，同时也丰富了互联网的
内容，提高了人们的智能化体验。

基于水文分析方法提取山脊线和山谷线1.提取思路：基于水文分析方法提取山脊线和山谷线实际上是对分水线和汇水线的提取。

对于山脊线来说，它同时也是分水线，即水流的起始点。

因此通过地表径流计算后，这些栅格的水流方向应该都只具有流出方向而不存在流入方向，也就是说这些栅格的汇流累积量为0，因此通过对0值的提取也就得到了山脊线。

对山谷线的提取，可以对反地形DEM数据提取山脊线，得到的就是实际上的山谷线。

2.基础操作步骤介绍：2.1 正负地形的提取：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。

选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入"DEM" - "Mean_DEM"地图代数公式，得到正负地形分布区域数据层。

选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→重分类→重分类】工具，将大于0的区域赋值为1，小于0的区域赋值为0，得到正地形数据层zhengdixing。

同样，选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→重分类→重分类】工具，将大于0的区域赋值为0，小于0的区域赋值为1，得到负地形数据层fudixing。

2.2 山脊线的提取：选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→水文分析→填洼】工具，对原始DEM进行洼地填充，得到无洼地DEM数据层Fill_DEM。

具，对无洼地DEM数据进行水流方向计算，得到流向数据层FlowDir。

具，计算汇流累积量，得到数据层FlowAcc。

选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入地图表达式"FlowAcc" == 0，提取汇流累积量为0的栅格区域，得到数据层Facc0。

山脊、山谷线的提取操作步骤：（1）正负地形的提取1）在ArcMap中加载样区的原始DEM数据：2）在Spatial Analyst模块的下拉箭头下选择Neighborhood Statistics菜单工具，以11×11的窗口计算平均值。

结果命名为meandem3）单击Raster Calculator 命令，对原始DEM数据与meandem做减法运算4）对运算结果进行两次重分类，分级界线为0。

一次将大于0的赋值为1，小于0的为0，命名为zhengdixing另一次将大于0的赋值为0，小于0的为1，命名为fudixing（2）山脊线的提取1）加载原始DEM数据。

启动ArcToolbox，展开Analysis Tool工具箱，打开Hydrology工具集。

2）洼地填充：用Fill工具对DEM进行填充，输出数据命名为filldem3）无洼地的水流方向的计算：利用Flow Direction工具，选择filldem数据，输出名flowdirfill4）汇流累积量的计算输出名为flowacc15）汇流累积量为零值的提取输入公式如下：meiborfacc07）生成等值线图和晕渲图8）对neiborfacc0重新分级，最终确定分界阈值为0.5541。

9）将二值化的neiborfacc0进行重分类reneibor10）将reneibor与zhengdixing相乘，消除存在于负地形区域中的错误的山脊线。

然后将计算结果重分类，如图：（3）山谷线的提取1）打开栅格计算对话框，输入公式：过程同山脊线的提取，数据名称分别为：水流方向数据：flowdirfan汇流累积数据：flowacc2零值汇流累积量提取数据：flowacc0fan邻域分析求均值后的结果数据：nbfacc0fan并将其分级改为两级：重分类：2）消除正地形区域中的山谷线：附属性，获得山谷线：。

实验项目名称：地形特征信息提取（山脊线、山谷线提取）1、背景地信特征要素，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。

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。

利用水文分析方法提取山脊、山谷线技术文档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2一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，区域面积大约有140 km。

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。

汇流累计量山谷线反地形DEM 水流方向数据求交负地形邻域分析原始DEM 求均值后的DEM正地形求交无洼地DEM 汇流累计量山脊线水流方向数据图1 山脊线和山谷线的提取流程图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。

杭州师范大学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姓名：赵文彪学生学号：2014212425授课老师：胡潭高提交日期：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2.2.6D em等值线图等值线间距为15米2.2.7山体阴影2.2.8N eiborfacc0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。

提取山脊线和山谷线的一种新方法
黄培之
【期刊名称】《武汉大学学报：信息科学版》
【年(卷),期】2001(26)3
【摘要】在研究了现有的仅从山脊线和山谷线的几何特性或物理特性的单一方面设计的提取山脊线和山谷线的算法后 ,提出了一种基于地形表面流水分析与等高线几何分析相结合的提取山脊线和山谷线的方法。

该方法把等高线几何分析的方法与地形表面流水模拟分析的方法有机地结合起来 ,能够克服各自所具有的弊端。

实验结果表明 ,用本文方法所提取的山脊线和山谷线与实际地形相符合。

【总页数】6页(P247-252)
【关键词】山脊线;几何分析;流水分析;山谷线;等高线;地形表面流水模拟
【作者】黄培之
【作者单位】深圳大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】P22
【相关文献】
1.一种新的山脊线和山谷线自动提取方法 [J], 陈永良;刘大有
2.基于DEM自动提取山脊线、山谷线方法研究 [J], 栗丹;吕卉
3.基于ArcEngine的山谷线和山脊线提取方法 [J], 孙丰垒;黄家会;丁昊;武丽丽
4.山脊线和山谷线自动提取的一种新方法 [J], 张渭军;孔金玲;王文科;翁晓鹏
5.基于矢量等高线数据提取山脊线山谷线的研究 [J], 靳海亮;高井祥;康建荣
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