DEM制作、表面分析、插值分析閆磊EMail：arcobjects@126.comDEM和表面分析

五、綜合應(yīng)用

四、地統(tǒng)計和插值分析

三、空間表面分析本章內(nèi)容二、

DEM制作一、DEM基本含義2一、DEM是什么

DEM是“數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel）”的英文簡寫。

數(shù)字地形模型(DTM)：即DigitalTerrainModel，是數(shù)字形式表示的地表面，即區(qū)域地形的數(shù)字表示，它是由一系列地面點(diǎn)的X，Y位置及其相聯(lián)系的高程Z所組成。這種數(shù)字形式的地形模型是為適應(yīng)計算機(jī)處理而產(chǎn)生的，又為各種地形特征及專題屬性的定量分析和不同類型專題圖的自動繪制提供了基本數(shù)據(jù)。在專題地圖上，第三維Z不一定代表高程，而可代表專題地圖的量測值，如地震烈度、氣壓值，溫度，降雨量等。

3DEM四種表現(xiàn)形式TIN三角網(wǎng)TerrainTin升級（地形）Grid（raster）柵格ASCII文本格式41.2什么是TinTIN規(guī)則三角網(wǎng)的英文首字母縮寫。一種將地理空間分割為不重疊的相連三角形的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個三角形的折點(diǎn)都是具有x、y和z值的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)。這些采樣點(diǎn)通過線相連，從而構(gòu)成Delaunay三角形。TIN用于存儲和顯示表面模型。。TIN用于表示一個表面，或者說是連續(xù)的數(shù)據(jù)，而不能表示離散的數(shù)據(jù)TIN通常用于表示大數(shù)據(jù)應(yīng)用中的terrain表面，而高程點(diǎn)則允許不規(guī)則地分布以容納表面中具有較大差異的各個區(qū)域，并且高程點(diǎn)的值和實(shí)際位置將作為結(jié)點(diǎn)保留在TIN中。Tin的升級版本為Terrain,Terrain創(chuàng)建見3D分析：練習(xí)8：創(chuàng)建和使用terrain數(shù)據(jù)集51.3表面模型（GRID和TIN）的區(qū)別

柵格是像元（或像素）的矩形陣列，每個柵格都存儲了它所覆蓋的表面部分的值。一個指定像元包含一個值，因此，表面的詳細(xì)程度取決于柵格像元的大小。

這兩種模型各有優(yōu)缺點(diǎn)，相比而言，GRID模型比較簡單、高效，TIN模型比較精確，數(shù)據(jù)量，耗內(nèi)存大。所以，一般GRID模型多用于區(qū)域性的、小比例尺的應(yīng)用，而TIN模型則更常用于精細(xì)的、大比例尺的應(yīng)用。

6TIN說明TIN通常用于較小區(qū)域的高精度建模（如在工程應(yīng)用中），此時TIN非常有用，因?yàn)樗鼈冊试S計算平面面積、表面積和體積。TIN的最大允許大小視連續(xù)的可用內(nèi)存資源而定。對于Win32系統(tǒng)而言，正常操作條件下，可達(dá)到的最大大小為1000到1500萬個結(jié)點(diǎn)。出于可用性和性能的考慮，強(qiáng)烈建議始終將此大小限制為幾百萬。如果超出這一大小，則最好使用terrain數(shù)據(jù)集來表示。由于結(jié)點(diǎn)可以不規(guī)則地放置在表面上，所以在表面起伏變化較大或需要更多細(xì)節(jié)的區(qū)域，TIN可具有較高的分辨率，而在表面起伏變化較小的區(qū)域，則可具有較低的分辨率。7Terrain數(shù)據(jù)Terrain數(shù)據(jù)集是一種多分辨率的基于TIN的表面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是基于作為要素存儲在地理數(shù)據(jù)庫中的測量值構(gòu)建而成的。通常，terrain數(shù)據(jù)集通過激光雷達(dá)、聲納和攝影測量源進(jìn)行構(gòu)建。Terrain存儲在地理數(shù)據(jù)庫的要素數(shù)據(jù)集中，其中包含用于構(gòu)建terrain的要素。8DEM獲得建立DEM的方法有多種，從數(shù)據(jù)源及采集方式主要有：根據(jù)航空或航天影像，通過攝影測量途徑獲；野外測量或者從現(xiàn)有地形圖上采集高程點(diǎn)或者等高線，后通過內(nèi)插生成DEM等方法9要想快速的獲取大范圍的DEM數(shù)據(jù)衛(wèi)星手段是一種好的方法。而且隨著衛(wèi)星傳感器的發(fā)展，獲取的DEM精度越來越高。如目前商業(yè)衛(wèi)星最高分辨率的0.41米GeoEye-1，在使用高質(zhì)量控制資料時，垂直精度的中誤差可達(dá)到0.5米，可滿足1:5000的地圖比例尺生產(chǎn)。目前具有單軌立體成像的衛(wèi)星傳感器主要有：當(dāng)然還有一些側(cè)軌立體成像的衛(wèi)星，包括IKONOS,KOMPSAT-2,OrbView-3,QuickBird,SPOT5等。1090米和30米DEM下載下載地圖:http:///11二、DEM制作1、DEM制作和過程中存在問題2、DEM應(yīng)用12創(chuàng)建DEM方法創(chuàng)建TIN：點(diǎn)、線創(chuàng)建TINTIN轉(zhuǎn)柵格：tin生成柵格DEM地形轉(zhuǎn)柵格：點(diǎn)、線創(chuàng)建柵格DEM柵格轉(zhuǎn)TIN:柵格DEM轉(zhuǎn)TIN柵格轉(zhuǎn)ASCII：柵格DEM轉(zhuǎn)文本ASCII轉(zhuǎn)柵格：文本轉(zhuǎn)柵格Terrain使用向?qū)?chuàng)建132.1創(chuàng)建TIN1、使用等值線和離散點(diǎn)（有一個字段標(biāo)注高程值）加載等值線，一定要選高程字段硬斷線提供Z值，那么構(gòu)建出來的Tin也就會在Hardline處生成節(jié)點(diǎn)，表示表面上的不連續(xù)性；

