实验六、DEM的建立与应用

成都信息工程学院《地理信息系统原理》实验指导实验六、DEM的建立与应用1实验目的1）巩固学生掌握格网DEM模型及DEM应用；2）熟悉ArcGis 中栅格数据的拼接和裁剪；3）熟悉ArcGis 中坡度、坡向等地型属性的提取操作；4）熟悉ArcGis中地形透视图的建立；5）了解ArcGis中等高线的提取、剖面图的创建等操作。

2实验软件及数据2.1实验软件ArcCatalog 10、ArcMap 10、ArcScene 10。

2.2实验数据1）四川省范围的高程数据压缩文件6个；2）四川省边界数据（面图层）、四川省地州界（面图层）、四川省主要河流；3）四川省年降水量栅格数据。

3实验步骤3.1DEM数据下载及拼接目的：下载指定区域的DEM数据，将下载的多个数据进行拼接，并按指定的边界进行提取。

1）数据下载根据你研究的区域，从“/”下载。

数据服务平台中，DEM数字高程包括SRTM90米分辨率原始高程数据和30米分辨率数字高程数据产品。

SRTM90米分辨率原始高程数据、30米分辨率数字高程数据产品。

其中，SRTM由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。

2000年2月11日，美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统，SRTM系统获取的雷达影像的数据量约9.8万亿字节，经过两年多的数据处理，制成了数字地形高程模型（DEM），即现在的SRTM地形产品数据。

目前的数据修订版本为V4.1版本。

该版本由CIAT（国际热带农业中心）利用新的插值算法得到的SRTM地形数据，此方法更好的填补了SRTM 90的数据空洞。

本实验需下载四川省区域90米高程数据产品数据。

在数据检索中可通过输入经纬度范围或通过图形交互查询数据文件。

如输入四川省的经纬度范围，则查询出需要下载6个文件。

如果下载30米的DEM数据，其文件为压缩文件，每个压缩包内包含三个文件，即数字高程模型（-_dem）文件、质量评估（­_num）文件和高程快视图（_jpg）文件。

2）DEM数据拼接（1）打开ArcMap中，将数据框更名为“任务1”。

（2）将所有的数字高程模型文件加载到ArcMap中（共6个文件）。

问题：为什么9个DEM数据的相接处的显示有很明显的分界？（3）镶嵌镶嵌是指两个或多个图像的组合或合并。

在ArcGIS 中，您可以通过将多个栅格数据集镶嵌到一起来创建一个单个栅格数据集。

此外，还可以通过一系列栅格数据集创建镶嵌数据集和虚拟镶嵌。

使用ArcToolbox中Data Management Tools(数据管理工具)/Raster(栅格)/Raster Dataset(栅格数据集)/Mosaic(镶嵌)或Mosaic To New Raster(镶嵌至新栅格)进行拼接。

如运行“镶嵌至新栅格”，输入下载的多个DEM数据、输出的位置（已经存在的目录）和合并后的栅格数据文件名，波段数据设置为1。

如果选择“镶嵌”，则合并到第一个栅格文件中。

镶嵌完成，得到如下结果，并把其它的图层移除。

问题：镶嵌后是什么坐标系统？共有多少行和列？3）栅格数据裁剪合并后的DEM数据可能与研究区域不重合，需要根据边界对DEM数据进行裁剪，如将上面拼接的结果，按四川省边界图层进行提取。

（1）加入四川省边界图层。

（2）使用ArctoolsBox/Spatial Analyst Tools（空间分析工具）/Extraction(提取提取的结果文件命名为四川省90米DEM。

（数据将用于后续实验任务）。

结果如下：问题：ArcGis中除了可以按掩膜提取外，还可以按什么方式提取？3.2地形属性的提取目的：从DEM数据中，提取研究区的坡度、坡向、地表曲率等地形属性。

1)坡度提取ArcGis中坡度工具用于为每个像元计算值在从该像元到与其相邻的像元方向上的最大变化率。

实际上，高程随着像元与其相邻的八个像元之间距离的变化而产生的最大变化率可用来识别自该像元开始的最陡坡降。

该工具会将一个平面与要处理的像元或中心像元周围一个 3 x 3 的像元邻域的z 值进行拟合。

该平面的坡度值通过最大平均值法来计算（请参阅参考书目）。

该平面的朝向就是待处理像元的坡向。

坡度值越小，地势越平坦；坡度值越大，地势越陡峭。

（1）启动ArcMap，添加数据框，并更名为“任务2”，将四川省90米DEM （任务1得到的结果栅格图层）加入。

（2）使用ArcToolbox中SpatialAnalyst Tools（空间分析工具）/Surface（表面分析）工具集中Slope（坡度）工具提取坡度。

问题：怎样把坡度25度以上的地方查找出来？2)坡向提取坡向用于识别出从每个像元到其相邻像元方向上值的变化率最大的下坡方向。

坡向可以被视为坡度方向。

输出栅格中各像元的值可指示出各像元位置处表面的朝向的罗盘方向。

将按照顺时针方向进行测量，角度范围介于0（正北）到360（仍是正北）之间，即完整的圆。

使用ArcToolbox中Spatial Analyst Tools/Surface工具集中Aspect(坡向)工具提取坡向。

提取的结果如下：3)表面曲率提取曲率工具会逐个像元地计算输入表面的二阶导数值。

曲率工具的输出是该表面的二阶导数（例如，坡度的坡度），从应用的角度看，该工具的输出可用于描述流域盆地的物理特征，从而便于理解侵蚀过程和径流形成过程。

坡度会影响下坡时的总体移动速率。

坡向将决定流向。

剖面曲率将影响流动的加速和减速，进而将影响到侵蚀和沉积。

平面曲率会影响流动的汇聚和分散。

使用ArcToolbox中Spatial Analyst Tools空间分析工具/Surface表面分析工具集中Curvature工具提取表面曲率。

通过点击图层右键，选择属性中的符号系统，显示方式设置为已分类，并设置分类中的类别数量及中断值，将其显示为<=-0.5，-0.5至0，0至0.5，>0.5总4个级次。

