ArcGIS实验-Ex18-利用水文分析方法提取山脊、山谷线.
水文分析和地形分析、提取山谷和鞍部点
Arcgis地形分析DEM提取坡度(1)新建地图文档，加载【ArcGIS地形分析--TIN及DEM的生成，TIN的显示】经验教程中得到的DEM数据：huainan(2)在【ArcToolbox】中，执行命令[3D Analyst工具]——[栅格表面]——[坡度]，参照下图所示，指定各参数：执行后，得到坡度栅格Slope_tingri1：坡度栅格中，栅格单元的值在[0 -60] 度间变化右键点击图层[Slope_TinGrid]，执行[属性命令]，设置图层[符号系统]，重新调整坡度分级。
将类别调整为5，点[分类]按钮，用手动分级法，将中断值调整为：10，20，30，40，60。
DEM提取山顶点1.添加dem数据，制作15m和75m等高线。
2.制作阴影阴影图像【空间分析】----【表面分析】----【地表阴影】，生成地表阴影图像hillsha。
3.提取栅格数据的有效区域。
【空间分析】----【地图制图】----【栅格计算器】。
“要提取的文件名”=“huainan54”>=0，（注意：红色等号是1个=，而不是栅格计算器中的2个==）。
“back”=“huainan54”>=0，生成back文件。
5.按照等高线75m等高线15m，back，hillsha叠放。
1.提取dem数据中的最大值。
【空间分析工具】----【邻域分析】----【块统计】，生成maxpoint文件参数设置如下：Maxpoint7.提取山顶点。
【空间分析】----【地图制图】----【栅格计算器】。
输入命令：sd=（[axpoint]-[淮南54]）==0,生成sd文件。
8.山顶点栅格文件二值化。
【空间分析工具】----【重分类】----【重分类】。
生成re-sd9.生成山顶点栅格数据转换为shapefile。
【转换工具】----【栅格转换】----【栅格数据转点】，生成山顶点矢量文件。
ArcGIS利用水文分析方法提取山脊、山谷线提取方法大致可以分为以下五种：1) 基于图像处理技术的原理；2) 基于地形表面几何形态分析的原理；3) 基于地形表面流水物理模拟分析原理；4) 基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的原理；5) 平面曲率与坡形组合法。
山脊线、山谷线和鞍部点的提取知识讲解
山脊线、山谷线和鞍部点的提取山脊线、山谷线和鞍部点的提取一．实习背景山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、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。
因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。
相邻两山头之间呈马鞍形的低凹部分称为鞍部，鞍部是两个山脊和两个山谷会合的地方。
鞍部点是重要的地形控制点，它和山顶点、山谷点以及山脊线、山谷线等构成的地形特征点线，具有对地形具有很强的控制作用。
因此，对这些地形特征点、线的分析研究在数字地形分析中具有很重要的意义。
同时，由于鞍部点的特殊地貌形态，使得鞍部点的提取方法较山顶点和山谷的提取更难，目前没有什么有效的方法来提取鞍部点，利用水文分析的方法可以来提取一些鞍部点，但是它还是具有一定局限性。
二．实习目的（1）熟练掌握基于DEM利用ArcGIS进行提取相关地形特征的方法与原理；（2）深入认识山脊线、山谷线和鞍部点3个基本地形特征；三．实习内容１.提取ｄｅｍ数据的ＳＯＡ２基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线3.基于DEM水文分析方法提取山脊线山谷线4.鞍部点的提取四．实习数据DEM五．实习工具Surface Analyst，model工具六．实习步骤1.提取DEM的SOA数据A．求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H；通过Spatial Analysis 下的栅格计算器 Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的 DEM数据层，即反地形DEM数据；B．基于反地形 DEM数据求算坡向值；C．利用 SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为 SOA2，由原始DEM数据求算出的坡向变率值为 SOA1；D.在 Spatial Analysis下使用栅格计算器 Calculator，公式为 SOA ＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的 DEM 的坡向变率，2.利用基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线（1）山脊线的提取其中在focal statistics中选择3*3的窗口，类型选择为mean,在minus中再次导入DEM，进行计算。
