实验09 基于DEM坡面坡向提取与分析 技术文档
基于DEM的云南省区域土壤侵蚀坡度坡长因子提取与分析
基于DEM的云南省区域土壤侵蚀坡度坡长因子提取与分析[摘要]土壤侵蚀与地形关系研究由来已久，国内外学者在流域尺度针对土壤侵蚀调查制图的地形因子提取方法也有较多的研究[1]。
本文阐述了在云南省2015年土壤侵蚀调查中，利用全省1:1万或1:5万DEM数据，借助ARCGIS等软件整合生成全省DEM数据，通过北京师范大学研发的“土壤侵蚀模型地形因子计算工具”，提取和分析了全省坡度坡长因子，该套数据为云南省区域范围内的土壤侵蚀影响因素提供一定的基础数据，为区域水土保持措施规划、综合治理提供指导依据。
[关键词] DEM；坡度；坡长1 研究区概况云南位于我国西南边陲，位于东经97°31′39″～106°11′47″、北纬21°08′32″～29°15′08″之间，地质构造复杂，切割剧烈，山高坡陡谷深，坡耕地分布广泛，气候条件变化多样，生态环境敏感脆弱，是全国水土流失最为严重的省份之一。
云南属青藏高原南延部分，地形一般以元江谷地和云岭山脉南段的宽谷为界，分为东西两大地形区。
东部为滇东、滇中高原，称云南高原，系云贵高原的组成部分，平均海拔2000m左右，地形表现为波状起伏和缓的低山和浑圆丘陵，发育着各种类型的岩溶地形。
西部为横断山脉纵谷区，高山深谷相间，相对高差较大，地势险峻；南部海拔一般在1500～2200m；北部在3000～4000m；西南部边境地区地势渐趋和缓，河谷开阔，一般海拔在800～1000m，个别地区下降至500m以下，是全省主要的热带、亚热带地区。
全省整体地势从西北向东南倾斜，海拔相差较大，最高点为滇藏交界的德钦县怒山山脉梅里雪山主峰卡格博峰，海拔6740m；最低点在与越南交界的河口县境内南溪河与元江汇合处，海拔仅76.4m。
最高、最低两地直线距离约900km，高低相差达6000多米[2]。
2 数据来源DEM数据来源于云南省范围内已入库的数字化成果1：1万DEM数据和云南省范围内由国家基础地理信息中心下发的1：5万精细化DEM数据。
DEM分析与应用DEM表面分析及坡度坡向图的应用
作业
请利用DEM数据，提取位于北坡（ 0°22.5°、337.5°-360°）的各类用地面 积信息. 数据：DEM数据、landp2000.cov文件
谢谢观赏
☞选择计算参考平 面之上的体积还是 之下的体积. ☞设置高程转换系 数，将高程坐标单 位转换为平面坐标 单位（可选）；
第八章 DEM分析与应用
☞根据需要,可选择 Save/append statistics to text file 复选框，则将计 算结果保存到指定名 称的文本文件中； ☞点击Calsulate statistics按钮进行 运算,结果将显示在按 钮之下,同时写入上步 所指定的文本文件中.
2.DEM在地理分析中的应用
♣坡度/坡向图的应用
►在Input raster的下拉菜单 中选择需要变更值的图层 ►在Reclass Field栏的下拉 菜单中选择需变更的字段 ►在New Value栏中定位需要 改变数值的位置,然后键入新 ►(值。 可选项) 将 missing values 改成NoData.
第八章 DEM分析与应用
1.D中添加数据,并在3D Analyst工具条上选择该数据.
第八章 DEM分析与应用
1.DEM表面分析
♣提取断面
●制作过程如下：
►在生成的剖面图标题 栏上点击右键，可选择属 性(Properties)项等,进行 布局调整与编辑.
当需要了解两个表面之间的面积和体积变化时，计算填/挖 （Cut/Fill）表面是非常有用的。它能够识别表面物质已发生增 加或移除的表面的面积和、体积和位置。
第八章 DEM分析与应用
1.DEM表面分析
♣挖填方分析（Cut/Fill）
谢谢观赏
第八章 DEM分析与应用
基于DEM的西北干旱区坡度提取分析
西 北 干旱 区是 指 北 纬 ３ 。 以北 、 经 １ ６ ５ 东 ０。
系 ， 度越 陡 ， 坡 土壤 侵 蚀 和水 土 流失 越 严重 ［ ２ １ 。借
平 地 作 为试 验 区 ， 立 数 字坡 度模 型 ， 究 了不 同分 辨 率 的 Ｄ Ｍ 提 取 坡 度 的 变化 规 律 ， 对 坡 度 提 取 误 差进 行 建 研 Ｅ 并
了分析 ， 对西北干旱 区进行与坡度有 关的生态环境建设具有一定的参考价值 。 【 关键词】 Ｄ Ｍ； Ｅ 西北干旱 区； 坡度提取
质 疏松 （ 主要 是粉 沙 壤 土 ） 地形 破 碎 ， 量稀 少 ， ， 雨
地 面坡 度 陡 峭 ，水 资源严 重短 缺 和分 布不 均 ， 植 被 覆盖 率低 ， 养 水 源 能力 差 ， 弱 的生 态 系 统 涵 脆 再加 上人 类 不合 理 的经济 活 动 ， 造成 严 重 的水 土 流失 与荒 漠 化 ， 沙尘 暴 频 发 ， 不 但 严 重 地 制 约 这 了 当地经 济 的发 展 与人 民生 活水 平 的提 高 ， 且 而 也 危 及全 国环 境 建设 ［ １ ］ 。 地 面坡 度 影 响着 地表 物质 流 动 与 能量 转 换 的规模 和强度 ， 也是 制 约 生产 力 空 问布 局 的重要 因素 。 了解西 北 地 区 土地坡 度 情 况 ， 客观 地制 是 定该 区域 的土 地 利用 和农 业 规 划 的关 键 ， 同时也
