空间分析实验

空间分析实例

实验一、山顶点的提取

应用栅格数据空间分析模块中的等高线提取功能，分别提取等高距为 15 米和75 米的等高线图，并按标准地形图绘制等高线方法绘制等高线，作为山顶点提取的地形背景通过邻域分析和栅格计算器提取山顶点（实验数据：“F:\2012_work\国家海洋监测中心\国家海洋监测中心培训\空间分析\表面分析”）

操作步骤：

1、加载Spatial Analyst 模块和DEM 数据

2、单击ArcToobox，弹出ArcTooblox窗口，点击Spatical Analyst->表面分析->等值线，提取等高距为 15 米的等高线数据，输出图层为Contour_dem15：

3、同上，修改Contour interval 为75 米，提取等高距为75 米的等高线，输出文件名为Contour_dem75。

修改图例颜色以区别等高线显示效果，单击contour15 数据层线状图例，弹出symbol selector

对话框，选择显示颜色为灰度60％（可任意选择），并点击ok。

4、点击Spatical Analyst->表面分析->山体阴影，设置输出文件名为Hillshade，其他参数取默认值，提取该地区光照晕渲图，作为等高线三维背景。

5、点击Spatical Analyst->地图代数->栅格计算器，输入计算公式：DEM>=0，输出栅格为back，单击ok。提取有效数据区域，作为等高线三维背景掩膜。

双击 back 数据层，在弹出的属性对话框的“显示”属性页设置透明度为60％，在“符号化”属性框中设置其显示颜色为Gray50％，单击ok

6、按contour_dem75、contour_dem15、back、Hillsha_dem 次序放置数据层，生成三维立体等高线图，如下：

7、点击Spatical Analyst->邻域分析->焦点统计，设置参数如下，单击ok，提取11×11 分析窗口最大值。

8、点击Spatical Analyst->地图代数->栅格计算器，输入计算公式："maxpoint" - "dem" == 0，输出栅格为“SD”，提取山顶点区域。

9、点击Spatical Analyst->重分类->重分类，对SD数据进行重分类，设置如下，提取值为1的数据，其他值设为NoData，输出栅格为SD1；

10、选择SD1 数据层，点击转换工具－>由栅格转出－>栅格转点，参数设置如下，则可输出矢量山顶点数据PickPeaker。

符号化显示如下：三角形就是提取的山体顶点

实验二、水系提取

从DEM 中自动提取自然水系的算法过程：依据水总是沿斜坡最陡方向流动的原理, 确定DEM 中每一个高程数据点的水流方向；然后根据高程数据点的水流方向数据来计算每一个高程数据点的上游给水区, 再根据上游给水区高程数据, 用阈值法确定属于水系的高程数据点；最后, 根据水流方向数据, 从水系源头开始, 将整个水系追索出来。（实验数据：“F:\2012_work\国家海洋监测中心\国家海洋监测中心培训\空间分析\水文分析”）

操作步骤：

1、无洼地DEM 生成

DEM 是比较光滑的地形表面模型，但由于DEM 误差以及一些真实地形或特殊地形的影响，使得DEM 表面存在一些凹陷的区域。在进行水流方向计算时，由于这些区域的存在，往往得到不合理的甚至错误的水流方向。因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM 数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。洼地填充的基本过程是先利用水流方向数据计算出DEM 数据中的洼地区域，并计算洼地深度，然后依据这些洼地深度设定填充阈值进行洼地填充。

1.1 水流方向提取

水流的流向是通过计算中心格网与邻域格网的最大距离权落差来确定。对于每一格网。水流方向指水流离开此网格的指向。在ARCGIS 中，通过对中心栅格的1、2、4、8、16、32、64、128 等8个邻域栅格编码，中心栅格的水流方向便可有其中的某一值来确定。例如，若中心栅格的水流流向左边，则水流方向赋值16。启动ArcToolbox，应用水文分析模块(Hydrology) 下的流向确定(Flow Direction ) 命令,生成8方向水流流向图：

水流方向图

1.2 洼地计算

洼地区域是水流方向不合理的地方，可以通过水流方向来判断哪些地方是洼地，并进行填充。但是，并非所有的洼地区域都是由于数据的误差造成的，有很多洼地是地表形态的真实反映。因此在进行洼地填充之前，必须计算洼地深度，判断哪些地区是由于数据误差造成的，而哪些地区又是真实的地表形态。然后，在洼地填充时，设置合理的填充阈值。基本过程先分别双击水文工具集中的汇（Sink）、分水岭（Watershed）工具计算出洼地区域图、洼地贡献

区域图，打开Spatial Analyst工具箱中的“区域分析”工具集，分别利用“分区统计”、“区域填充”工具计算每个洼地所形成的贡献区域的最低高程，及计算每个洼地贡献区域出口的最低高程，然后在栅格计算器中输入公式zonalmax-zonalmin，输出栅格sinkdep，计算出洼地深度图。

（1）洼地提取

根据“汇”工具把水流方向图洼地区域，输出汇栅格为Sink。

洼地区域图

（2）洼地深度计算

A.计算洼地的贡献区域（通过分水岭生成洼地贡献区域图）

洼地共享区域图

B.计算每个洼地所形成的贡献区域的最低高程（Zonalmin）

每个洼地所形成的贡献区域的最低高程图

C.计算每个洼地贡献区域出水口的最低高程即洼地水口高程（Zonalmax）

每个洼地贡献区域出口的最低高程图

D.计算洼地深度，进行地图栅格计算，公式为Zonalmax-Zonalmin，输出栅格为sinkdep。

洼地深度图

1.3 洼地填充

经过洼地提取后，可以确定原始DEM 上是否存在洼地，若有洼地，须进行填充。而洼地深度的计算为填充阈值的设置提供了依据，系统默认条件下是不设阈值，即所有的洼地区域都将被填平。参考洼地深度图，结合小流域的实际地形，不断调试将阈值设为2500。