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，提取地表局部微小围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1153.8）2）栅格计算器提取反地形DEM数据（输入公式1153.8 - "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mean10.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ArcScan4)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。
ArcGIS中利用水文分析提取山脊线山谷线
ArcGIS中利用水文分析提取山脊线山谷线1 流程图利用水文分析提取山脊线及山谷线，山脊线相当于分水线，山谷线相当于山谷线。
分水线是水流的起源点，这些栅格的水流方向只存在流出方向而不存在流入方向，所以汇流累积量为零。
通过对零值的提取就可以得到山脊线。
山谷线相当于汇水线要用反地形求出，即用较大值减去DEM，DEM中山脊线就成为山谷线，山谷线变为山脊线，用求山脊线的方法求出山谷线，分别利用正反地形求交验证。
DEM进行填洼，利用水文分析求出流向流量，再提取出汇流累积量为零得值与正地形求交，即得到分水线也就是山脊线。
用反地形求流向流量提取汇流累积量为零的部分与负地形求交就是山谷线。
图1-1 流程图2 操作步骤2.1 正负地形求取（1）加载DEM数据，在ArcToolbox中选择Spacial Analyst Tools → Neighb orhood→Focus Statistics工具，输入dem，利用11*11窗口计算平均值。
设置如图2-1所示。
图2-1 焦点统计设置（2）在ArcToolbox中选择Spacial Analyst Tools ◊Map Algebra ◊Raster Calculator工具，对原始数据与焦点统计后的DEM 做减法。
结果如图2-2所示。
图2-2 减法计算结果（3）在ArcToolbox中选择Spacial Analyst Tools ◊Reclass◊Reclassify工具，对减法运算结果进行重分类，分级界线为0。
将大于0的区域赋值为1，小于0的区域赋值为0即得到正地形；设置如图2-3所示，结果如图2-4所示。
将大于0的区域赋值为0，小于0的区域赋值为1即得到负地形，设置如图2-5所示，结果如图2-6所示。
图2-3 正地形重分类设置图2-4 正地形结果图图2-5 负地形重分类设置图2-6负地形结果图2.2 山脊线的提取（1）填洼：加载DEM数据，在ArcToolbox中选择Spacial Analyst Tools ◊Hydrology◊Fill工具，输入DEM进行填洼，设置如图2-7所示。
实习15 山脊线、山谷线和鞍部点的提取
实习目的
熟练掌握基于DEM利用ArcGIS进行提取相关 地形特征的方法与原理； 深入认识山脊线、山谷线和鞍部点3个基本地形 特征；
实习工具
山脊线和山谷线提取
方法1 基于地形表面几何形态 近似为SOA>70与正地形 spatial analyst -Surface Analysis /3D analyst-Raster Surface[只有 相关地形因子提取，无栅格运算]
方法2 DEM水文分析
鞍部点态
SOA>70与正地形 SOA=(([SOA1]+[SOA2])-abs([SOA1]-[SOA2]))/2 C=[DEM]-[DEMmean] 山脊线 C>0 & SOA>70 山谷线 C<0 & SOA>70 鞍部点 Shanji×Shangu×(C>0),并转为矢量 × × 并转为矢量
实习15
山脊线、山谷线 和鞍部点的提取的提取
Data（下载完在 下载完在ArcCatalog中查看是否能打开 中查看是否能打开） 下载完在 中查看是否能打开 一、山脊线、山谷线提取 Ex9.5.2 Ex11.6.1 二、鞍部点的提取 Ex11.6.2 实习报告要求【公用其中的一个数据（数据说明）完成】 1 运用model表达整体的思路； 2 说明相关参数的意义； 3 并分析山脊线、山谷线、鞍部点的地形特点及其与等高线弯 曲方向的关系。
实习意义与实习方法
实习意义与实习方法
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， 使它们在地形分析中具有特殊的意义。
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）2）栅格计算器提取反地形DEM数据（输入公式 - "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mean10.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ArcScan4)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。
ArcGIS实验-Ex18-利用水文分析方法提取山脊、山谷线.