存在 明显 差异 ［ ３ － 。由于 西北 干旱 区地 形变 化 复杂 ， 地 面坡度 的大小 直 接影 响着 土壤 的演化 、 植被 的 立体 条 件与 土地 质量 ， 因此 ， 了解 Ｄ Ｍ 提 取坡 度 Ｅ
基于DEM的黄土高原坡长的自动提取和分析
ｏｆｌａｎｄｆｏｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｔｅｒｒａｉｎ ｆａｃｔｏｍ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ａｎｄ ｓｏｍ＠ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｅｒｏｓｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｅｔｃ．ｉｎ Ｌｏｃｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ．
路为止．这些席路不一定是侵蚀或切割的渠道。如果没有渠道，就比较难确定坡 长的边线的方法，是在有可能出现侵蚀渠道或切沟的地方川．
目前对坡长的研究并不深入和广泛，例如在土壤侵蚀的研究中，几乎所有关
于坡长的研究都是基于通用土壤侵蚀方程（ＵＳＬＥ）的，准确地说是针对其中的
ＬＳ因子，Ｂ｛ｌ（ｓｌｏｐｅ ｌｅＩｌｇｔｌｌ ａｎｄ ｓｃｅ印∽ｓｓ）．坡长的计算有多种计算的方式，在这类 研究当中早期的坡长的计算是通过现场测量，或根据等高线间的垂线来估算；现
ｔｈｅｏｒｉｅｓ ａｎｄ ｗａｙｓ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｓｌｏｐｅ ｌｅｎｇｔｈ ｆｒｏｍ ＤＥＭ，ａｎｄ ｉｔ ａｔｔｅｍｐｔｅｄ ｔｏ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ
ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｌｅｎｇｔｈ ｉｎ Ｎｏｒｔｈ Ｓｌｍａｎｘｉ ｐａｒｔ ｏｆ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ
学位论文作者签名：霉使
功ｐ７年ｅ月ｌ，日
西北大学硕士学位论文
基于ＤＥＭ的黄土高原坡长的自动提取和分析
第一章绪论
１．１ 问题的提出
目前，±壤侵蚀导致土地资源的减少和退化，危害严重，要有效地防治，必 须对水土流失作出合理、精确的预报。建立土壤侵蚀过程的研究，是建立过程模 型的基础和前提。坡长是影响侵蚀的重要地貌因素之一．坡长也是决定坡面水流 能量沿程变化、影响坡面径流与水流产沙过程的重要地貌因素之一，要开展土壤 侵蚀的定量研究、建立土壤侵蚀模型就必须开展对坡长的深入研究。尤其是在黄 土高原地区，如何合理地确定一个地区的坡长对于研究该区域的水土流失、坡面 水流、泥沙运移、侵蚀形态的演化规律以及不同坡长下的侵蚀形态特征等各个方
DEM坡面地形因子提取技术文档
DEM坡面地形因子提取技术文档一、引言坡面地形因子（Terrain Factors）是描述地形地貌特征的一种指数，它在地质、地形、水文及环境科学研究中扮演着重要的角色。
地形因子通常由数字高程模型（DEM）数据中提取而得，其中包括坡度、坡向、高程等。
在本文中，我们将介绍一种提取DEM坡面地形因子的技术。
二、技术原理1.DEM数据预处理首先，需要对DEM数据进行预处理。
预处理包括裁剪、填充、平滑等操作，以去除无效数据和噪声干扰。
这样可以得到一份清洁、准确的DEM数据供后续分析使用。
2.坡度计算坡度是地形表面在一个给定点处的曲率。
坡度可以通过计算DEM中两个相邻像元之间的高度差来获得。
大致可以使用以下公式计算坡度：坡度= arctan(√(（∂z/∂x）^2 + (∂z/∂y)^2))其中，z是DEM中其中一像元的高程，x和y是该像元与其相邻像元的水平位置。
通过计算所有像元的坡度，即可获得整个地形表面的坡度分布。
3.坡向计算坡向是地表倾斜的指向，即地面水流流向的方向。
坡向可以通过计算DEM中每个像元的局部水平面斜率及其方向来获得。
常用的计算方法有以下两种：-最大坡向：将DEM视为一个等高线，计算累积坡度最大的方向作为坡向。
-朗巴特坡向：根据DEM的高程变化来计算坡向。
该方法利用光学效应的原理，将DEM分成若干小块，分别计算每个块中的坡向，再通过插值方法将坡向合并为整体。
4.高程计算高程是地表在垂直方向上的绝对高度。
在DEM数据中，高程信息已经包含在每个像元的值中。
因此，只需简单地读取DEM数据中的高程值即可获得地形表面的高程分布。
三、技术流程1.获得并预处理DEM数据，去除无效数据和噪声干扰。
2.计算坡度：计算DEM中每个像元的坡度值。
3.计算坡向：根据所选择的坡向计算方法，计算DEM中每个像元的坡向值。
4.计算高程：读取DEM数据中每个像元的高程值。
四、技术应用坡面地形因子对地质、地形、水文及环境科学研究具有广泛的应用。
基于DEM的土壤侵蚀坡长因子值提取方法研究
基于DEM的土壤侵蚀坡长因子值提取方法研究摘要：目前在修正通用土壤流失方程式（RUSLE）的应用研究方面，坡长的获取始终未能解决。
本文以黄土高原柳沟小流域和吴旗县小流域为例，借助GIS 和VB，对基于DEM的坡长提取方法进行研究。