軟斷線在參與構(gòu)Tin時，本身不提供Z值，表示線性要素但并不改變表面坡度的邊。比如，要標(biāo)出當(dāng)前分析區(qū)域的邊界，masspoints離散點(diǎn)，生成的TIN沒有線，用于點(diǎn)生成tin數(shù)據(jù):\10dem\dgxtin\yl.mdb\dgx，操作:創(chuàng)建tin.exe142.1兩塊等高線創(chuàng)建TIN–Tin的剪裁（中級）數(shù)據(jù)位置：10dem\特殊兩塊等高線創(chuàng)建TIN，按照下面的方法，創(chuàng)立Tin，這不是我們需要？？？152.1兩塊等高線創(chuàng)建TIN–Tin的剪裁（中級）使用矢量和柵格clip、split都不可以的，只有在創(chuàng)建Tin，加入剪裁的面，一起參與創(chuàng)建tin，面的參數(shù)設(shè)置，如下，使用hardclip

多邊形參與tin四種方式裁切：定義插值的邊界，處于裁切多邊形之外的輸入數(shù)據(jù)將不參與插值與分析操作。刪除：定義插值的邊界，與裁切多邊形的不同之處在于多邊形之內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)將不參與插值與分析操作。替換：可對邊界與內(nèi)部高度設(shè)置相同值，可用來對湖泊或斜坡上地面為平面的開挖洞建模。填充：它的作用是對落在填充多邊形內(nèi)所有的三角形賦予整數(shù)屬性值。表面的高度不受影響，也不進(jìn)行裁切或刪除。數(shù)據(jù)位置：10dem\特殊16設(shè)置界面硬替換中的字段值才有意義數(shù)據(jù)位置：10dem\特殊，操作見：創(chuàng)建tin.exe172.2Tin->DEMTIN轉(zhuǎn)柵格

然后TIN轉(zhuǎn)柵格,生成DEM,直接使用經(jīng)緯坐標(biāo)的無法生成grid，Elevaton按原來的值、下面坡度、坡向，Cellsize

默認(rèn)值是圖形外接矩形最短邊除以250，單位和地圖坐標(biāo)定義，是地理坐標(biāo)是度為單位，其他以米為單位，一個像素點(diǎn)代表的矢量的大小（高度*寬度），Cellsize越大，粒度越大，影像越?。ㄐ袛?shù)row，col越少），數(shù)據(jù)精度越低，Cellsize可以浮點(diǎn)數(shù)，可以小于1的使用上面分幅數(shù)據(jù)的tin18Terrain創(chuàng)建必須基于數(shù)據(jù)集右鍵向?qū)?chuàng)建數(shù)據(jù):\10dem\dgxtin\yl.mdb\kk\newdgx操作:創(chuàng)建terrain.exe19模型模型位置:\10dem\dgxtin\工具箱.tbx\創(chuàng)建terrain20柵格和ASCII轉(zhuǎn)換212.2、DEM應(yīng)用獲得指定點(diǎn)高程刨面分析22對點(diǎn)填等高值