第十一章水文分析练习1：利用水文分析方法提取山脊、山谷线一、背景山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、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。
因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。
二、目的理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。
三、要求1、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线；2、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。
四、数据一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140 km2。
数据存于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。
结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result中。
五、算法思想对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别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。
因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。
基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。
通过对零值的汇流累积值的栅格的提取，就可以得到分水线，也就得到了山脊线；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。
六、操作步骤1、正负地形的提取(1) 启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开hydrology工具集。
arcgis海拔提取
arcgis海拔提取1. 简介在地理信息系统（GIS）中，海拔提取是一项重要的任务。
通过使用ArcGIS软件，我们可以从数字高程模型（DEM）数据中提取地表的海拔信息。
海拔提取对于许多领域都具有重要意义，包括地理分析、环境研究、城市规划等等。
本文将详细介绍如何使用ArcGIS进行海拔提取的步骤和方法。
2. 数据准备首先，我们需要准备用于海拔提取的数据。
最常用的数据类型是数字高程模型（DEM）。
DEM是一种用于表示地表高程信息的栅格数据集。
我们可以从多个来源获取DEM数据，例如卫星遥感、激光雷达等。
在ArcGIS中，我们可以使用自带的工具或导入外部数据来加载DEM数据集。
加载完成后，我们可以利用ArcGIS软件对DEM进行预处理操作，例如去除噪声、填补空白值等。
3. 海拔提取方法接下来，我们将介绍几种常用的海拔提取方法。
3.1 基于栅格计算器ArcGIS中内置了一个功能强大的工具——栅格计算器。
通过使用栅格计算器工具，我们可以执行复杂的栅格运算，包括海拔提取。
具体步骤如下：1.打开ArcGIS软件，并加载DEM数据集。
2.在ArcGIS的工具箱中找到栅格计算器工具，双击打开。
3.在栅格计算器对话框中，输入表达式以提取海拔信息。
例如，可以使用公式altitude = DEM - sea_level来计算每个像元的海拔值，其中DEM为输入的DEM数据集，sea_level为海平面高度。
4.设置输出路径和文件名，并点击运行按钮开始计算。
5.等待计算完成后，在地图上显示提取的海拔结果。
3.2 基于等高线提取除了使用栅格计算器外，我们还可以利用等高线来进行海拔提取。
等高线是连接相同高程点的曲线，通过绘制等高线并进行插值操作，我们可以得到地表各点的精确海拔信息。
具体步骤如下：1.打开ArcGIS软件，并加载DEM数据集。
2.在ArcGIS的工具箱中找到等高线生成工具，双击打开。
3.在等高线生成对话框中设置参数，例如间隔距离、输出路径等。
（完整word版）Arcgis操作第九章水文分析
（完整word版）Arcgis操作第九章水文分析第九章水文分析水文分析是DEM 数据应用的一个重要方面。
利用DEM 生成的集水流域和水流网络，成为大多数地表水文分析模型的主要输入数据。
表面水文分析模型研究与地表水流有关的各种自然现象例如洪水水位及泛滥情况，划定受污染源影响的地区，预测当某一地区的地貌改变时对整个地区将造成的影响等。
基于DEM 地表水文分析的主要内容是利用水文分析工具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流累积量、水流长度、河流网络（包括河流网络的分级等）以及对研究区的流域进行分割等。
通过对这些基本水文因子的提取和分析，可再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。
本章主要介绍ArcGIS 水文分析模块的应用。
ArcGIS 提供的水文分析模块主要用来建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。
同时，通过水文分析工具的应用，有助于了解排水系统和地表水流过程的一些基本概念和关键过程。
ArcGIS 将水文分析中的地表水流过程集合到ArcToolbox里，如图11.1所示。
主要包括水流的地表模拟过程中的水流方向确定、洼地填平、水流累计矩阵的生成、沟谷网络的生成以及流域的分割等。
本章1至5节主要是依据水文分析中的水文因子的提取过程对ArcGIS 中的水文分析工具逐一介绍。
文中所用的DEM数据在光盘中chp11文件夹下的tutor 文件夹里面，每个计算过程以及每一节所产生的数据存放在tutor 文件夹的result 文件夹里面，文件名与书中所命名相同，读者可以利用该数据进行参照练习。
本章最后一节还提供了三个水文分析应用的实例。
9.1 无洼地DEM 生成DEM 一般被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形（如喀斯特地貌）的存在，使得DEM 表面存在着一些凹陷的区域。