首先，求得适合进行坡长计算的分辨率临界值；然后选用10m*10m的分辨率对平均坡长进行验证；最后应用该方法提取柳沟流域和吴旗县小流域的坡长分布图并分别对坡长分布规律进行了比较分析。
研究结果表明该方法能够比较精确地利用DEM提取坡长，为RUSLE的应用提供获取坡长的方法。
关键词：坡长；DEM；修正通用土壤流失方程式；流向1、前言通用土壤流失方程（USLE）是美国自20世纪50年代起在多年实验研究的基础上建立的，主要用于预报降雨侵蚀力作用下农耕坡地的年土壤流失量。
期间于70年代和90年代进行了两次修改，因为它摆脱了早期模型中所有的地区及气候的限制，并且随着资料的积累，参数被不断修正，应用的范围更大，包括了其他国家的一些地区。
通用土壤流失方程表达式：A=RKLSCP，其中R是降雨侵蚀力因子；K是土壤可蚀性因子；L是坡长因子；S坡度因子；C是作物经营管理因子；P土壤侵蚀控制措施因子[1]。
随着地理信息系统的发展，地理信息系统被越来越多地与通用土壤流失方程相结合。
目前，GIS被广泛应用于通用土壤流失方程中各个因子值的计算。
如降雨侵蚀力因子、坡度因子，植被覆盖因子等，但坡长因子L的计算始终未能在GIS下得到很好的解决，原因在于还没有适当的方法根据DEM对坡长进行提取。
坡长因子L是指其他条件相同的情况下，任意坡长的单位面积土壤流失量与标准小区单位面积土壤流失量之比值。
方程式为：L=（λ/22.13）m。
其中λ为任意坡长距离，22.13为标准小区坡长，m为坡长指数。
关于任意坡长λ，ULSE中把他定义为从地表径流的起点到坡度降低到足以发生沉淀的位置或径流进入一个规定渠道的入口处的距离[2]。
基于DEM的坡度提取与分析
１ 研究 区域 与数据
试 验 区布 置在 吕梁 市方 山县 城关镇 沟 不沟 小流 域， 地理位置 位于 Ｎ ３ ７ 。 ５ ３ １ １ ”一Ｎ ３ ７ 。 ５ ３ ４ ４ ” 、 东 经
１ １ １ 。 １ ４ ３ ６ 一１ １ １ 。 １ ６ １ ６ 之 间， 属 典 型 的黄 土 丘 陵 沟
口 试 验 研 究
基于 Ｄ Ｅ Ｍபைடு நூலகம்的 坡 度 提 取 与 分 析
刘 菊 郑智礼 孙拖焕 （ 山西省林 业科 学研 究院）
摘 要 ：以方 山县 沟不 沟 小流 域 为例 ， 利用Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ对 Ｄ Ｅ Ｍ 光栅 进 行 坡 度 提 取 及 分级 ， 实现 了 高效 快
方 山县
Ｄ Ｅ Ｍ， 并进 行 了渲 染 ； ④ 提取 坡 度。运行 Ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ
Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ／Ｓ ｔ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ （ 坡面分析 ） ／ Ｓ ｌ ｏ ｐ ｅ （ 坡 度 分
析） ， 生成 研究 区的坡 度 栅 格 图 ， 栅 格 图形 中每 一 个 点 的像 素 单 元 值 （ Ｐ ｉ ｘ ｅ ｌ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ） 即 为 该 点 的 坡 度 值 （ 结 果见 图 ２ ） ； ⑤ 坡 度 重 分 类 。运 行 Ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ Ａ ｎ ａ — ｌ ｙ ｓ ／Ｒ ｔ ｅ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｆ ｙ （ 重分 类 ） 工具 ， 生 成 坡 度 分 级 栅 格 数
要 的地 形 因子 ， 尤其 是坡 度 的提取对 林 业生 产力 、 水
际应用 中 ， 坡度有两种表示方式 ： 一 是坡度 （ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ
DEM坡度坡向算法精度分析
DEM 坡度坡向算法精度分析【摘要】本文详细阐述了误差结构分析方法，并通过实验数据对四种数学模型的精度序列进行了比较，结果表明，精度顺序由高至低分别为二阶差分法、三阶反距离权差分法、三阶不带权差分法、简单差分法。
并在GIS 的地学模型建立中很好地解决坡度和坡向算法在分析、评价过程中存在矛盾的结论，具有较强的实用价值。
【关键词】坡度；坡向；精度；DEM ；数学模型、八、-前言坡度和坡向是描述地形特征信息的两个重要指标。
在地理信息系统中一般在数字调和模型（DEM ）上通过一定的数学模型计算坡度和坡向。
目前DEM 坡度和坡向的研究存在重点不明确，量化环境不统一等问题，研究者在DEM 误差和数学模型两方面容易出现侧重点不同。
为保证坡度坡向算法精度在客观公正的量化的环境中进行分析，本文基于误差独立性和分析可比性出发，提出四种DEM 坡度坡向精度分析的方法（二阶差分法、三阶反距离权差分法、三阶不带权差分法、简单差分法），并对这几种坡度坡向算法精度进行对比分析。
1、坡度坡向数学模型地表上某点的坡度S、坡向A是地形曲面z=f (x, y)在东西向( Y 轴)和南北向( X 轴)上调和变化率的函数。
由坡度坡向函数可知，求解地面坡度坡向的关键是求取fx和fy。
在格网DEM上一般是在3X 3移动窗口中通过数值微分方法或局部曲线拟合方法求解fx 和fy 。
