山脊线山谷线提取实验报告

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mean

10.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ArcScan

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

5)用同样的方法生成矢量山谷线

13.制作立体图。用三维分析--表面分析--Hillshade工具基于原始DEM数据--做出山体阴影图层，调节各图层颜色和线宽，并用effect工具调节山体阴影图层、山脊线、山谷线图层透明度，得到最终结果。

14.制作专题图

15.导出为灰度图像

实验小结

1.实验前要了解两地形特征的特性（这个实验山脊线和山谷线即坡向改变最大的地方，山脊线高程比其邻域范围内的平均高程高，山谷线则相反），这样在实验时才有一个正确的分析方向；

2.实验前一定要弄懂实验原理，这样操作时才对整体有个大体的把握；

3.要特别注意输入输出图层，所以要养成一个对输出图层命英文名的习惯。