这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，使得在进行水流流向计算时在该区域得到不合理的或错误的水流方向。
利用水文分析提取山脊线山谷线
（8）在 neiborfacc0 数据上单击右键，点击 properties，进行重新分级，将数据分为 两级，以等值线 ctour 和晕渲图 hillshade 为辅助不断调整分级临界点，属性值越接近 于 1 的栅格越有可能是山脊线的位置，最终确定分界阈值为 0.5541。
－3－
3）山谷线的提取 （ 1 ） 利 用 Map Algebra--Raster calculator 工 具 获 取 反 地 形 ， 计 算 公 式 为 fandem=Abs(dem-2000)得到与原始地形完全相反的反地形数据 fandem.不需要进行洼地 填充，其余步骤与山脊线的提取步骤相同。 （2）水流方向的计算：选择 Spaitiai Analyst Tool——hydrology——Flow direction， 输入表面栅格数据 fandem;命名输出栅格数据 flowdirfan。 （ 3 ） 汇 流 累 积 量 的 计 算 ： 选 择 Spaitiai Analyst Tool — — hydrology — — Flow accumulation,选择 flowdirfan 作为输入的水流方向数据；输出命名为 flowaccfan (4)汇流累积量为零值的提取：在 ArcToolBox 中选择 Map Algebra--Raster calculator, 提取汇流累积量为零值，计算公式为 faccfan0=(flowacclfan==0) (5) 对 facc0 做 光 滑 处 理 ： 在 ArcToolBox 中 选 择 Spaitiai Analyst Tool--Neiborhood--focal stastics,利用邻域分析方法以 3×3 的窗口计算平均值，计 算结果命名为 nbfacc0fan. (6)在 neiborfacc0 数据上单击右键，点击 properties，进行重新分级，将数据分为两级， 以等值线 ctour1 和晕渲图 hillshade2 为辅助不断调整分级临界点，属性值越接近于 1 的栅格越有可能是山谷线的位置，最终确定分界阈值为 0.65677。
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）A rcScan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9 £p曰吕I Analyst Toolslbx H 竜Conditional匡心Density1+ Dis-tance1+ W EwtrartionS. %■ G电rer^li23tian + G refund water 匡帝Hydrology l±电Interpolation 1+ 4$^- Local 1+竜Map Algebra 匡雜Matfi ld_ Multivanate l~《NeighLorhoed S ■ Overlay 11 tSv RasterCreation 田心Redact1+ ❸Solar Radiation 1 $! SurfaceConicurGonlour ListConlour with Barriers CurvatureCut FillHillshadeOb server PointsSlopeJf (Views liedAspect)X4•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S0A1）G ❺ Spatial Analyst Tools.tbxE ConditionalS 詹Density3 弧Distance3 Extract!on® S* Generalization♦J © GroundwaterS ■ Hydrology® W? InterpolationS @ Local3 Map AlgebraE 心MathS3 © Multiva riate® d Neighborhood® OverlayS 旳• Raster Creatio n3 • Reclass田& Solar Radiation曰心Surface 气Aspect 气Contour J Con tour List 弋Con*tour wrth Barriers o Curvature 气Cut Fill x - HillshadeViewshed5•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）Spatial Analyst Tools.tbxE 耐ConditiQnalB Densityl±i Di stancel+i 笔/ EjctractionFl 睦i Generalizaticn © 薦i：Groundwateir l±i 氐HydrologyFi Interpolation0 曹LoralLI 転’ Map Al get ra6•提取反地形DEM数据的坡向值■VI(■ri&7•计算反地形DEM 数据的坡向变率3回Canc& Eriwirorments... Show Help »Input rAEtsrOutput ratt&rF : \33 \e\New File Ge Q latabe . gjdb\AspectJNdem8•计算进行误差纠正的地面坡向变率(栅格计算器--输入公式(("S0A1" + "S0A2") - Abs("S0A1" -"S0A2")) / 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■■■ar■*jrii■H1h ■■rtryE）导Spatial Analyst Tools.tbxS ConditionalS Densityl±l & Distancei*l 心Extraction® © GeneralizationS $9 GroundwaterS • Hydrology® © Interpolation® & Local□ & Map Algebra Raster CalculatorQ 飪MathGO 抵（Ylultiyariate□心Neighborhood "弋Block Statistics 气Filter Focal Flow气Point Statisticsz ccal Statistics10.