综合考虑算法的实用性和应用范围，本文选择二阶差分法、三阶反距离权差分法、三阶不带权差分法、简单差分法进行对比分析研究。
2、误差结构分析坡度坡向是一个关于地形曲面的一阶偏导函数，因此从该误差分析着手，以二阶差分方法为例，进行误差结构分析。
2.1fx 和fy 误差分析fx 和fy 的估计误差dfx 和dfy 公式如下：( 1 )式中，Mx 和My 是按最差情况估计的误差限。
Mx 和My 结果一般比实际误差大，因此不能真实反映实际的累计误差，但考虑到该误差存在某种随机性，服从分布的随机变量特性，因此可以用于误差分析。
9利用DEM边缘检测进行黄土地貌沟沿线自动提取
差分提取沟沿线候选点。本文算法依据该原理自
动提取沟沿线候选点, 并通过形态学方法过滤并
连接成封闭的曲线, 实现沟沿线的自动提取。
1. 2 DEM 中的沟沿线提取算子 边缘检测是指图像中像素灰度有阶跃状或屋
顶状变化的那些像素的集合。规则格网 DEM 作 为地表的连续数字表达[ 2] , 也可以被视为是一幅
最大长度 平均长度
5 294
46. 5
5 294
46. 1
5 314
59. 5
5 292
72. 0
37 058 454. 0
总长度 29 796 29 802 42 414 30 859 48 116
阈值 0. 8 0. 8 0. 8 0. 001 0. 001
(完整word版)实验九地形分析——TIN及DEM的生成及应用(综合实验)
实验九、地形分析-----TIN及DEM的生成及应用(综合实验)一、实验目的DEM是对地形地貌的一种离散的数字表达，是对地面特性进行空间描述的一种数字方法、途径，它的应用可遍及整个地学领域。
通过对本次实习的学习，我们应：a)加深对TIN建立过程的原理、方法的认识；b)熟练掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法。
c)掌握根据DEM或TIN 计算坡度、坡向的方法。
d)结合实际，掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。
二、实验数据高程点Elevpt_Clip.shp，高程Elev_Clip.shp，边界Boundary.shp，洱海Erhai.shp三、实验内容及步骤1. TIN 及DEM 生成1.1由高程点、等高线矢量数据生成TIN转为DEM在ArcMap中新建一个地图文档添加矢量数据：Elevpt_Clip、Elev_Clip、Boundary、Erhai（同时选中：在点击的同时按住Shift）激活“3D Analyst”扩展模块（执行菜单命令[Customize（自定义）]>>[Extensions（扩展）]，在出现的对话框中选中3D分析模块），在工具栏空白区域点右键打开[3D分析] 工具栏执行[ArcToolbox]>> [3D Analyst Tools] >> [Data Management]>>[TIN]>>[Create TIN]在Input Feature Class中依次添加Elevpt_Clip.shp、Elev_Clip.shp、Boundary.shp以及Erhai.shp，将Erhai的SF_type改为hardreplace，其余保持默认确定生成文件的名称及其路径，生成新的图层tin，在TOC(内容列表)中关闭除[TIN]和[Erhai]之外的其它图层的显示，设置TIN的图层（符号）得到如下的效果。
执行工具栏[3D Analyst Tools] >> [Conversion]>>[From TIN]>>[TIN to Raster ]，指定相关参数，以TINGrid命名，即已将TIN转为是DEM1.2 TIN的显示及应用在上一步操作的基础上进行，关闭除[TIN]之外的所有图层的显示，编辑图层[tin]的属性，在图层属性对话框中，点击[符号] 选项页，将[ Edege types（边界类型）] 和[Elevation（高程）] 前面检查框中的勾去掉; 点击[ Add添加] 按钮在[添加渲染] 对话框中，将[Edges with the same symbol(所有边用同一符号进行渲染)] 和[ Nodes with the same symbol（所有点用同一符号进行渲染）] 这两项添加么TIN的显示列表中确定之后，将TIN图层局部放大，认真理解TIN的存储模式及显示方式(1)TIN 转换为坡度多边形新建地图文档，加载图层[tin]，参考上一步操作，将[Face slope with graduated color ramp （面坡度用颜色梯度表进行渲染）] 和[Face aspect with graduated color ramp（面坡向用颜色梯度进行渲染）] 这两项添加到TIN的显示列表中在上面的对话框中，选中Slope（degrees）点击[分类] 按钮，在下面的对框中，将[类] 指定为5，然后在[间隔值] 列表中输入间隔值：[ 8, 15，25, 35, 90] ，如下图所示点击[确定] 后关闭图层属性对话框，图层[ tin ] 将根据指定的渲染方式进行渲染，效果如下图所示：(2)TIN 转换为坡向多边形参照以上第（4）步，得到坡向多边形图层得到的坡向多边形中属性分别表示当前图斑的坡向(平坦、北、东北、东、东南、南、西南、西、西北、北)用坡度分类三角形形成多边形，执行[3D