3.3透视图的建立目的：使用DEM数据建立透视图。

1）打开ArcScene，将场景名改为“任务3”，并将四川省90米DEM数据加载到视图中。

并通过Properties（右键属性）中BaseHeights（基本高度）栏中，选择Obtainheights for layerfrom surface，选择DEM数据为地表抬升高度数据。

转换系数设置为8，表示抬升高度（米）是实际高度的8倍。

2）修改显示符号系统在符号系统中，选择拉伸方式显示，并设置色带为Elevation #1。

3）设置渲染在Rendering（渲染）栏中进行渲染，设置光照效果。

4）将其它图层（栅格或矢量）数据按地形高度进行抬升。

将四川省地州界及四川省主要公路图层加入场景。

并设置四川省地州界及四川省主要公路图层的基本高度参数。

附加：将四川省气象站点的温度插值栅格图层（实验五的结果）加在场景中，并以DEM为基础高程抬升（结果见下图）。

3.4建立和显示TIN（增强训练1）目的：将栅格DEM转为TIN。

ArcGis中栅格转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)。

1）启动ArcMap，添加数据框，并更名为“任务4”，将四川省90米DEM（任务1得到的结果栅格图层）加入。

2）使用ArcToolbox中3D Analyst工具/转换工具/栅格转TIN进行转换。

其中：（1）z_tolerance(可选)，输入栅格与输出TIN 之间所允许的最大高度差（z 单位）。

默认情况下，z容差是输入栅格z 范围的1/10。

如果指定的Z 值容差较小或者栅格表面在地形构造方面很粗糙复杂，则需要更多的点来构建TIN。

（2）max_points(可选)，将在处理过程终止前添加到TIN 的最大点数。

默认情况下，该过程将一直持续到所有点被添加完。

如果已指定，则点的最大数量将作为TIN 的大小限制。

如果在TIN 结点计数达到此限制时，仍不符合Z 容差，则该工具将会停止，并返回操作失败。

（3）z_factor(可选)，输入TIN 的高度转换为输出TIN 的高度时所乘的系数。

用于将z 单位转换为x 和y 单位。

3）修改符号系统显示方式，添加渲染器。

问题：修改Z容差值及最多点数，查看转换后的TIN组成。

3.5创建等高线图层（增强训练2）目的：创建等高线图层。

1）启动ArcMap，添加数据框，并更名为“任务5”，将四川省90米DEM（任务1得到的结果栅格图层）加入。

2）使用ArcToolbox中Spatial Analyst Tools空间分析工具/Surface 表面分析工具集中等值线Contour工具提取表面等值线。

也可以使用ArcToolbox中3D Analyst工具/栅格表面/等值线工具。

注意：路径、文件名最好用英文字母，不要太深、不要有特殊字符，比如括号么、“-”等。

起始等值线可用作起点或参考，其他所有等值线（包括正等值线和负等值线）都将从该条等值线派生出来。

起始等值线的默认值为0.0。

如果输入5.0 作为等值线间距，则可生成0、5、10 等正值，以及0、-5、-10 等负值。

实际生成的等值线将取决于此间距模式与输入terrain 数据集或TIN的实际z 范围间距模式的叠加。

如果将起始等值线值指定为0.1，使用相同的间距 5.0，则等值线模式将变为0.1、5.1、10.1 等正值以及-4.9、-9.9、-14.9 等负值。

3）标注等高线值使用在属性选项中标注等高线的值，选择Contour为标注字段。

3.6垂直剖面图创建（增强训练3）目的：创建等高线图层。

1）启动ArcMap，添加数据框，并更名为“任务6”，将四川省90米DEM（任务1得到的结果栅格图层）加入。

2）加入四川省主要公路图层。

3）创建剖面图（1）打开3D Analyst工具栏。

（2）选择3D Analyst工具栏中的“插入线Interpolate Line”功能，使用鼠标沿一段主要公路划出创建垂直剖面图经过的点的线。

（3）使用3D Analyst工具栏中的创建剖面图Create Profile Graph 工具，创建沿划线经过点的剖面图。

通过属性和高级属性修改显示样式。

3.7坡度分级（增强训练4）目的：分析四川省坡度小于等于10、10至20、大于20度各类点的百分之，并估算其面积。

1）启动ArcMap，添加数据框，并更名为“任务7”，将四川省坡度图层（任务2提取的坡度图层）加入。

2）使用重分类功能，分为三类，将中断值改为10、20。

3）通过属性表进行计算三类中的点数。

问题：面积怎样估算？4实验要求1）使用ArcGIs桌面系统完成以上步骤（至少完成3.1至3.3）2）完成以上步骤实验，并回答问题，附实验结果数据3）按照实验模板要求撰写实验报告，及时通过网络教学平台提交。