通過Dem給值提取至點(diǎn)ExtractValuestoPoints或則添加表面信息（AddSurfaceInformation）工具插值shape數(shù)據(jù)使用:\10dem\dgxtin\yl.mdb\GCZJD23基本按鈕介紹在屏幕上創(chuàng)建等高線，是Element，操作在屏幕上點(diǎn)一下屏幕可視分析，操作是屏幕上劃線，綠色是可視、紅色是不可視畫點(diǎn)畫線畫面斷面分析，先劃線24三.空間表面分析等值線(Contour)坡度(Slope)坡向(Aspect)山體陰影(hillshade)視域(Viewshed)填挖方(Cut/Fill)9.3表面分析，可以基于Tin，也可以基于Grid，基于tin的效果，比grid要好的多，基于grid還和grid的分辨率有關(guān),ArcGIS10是兩個不同的工具253.1.等值線1、等值線(Contour)，可以是從TIN->Contour,或DEM->Contour,相對TIN生成等高線質(zhì)量好一些，畢竟tin是矢量的。可以用來等高線的加密（度）和抽稀。使用前面的分幅創(chuàng)建的tin26Tin轉(zhuǎn)柵格分辨率要修改273.2坡度分析只能是柵格數(shù)據(jù)

坡度(Slope).地表面在該點(diǎn)的傾斜程度。垂直高/水平距離,如耕地坡度大小，是否適宜耕種，道路兩邊是否需要加護(hù)坡。(且數(shù)據(jù)必須是投影坐標(biāo))實(shí)際坡度有兩種表示方式方法：（1）坡度(degreeofslope)：既水平面與地形面之間夾角。（2）坡度百分比（percentslope）：既高程增量與水平增量之比的百分?jǐn)?shù)。283.3坡向分析

坡向(Aspect)，坡向反映了斜坡所面對的方向。坡向指地表面上一點(diǎn)的切平面的法線矢量在水平面的投影與過該點(diǎn)的正北方向的夾角。對于地面任何一點(diǎn)來說，坡向表征了該點(diǎn)高程值改變量的最大變化方向。在輸出的坡向數(shù)據(jù)中，坡向值有如下規(guī)定：正北方向?yàn)?度，按順時針方向計算，取值范圍為0°～360°。坡向在植被分析、環(huán)境評價等領(lǐng)域有重要的意義。在生物學(xué)上，生長在朝向北的斜坡上和生長在朝向南的斜坡上的植被一般有明顯的差別；建立風(fēng)力發(fā)電站的選址時，需要考慮把它們建在面向風(fēng)的斜坡上；地質(zhì)學(xué)家經(jīng)常需要了解斷層的主要坡向，或者褶皺露頭，來分析地質(zhì)變化的過程；在確定容易被積雪融水破壞的居民區(qū)的位置時，需要識別朝南的坡面，來得到最初融化的積雪的位置。

293.3坡向分析結(jié)果303.4山體陰影(hillshade)

山體陰影(hillshade)：是根據(jù)設(shè)置的光源對柵格的照明值，太陽方位角、太陽高度角設(shè)置，設(shè)置的位置不同，結(jié)果也不一樣，可以用于日照分析，一天日照的時間等，值越小表示，陰影越大313.5視域（中級）在ArcGIS主要兩點(diǎn)直線之間是可見的還是遮擋的，必須要選擇一個點(diǎn)層，在屏幕上畫線，可以實(shí)現(xiàn)屏幕上兩點(diǎn)可視分析，綠色表示可視，紅色表示不可視。注意坐標(biāo)系統(tǒng)的問題32視域使用數(shù)據(jù):\10dem\dgxtin\yl.mdb\視點(diǎn)333.6計算土方量工具(Cut/Fill)（中級）計算土方量工具：主要是用于地形變化后，計算土方量，所以有兩個模型數(shù)據(jù)，紅色表示土方增加(需要填的，的，值為小于0），蘭色表示土方減少（需要挖的，值為大于0），其他的為沒有變化的區(qū)域。屬性值有增加和減少的土方量，有面積和體積，前一個減去后面,CELLSIZE可以不同使用數(shù)據(jù):10dem\dgxtin\tin和tin134使用數(shù)據(jù)\10dem\dgxtin\tin,tin135四、空間內(nèi)插方法

空間插值常用于將離散的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，以便與其它空間現(xiàn)象的分布模式進(jìn)行比較，它包括了空間內(nèi)插和外推兩種算法?？臻g內(nèi)插算法是一種通過已知點(diǎn)的數(shù)據(jù)推求同一區(qū)域其它未知點(diǎn)數(shù)據(jù)的計算方法；空間外推算法則是通過已知區(qū)域的數(shù)據(jù)，推求其它區(qū)域數(shù)據(jù)的方法。