Analyst tool]工具栏中的命令[Triangulated Surface]>>[ Surface Slope]，按下图所示指定各参数，以tinSlopef命名：(3)Eliminate合并破碎多边形（选做，需要8-10分钟）新建地图文档，加载坡度多边形图层：TinSlopef, 打开TinSlopef的属性表，添加一个字段Area（类型为Double）左键选择Area一列，通过[Calculate Geometry计算值]操作，计算各个多边形的面积以下的操作将会把面积小于10000平方米的多边形合并到周围与之有最长公共边的多边形中：执行菜单命令[Selection选择]>>[ Select by Attributes通过属性选择]，查询”Area”<=10000 （平方米）的图斑被选中的多边形以高亮方式显示，这些小的图斑将会被合并到与之相邻且有最大公共边的多边形。
基于 ArcGIS 10.2.2 生成DEM及坡向、坡度分析
基于 ArcGIS 10.2.2 生成DEM及坡向、坡度分析摘要：本文基于地理信息系统软件 ArcGIS10.2.2软件,以等高线图层为基础材料，对生成的DEM进行了坡度和坡向分析。
经实验证明该方法具有设备简单，投入成本低，速度快，数据容易更新等特点。
由 DEM 得知，地势总体东南低西北高，自东南向西北呈阶梯状地势逐渐升高；由坡度分析得知：该地 15°以下土地主要分布于东部地区，15°～25°土地占比最高，分布广泛，但零星散布；由坡向分析得知：各类坡向均布，且多为阳坡坡向。
因此该地适宜于开发为林业用地的潜力较大。
关键词：ArcGIS10.2.2；坡度；坡向一、引言随着计算机技术、数字处理技术、数字媒体平台发展，传统的以图形和标注表示地理信息的方式，已经无法满足各种工程设计自动化的要求，不能适应现代化地理学的研究和应用。
因此,地图的数字化产品逐步得到开发应用。
本文将DEM应用于地形分析，在传统采用人工量取，逐个图斑获取的坡度、坡向数据的技术手段，数据不准，直接影响数据的真实性和客观性，工作效率低下不足上,完善了数据精度,提高工作效率。
二、DEM制作的原理、基本思路和流程2.1DEM的制作DEM制作的基本思路是:依靠等高线模型生成DEM，建立不规则三角网 ,将正确的不规则三角网转化为栅格图像;最后对栅格结构的DEM进行坡度分析、坡向分析。
具体操作步骤（1）生成TIN，利用Arcmap模块中 3DAnalyst生成不规则三角网（TIN），设置参数空间参考系：与已知的等高线数据的坐标系一致，输入要素类：height“contour”、SF_type “soft_line”。
（2）生成DEM，利用3D analyst Tin to raster 工具：采样距离选择Cellsize,栅格大小“100”。
2.2 坡度、坡向图制作坡度、坡向是反映地形的两个重要因子。
坡度是地形描述中常用的参数，是一个具有方向与大小的矢量。
基于ArcGIS9_0的DEM的生成及坡度分析_王永信
第30卷 第2期气象与环境科学V o l .30N o .22007年5月M e t e o r o l o g i c a l a n d E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e sM a y .2007收稿日期:2007-04-19基金项目:国家自然科学基金和黄河研究联合基金项目(50379048);水利部黄河泥沙重点实验室项目(2007005)资助作者简介:王永信(1982),男,河南太康人,硕士,从事水文学及水资源研究.E -m a i l :w y x 2001@163.c o m基于A r c G I S 9.0的D E M 的生成及坡度分析王永信,张成才,刘丹丹,严高霞(郑州大学环境与水利学院,郑州450001) 摘 要:介绍了利用地理信息系统软件A r c G I S 9.0来构建D E M 的方法,并对生成的荆江分洪区D E M 进行了坡度分析。
D E M 还可应用于区域规划、城镇规划和土地评估等工作中。
实验证明,这种方法除了地形图的扫描外,其他过程都在A r c G I S 9.0软件中完成,不需要投入大量设备,成本低,速度快,容易更新,并可按工程的规模实时组织进行。
关键词:地理信息系统;A r c G I S 9.0;荆江分洪区;数字高程模型中图分类号:P 283.7 文献标识码:A 文章编号:1673-7148(2007)02-0048-04引 言传统的地形图,都是将地面上的信息(地貌、地物以及各种名称)用图形与注记的方式表示在图纸上,优点在于直观,便于人工使用。
但随着计算机技术和信息处理技术的飞速发展,纸质地图不能被计算机直接利用,无法满足各种工程设计自动化的要求[1],因此,地图的数字化产品逐步得到开发应用。
数字高程模型D E M 是一种典型的数字化产品,具有广泛的实际应用价值:在测绘中可用于绘制等高线、坡度、坡向图,制作正射影像图、立体景观图;在各种工程中可用于体积、面积的计算,线路的设计,剖面图的制作;在军事上可用于通讯、导航、制作电子沙盘等;在环境与规划中可用于各种规划、洪水险情预报等[2]。
基于规则格网DEM提取坡度坡向的统一模型研究
基于规则格网DEM提取坡度坡向的统一模型研究作者：梁星贾敦新来源：《中国科技纵横》2014年第18期【摘要】本文通过对现有基于DEM的坡度坡向差分算法的分析，提出了基于规则格网DEM提取坡度坡向的统一计算公式，编程实现了算法的统一模型，并成功集成到了ArcGIS产品中，基于本模型可以自定义坡度坡向的计算方法，也可以通过修改参数的方法定制任意一种差分算法获取地面坡度和坡向，为科研工作者和实际应用者提供了全面有效的计算方法。
【关键词】数字高程模型坡度坡向统一模型坡度坡向是相互联系的两个参数，坡度反应斜坡的倾斜程度，坡向反应斜坡所面对的方向。
作为描述地形特征信息的重要指标，是水文模型、滑坡监测与分析、地表物质运动、土壤侵蚀、土地利用规划等地学分析模型的重要参数。
坡度和坡向与其他参数一起使用，有助于诸如森林蕴藏量估算、水土保持、野生动植物保护、选址分析、土地利用以及其他应用问题的解决。
例如，在农业土地开发中，大于25°的坡度一般被认为是不适宜耕种的，而在热带经济作物耕种规划中，坡向则是评估寒冷冻害风险的重要因子。
在实际应用中，某些应用软件，例如ArcGIS等虽然提供了坡度坡向的计算方法，但是由于不同的用户在不同的地区针对不同的数据需要采用不同的计算方法，而这些应用软件就像一个黑箱，只是提供了单一的计算方法，对于用户而言很难进行选择和扩展，尤其是科研工作者，在研究不同计算方法对计算结果或者，不同数据误差对计算结果，或者不同误差在不同计算方法下的传播规律时显得束手无策。
如果重新一一编程实现则显得太过麻烦也不切实际，毕竟用户和科研工作者关注的不是编程，因此本文针对以上问题，深入分析了基于规则格网DEM的坡度坡向的差分算法，提炼出了不同差分算法的统一模型，并编程实现了该模型，集成到了常用的应用软件中，极大的方便了广大科研工作者和实际应用者。
1 坡度坡向的定义空间曲面的坡度（slope）和坡向（aspect）是互相联系的两个参数，均是点位函数，除非曲面是一平面，否则曲面上不同位置的坡度和坡向是不相等的。
基于不同尺度DEM提取坡度坡向研究
基于不同尺度DEM提取坡度坡向研究作者：董莉赖元长来源：《现代园艺》2012年第12期摘要：通过1：1万和1：5万两种不同尺度的地形图生成不同分辨率的DEM，对四川洪雅县柳江镇的坡度坡向两个地形因子进行了分析。
结果表明1：1万尺度地形图生成的DEM提取平均坡度、最大坡度对分辨率的变化比1：5万尺度地形图更敏感。
关键词：尺度； DEM；坡度；坡向数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是数字地形模型（DTM）的一种，它是地面形态特征的一种数字化表达[1]。
通过DEM提取各种地形因子，已广泛的应用于流域特征分析[2,3]、地形地势分析、土壤侵蚀模型的建立[4]和模拟地表空间变化等各个方面。
本文采用1：1万和1：5万2种尺度地形图生成不同分辨率DEM对坡度坡向的提取进行研究分析，以期为不同区域的不同尺度地形图的选取提供参考。
1 研究区概况洪雅县地处四川盆地西南边缘，地理坐标为东经102°49＇～103°32＇，北纬29°24＇～30°00＇，位于成都、乐山、雅安三角地带。
柳江镇位于洪雅县中部，海拔520～1325m，相对高差达到800m，地貌类型以低、中山为主，平均坡度为22°。
土壤类型复杂，以山地黄壤为主。
2 研究方法坡度坡向计算公式。
地表上某点的坡度S、坡向A是地形表面在东西南北方向上高程变化率的函数，即以上2式中fx代表南北方向上高程变化率；fy代表东西方向上高程变化率。
从（1）（2）两式中看出，坡度坡向的计算就是对fx和fy的求解。
本文采用3×3移动窗口在格网DEM上对fx和fy进行求解。
常用的模型有6种，此次实验采用三阶反距离平方权差分模型，公式如下：式中g为格网分辨率；zi(i=1，2，3，???，9)为点5周围各格网点高程。
3 结果与分析3.1 不同DEM分辨率与坡度关系分析由图1和图2分析可知，两种比例尺的最大坡度随DEM分辨率的变小而呈增长趋势，1：5万比例尺相对增长较平稳，由81.1°增大到89.1°，而1：1万比例的的最大坡度由58°上升到83.3°变化幅度超过25°，变化显著。
基于不同尺度DEM提取坡度坡向研究
关键词 ： 生态建设 ； 退耕还林 ； 生态立省
林 业 是生 态建 设 的主 体 ， 是一 项重 要 的公 益事 业 和基 又 础 产 业 ，在促 进 社 会经 济 可 持 续发 展 中起 着 十 分 重要 的作 用 。 耕 还林政 策 的制 定和实 施 ， 在 当时的 时代背 景下 ， 退 是 根 据我 国 的相 关 国情 和 当 前所 面 临 的一 些 亟 待解 决 的环 境 问 题所 制定 的 ， 到 了广大林 农 的积极 响应 和拥 护 。 受
镇 ２ 比例 尺 地 形 图生 成 Ｄ Ｍ 提 取 坡 度 坡 向两 个 地 形 因 种 Ｅ
子， 而其 它 地形 因子 会 出现 什 么 变 化 ， 结 论 是 否适 用 于更 该
大 区域 ， 否适 合不 同地形 复杂 度 的坡 度坡 向分 析 有待 进 一 是
步深入 研 究 。
参 考 文 献
３ 结 果与 分析
３１ 不 同 ＤＥ 分 辨 率与坡 度 关 系分析 ． Ｍ
尺 。 １ｌ 比例 尺下 ， 大坡 度从 Ｄ Ｍ 分辨率 为 １ｍ时 的 在 ：万 最 Ｅ ０
８． ３ ｏ急剧下降到 Ｄ Ｍ分辨率为 １０ ３ Ｅ ０ｍ时的 ５ ． 揭示了 ８ 。， ０
低 分 辨率 的 Ｄ Ｍ 会削 弱地 表详 细程 度［ 本 研究 仅针对 柳 江 Ｅ ５ １ 。