插值是利用有限數(shù)目的樣本點(diǎn)來估計未知樣本點(diǎn)的值，插值的前提是空間地物具有一定的空間相似性，距離較近的地物，其值更為接近，如氣溫、高程，污染等。實(shí)際中，通常不可能對研究區(qū)內(nèi)的每個點(diǎn)的屬性值都進(jìn)行測量。一般選擇一些離散的樣本點(diǎn)進(jìn)行測量，通過插值得出未采樣點(diǎn)的值。采樣點(diǎn)可以是隨機(jī)選取、或則選取特征樣點(diǎn)，但必須保證這些點(diǎn)代表了區(qū)域的總體特征。可以插值生成連續(xù)且規(guī)則的柵格面。通常采樣點(diǎn)數(shù)目越多，分布地越均勻，插值效果就會越好。36四、地統(tǒng)計和插值分析（中級）反距離權(quán)重法（InverseDistanceWeighting簡稱IDW）樣條函數(shù)法（Spline）克里金法（kriging）自然鄰域法（NaturalNeighbor）地形轉(zhuǎn)柵格注意：1-4必須是點(diǎn)層數(shù)據(jù)，5可以是點(diǎn)、線374.1反距離權(quán)重插值IDW

這種方法的假設(shè)前提是每個采樣點(diǎn)間都有局部影響，并且這種影響與距離大小成反比。就是離目標(biāo)點(diǎn)近的點(diǎn)其權(quán)值就比遠(yuǎn)的點(diǎn)大。這種方法適用于變量影響隨距離增大而減小的情況。如計算某一超市的消費(fèi)者購買力權(quán)值，由于人們通常喜歡就近購買，所以距離越遠(yuǎn)權(quán)值越小。如輻射，或者污染源，距離越遠(yuǎn)，影響越小。384.1反距離權(quán)重插值IDW

數(shù)據(jù)：10dem\插值分析.mxd,10dem\insert\pnt.shp394.2樣條函數(shù)插值（Spline）

它采用樣本點(diǎn)擬合光滑曲線，且其曲率最小。通過一定的數(shù)學(xué)函數(shù)對采樣點(diǎn)周圍的特定點(diǎn)進(jìn)行擬合，且結(jié)果通過所有采樣點(diǎn)。該方法適用于漸變的表面屬性，如高程、水深、污染聚集度等。不適合在短距離內(nèi)屬性值有較大變化的地區(qū)，那樣估計結(jié)果會偏大。404.3克里金插值（kriging）

此方法的假設(shè)前提是采樣點(diǎn)間的距離和方向可反映一定的空間關(guān)聯(lián)，并用它們來解釋空間變異?？死锔窭靡欢ǖ臄?shù)學(xué)函數(shù)對特定點(diǎn)或是給定搜索半徑內(nèi)的所有點(diǎn)進(jìn)行擬合來估計每個點(diǎn)的值。該方法適用于已知數(shù)據(jù)含距離和方向上的偏差的情況，常用于社會科學(xué)研究及地質(zhì)學(xué)中?？死锝穑╧riging）不同高斯—克呂格（Gauss-Kruger)，前者是插值方法，后者是投影方法。41范圍設(shè)置42掩膜設(shè)置434.4自然鄰域法（NaturalNeighbor）鄰域插值將TIN的一些方法與柵格插值方法結(jié)合起來。柵格表面使用輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)及其鄰近柵格單元進(jìn)行插值。首先，為輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建一個Delauney三角形，輸入的樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)作為三角形的結(jié)點(diǎn)，并且每個三角形的外接圓不能夠包含其它結(jié)點(diǎn)。對每個樣本點(diǎn)，鄰域?yàn)槠渲車噜彾噙呅涡纬傻耐辜凶钚?shù)目的結(jié)點(diǎn)。每個相鄰點(diǎn)的權(quán)重，通過評價其影響范圍的Thiessen/Voroni技術(shù)計算出來。類似于反距離權(quán)重法，是一種權(quán)平均算法。但是它并不利用所有的距離加權(quán)來計算插值點(diǎn)。鄰域法對每個樣本點(diǎn)做delaunay三角形，選擇最近的點(diǎn)形成一個凸集，然后利用所占面積的比率來計算權(quán)重。該方法適用于樣本點(diǎn)分布不均的情況，較為常用。

44地形轉(zhuǎn)柵格將點(diǎn)、線和面數(shù)據(jù)插值成符合真實(shí)地表的柵格表面。45異常值獲得數(shù)據(jù)：10dem\插值分析.mxd,10dem\insert