变 化 等各 个方 面 。本 文 采用 １ １ 和 １５万 ２种 尺度 地形 图 ：万 ： 生 成 不 同分 辨率 Ｄ Ｍ对 坡 度 坡 向的 提取 进 行 研 究 分 析 ， Ｅ 以
上升 到 ８ ．。 变化 幅度超 过 ２ 。 ， 化显 著 。 由此 可 以推 断 ３３ ５ 变
利用中低分辨率DEM提取坡耕地坡度信息的误差分析_图文(精)
0. 01
6. 00
6. 75
0. 028584
表3土壤侵蚀强度分级标准
Table 3C l assi f i cati on st andard of so il erosi on i n ten sity
级别
Level
平均侵蚀模数∥t/(k m 2
・a Mean er osi on modulus平均流失厚度∥mm /a
DE M提取坡耕地坡度信息误差的来源及其对水土流失调查
结果的影响。
1研究区概况与研究方法
1. 1研究区概况 忠县位于重庆市中部、三峡库区腹心地
带, 30°03′～30°35′N, 107°3′～108°14′E,东西长66. 45k m,南北宽60. 15k m,总面积2176k m 2
。境内溪河纵横交错,地形复杂,地貌由金华山、方斗山、猫耳山3个背斜和其间的拔山、忠州2个向斜构成。地处暖湿亚热带东南季风区的忠县,雨量充沛,年降雨量约1200mm,相对湿度达80%。坡耕地分布广泛,土壤类型主要为紫色土。
AbstractBy using DE M , sl ope inf or mati on was extracted automatically and s oil erosi on situation was investigated . Then compared with field survey and related research . The results showed that parallel ridge valley in Three Gorges Reservoir A rea, the interbedded structures f or med by Jurassic purp le clay (page rocks and human activities are the key controlling factors of s mall 2scale sl op ing terrain . Key wordsSlop ing land; Res olution of DE M; Land use; Soil er osion
基于高分辨率DEM的地形特征提取与分析
农林种植、城市规划、灾害防治及地学调查等地理空间相关研究的基础。本研究以宁明县为例，利用高精度 DEM
进行数字地形分析，实现了高效快速、客观准确地提取地形特征参数，为后续涉及空间信息的研究奠定了基础。
关键词: DEM; 坡度; 坡向; 坡位; 地貌类型
中图分类号: P208
文献标识码: B
文章编号: 1672 － 5867( 2012) 01 － 0033 － 04
传统的地形特征获取手段耗时费力获取周期长受人为因素影响较大精度较低为解决这些问题本研究拟用高精度的数字高程模型进行数字地形分析以期实现高效快速客观准确地提取地形特征为后续涉及空间信息的研究奠定基础
第 35 卷 第 1 期 2012 年 1 月
测绘与空间地理信息
GEOMATICS ＆ SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGY
} fx
=
zi －1，j +1
+ 2zi，j+1
+ z － z i+1，j+1
i －1，j －1
8g
－ 2zi，j－1
－ zi +1，j －1
fy
=
zi +1，j +1
+ 2zi+1，j + zi+1，j－1 － zi－1，j－1 8g
－ 2zi－1，j － zi－1，j+1
( 1)
g 为格网间距。
图 4 TPI 的尺度响应 Fig． 4 Scaling effect of TPI
最后，目标点的坡位类型可由 TPI 指数与坡度共同推
算。最简单的方法就是对 TPI 设定阈值，超过一特定阈值
为山脊，低于另一特定阈值则为山谷，TPI 接近于 0 则为
dem做坡度坡向的原理
dem做坡度坡向的原理DEM（Discrete Element Method，离散元法）是一种数值计算方法，用于模拟物质的离散变形和破裂行为。
DEM以粒子（或元素）为单位对物质进行离散描述，通过模拟粒子之间相互作用力和物理现象的变化，来预测宏观物理性质和行为。
DEM在研究坡度和坡向的原理方面,可以应用于模拟和预测地质灾害，如山体滑坡、崩塌、泥石流等。
在进行DEM模拟之前，首先需要建立一个合适的模型。
DEM模型中的粒子可以是具有一定大小和形状的固体颗粒，如岩石颗粒。
每个粒子都有自身的质量和几何特性，如位置、速度、形态等，同时还具有与其他粒子相互作用的力学行为，如重力、接触力、摩擦力等。
这些相互作用力在空间和时间上的变化决定了DEM模型的行为。
在分析坡度和坡向时，DEM模型首先需要通过观测数据或实验得到初始条件，如地面形态、土壤物理特性、岩石颗粒特性等。
然后，在模型中加入这些初始条件，进行力学计算。
DEM模型的力学计算包括两个方面：粒子运动和相互作用力的计算。
对于粒子运动，DEM模型使用牛顿第二定律（F = ma）来计算每个粒子的加速度，然后根据时间步长和当前速度来更新每个粒子的位置。
一般来说，通过积分算法（如改进的欧拉法或龙格库塔法）来求解加速度和速度的变化。
相互作用力的计算是DEM模型中的关键部分。
相互作用力包括重力、接触力和摩擦力等。
重力可以通过粒子质量和重力加速度来计算。
接触力和摩擦力是在粒子接触面上产生的，取决于接触力模型和摩擦模型。
接触力模型可以是弹簧-弹簧模型、弹簧-颗粒模型等，摩擦力模型可以是线性模型、等值摩擦角模型等。
在计算接触力和摩擦力时，DEM模型需要考虑粒子之间的几何形状和变形行为。
通常，DEM模型采用离散形状描述，如正六边形、圆形等，以更好地符合实际颗粒形态。
此外，DEM模型还可以考虑颗粒变形（如塑性变形或摩擦破坏）以及局部破裂。
DEM模型通过对力学计算进行多次迭代来模拟坡度和坡向的变化。
DEM坡面地形因子提取技术文档
DEM坡面地形因子提取技术文档DEM（数字高程模型）是用来表示地表高程信息的一种数值模型，可以通过遥感数据、雷达数据、激光测量数据等不同技术手段获取。
DEM数据中包含了大量的地形信息，可以用来进行地形分析和地形因子提取。
坡面地形因子是指地形和地貌特征对土地利用和土地覆盖的影响因素，常用的地形因子包括坡度、坡向、曲率等，并且这些地形因子对于土壤侵蚀、河流系统和水资源管理等都具有重要的意义。
因此，DEM坡面地形因子的提取是地表环境研究的重要一环。
1.数据准备：首先需要准备DEM数据，在遥感平台或GIS软件中导入DEM数据，确保数据的正确性和完整性。
2.预处理：对DEM数据进行预处理，包括数据的滤波、修正和插值等。
这一步骤主要是为了消除DEM数据中的噪音和不规则值，以得到更加准确和平滑的数据。
3.地形因子计算：根据DEM数据计算坡度、坡向和曲率等地形因子。
其中，坡度是指地表高程变化的速率，可以通过计算DEM数据在水平和垂直方向上的梯度来得到。
坡向是指地表的朝向，可以通过计算DEM数据的方向角来得到。
曲率是指地表高程的变化强度和变化方向，可以通过计算DEM数据的二次导数来得到。
这些地形因子的计算可以通过不同的数学公式和算法实现。
4.数据导出：将计算得到的地形因子数据导出到文件或数据库中，以便后续的分析和应用。
DEM坡面地形因子的提取涉及到许多数学和地理信息学的知识和技术，不同的方法和算法会对结果产生不同的影响。
因此，在进行DEM坡面地形因子提取时，需要根据具体需求和研究目标选择合适的方法和算法，并进行验证和比较，以确保提取结果的准确性和可靠性。
在实际应用中，DEM坡面地形因子的提取可以应用于土地资源管理、环境保护、水资源管理、城市规划等方面。
通过分析和研究地形因子的空间分布和变化规律，可以帮助我们更好地理解地表环境的特征和演化过程，为土地利用和资源管理提供科学依据。
总之，DEM坡面地形因子的提取是地表环境研究中的重要内容之一，通过利用DEM数据计算坡度、坡向和曲率等地形因子，可以帮助我们更好地理解地表环境特征和演化过程，并为相关的土地利用和资源管理提供科学依据。
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实验九基于DEM坡面坡向提取与分析
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坡面地形因子提取的原理；掌握坡度、坡向、坡面曲率因子的提取方法及坡度分级图的制作；能够利用坡面地形因子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）技术流程正确，可视化准确、直观、形象；
（2）画出实现的技术流程图，对构建关键技术点的目的和意义给出简要说明。
4.数据
一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，区域面积大约有140 km2。
5.实验内容
（1）坡度
a.添加Dem数据并激活它，打开spatial analyst工具。
b.从【Surface Analysis】菜单中选择【Slope】命令。
c.生成新的坡度主题slope of dem。
d.双击左边的图例，重新调整坡度分级。
（2）坡向
a.在视图目录表中添加DEM并激活它，打开spatial analyst工具。
b.从【Surface Analysis】菜单中选择【Aspect】命令。
c.显示并激活生成的坡向主题Aspect of dem。
（3）坡面曲率因子
平面曲率：
a.激活坡向数据。
b.从【Surface Analysis】菜单中选择【Slope】命令。
c.生成平面曲率层面Slope of Aspect。
剖面曲率：
a.激活坡度数据。
b.从【Surface Analysis】菜单中选择【Slope】命令。
c.显示并激活生成的剖面曲率层面Slope of Slope。
6.关键技术：提取平面曲率中消除北坡的误差
⑴提取DEM层的坡向主题，再对此坡向主题提取坡度，得到的主题记为A；
⑵在【Analysis】菜单下使用【Calculator】命令，公式为[[DEM-H]*（-1）]，提取DEM层的
负地形；
⑶提取负地形的坡向的坡度，记为B；
⑷在【Analysis】菜单下使用【Calculator】命令，公式为[[[A+B]-[A-B].abs.]/2]，即可求出没
有误差的DEM的平面曲率。