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））EE 叵 0000□□□□ESQ i ° innnnnnTdem T'「帼酮*Output rasterI ：\33\*\Nsw File Gtod^t&base. ;db\DvalueM SL > Algebra expressionCancelEnwironiments...Show He 单 >>Conditional —*ConPickSetfJullMathAbsExp("SOA" > 70) &( "Dvalue" > 0))和山谷线(("SOA" > 70) & ("Dvalue" < 0))L*4iElt TjI I11.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！ ！ Output ras tmirfSOA' > 7Q) &{ lvalue > 0)Map Algebra expressionI:\33\e\Niw Filfe ^dbVshanjiOK Cancel Eriwronmerite...1 1Show Het »Conditional — 厶Con PickSetNull Math Abs Exp〒fSOA ・ > 70〉&CDvalue" < 0)Output rasterF:\33\e\New File Geod&t&b&se. gdb\shw.gu|OKCancel Envronments...Show Help »" Raster CalculatorJ■,Map Algebra expressionESE QESQi ° innrnrnn0]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--shapefileFelde-rFile Geoddiabase zyjrA 监JS站Pers&naIDdtmbase Connection... aanewdontTo do doArcGIS Server Connectio-n... Layer...Group LayerbnewSpy1 Shapefile..1 Turn Ft• ToolbcEH d BASE ®LAS Da •Add ©Com pcNew ShapefileCrates 召 f]*vr shspefiletdset；5 Lot:ator…,]site Addre-&5 Locator..闌 XML DocumentDeleteRename Refr«5h New ItemDescnpticn...tf443B01.425 41624&0.765 MetePython TaalboK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ArcSca n 3）勾选扩展工具中的自动矢量化工具匚jstormize Wi n d ows HelpToolbars ►Evtensiori 乩“Add-In Manager.*.C-u atomize Mode.,,Style Manager...ArcMap Options...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3D AnalystAdvanced EditingAnimationArcScanCOGOData Driven PagesData Frjm* TookDistributedshaqi T I 53 Vedodzalion ' ：Tl 匸 # * I RMitr Clean up ■ I Cell Selection 章0 斗耳屮J S Verrorization ▼ H:Vcrtorzatioii Settings...Sihcnv PreviewF Ge^eraTeFeatuires,,.Opticrm Raster Cleanup * Cel Selection ，w E 础卜耳十* f5）用同样的方法生成矢量山谷线sbargu VcctcrizatonVectorizatior Setting j・Show Preview■ Generate Features-・Options...• Seed -eettre Template °■W ■塞'Swrch、• g R€i3r;dire兀9壮shorjilirK一穴*13•制作立体图。
利用水文分析报告方法提取山脊、山谷线
师大学H a n g z h o u N o r m a l U n i v e r s i t y《GIS分析与建模》实验报告学院班级：理学院地信141实验名称：利用水文分析方法提取山脊线和山谷线学生：文彪学生学号：2014212425授课老师：潭高提交日期：2016年12月1日目录1 实验目的 (3)2 实验步骤 (3)2.1 正负地形提取 (3)2.2 山脊线提取 (9)2.3 山谷线提取 (24)3 总结 (25)3.1 为何进行洼地填充 (25)3.2 与正地形相乘理解 (26)1实验目的●了解基于DEM水文分析方法提取山谷线和山脊线的原理，●掌握水流方向、汇流累积量提取原理及方法2实验步骤2.1正负地形提取原始dem图像2.1.1焦点统计参数如下邻域分析结果图，发现与原图相比，平滑了很多。
2.1.2栅格运算2.1.3重分类2.1.3.1正地形2.1.3.2负地形2.2山脊线提取2.2.1洼地填充洼地填充参数面板，因为是所有的洼地都填充，所以Z limit为默认。
2.2.2无洼地水流反向计算水流方向计算，输入参数为洼地填充好的dem数据，填如输出文件及其路径。
2.2.3汇流累计量计算2.2.4汇流累计量0值提取汇流累积量为0时，表示该地没有雨水聚集，所以应当为山脊。
2.2.53*3领域分析使数据光滑2.2.6Dem等值线图等值线间距为15米2.2.7山体阴影2.2.8Neiborfacc0重分级分类结果与等值线和山体阴影相比，确定最佳分类阈值。
注：可以将Neiborfacc0的0到所设阈值的部分设为no color,这样更加方便与山体阴影比较。
确定所设阈值为0.55412.2.9二值化的neiborfacc0进行重分类2.2.10与正地形相乘2.2.11栅格运算2.2.12重分类2.2.13山脊线提取结果图2.3山谷线提取山谷线提取结果图3总结3.1为何进行洼地填充来个比喻，假如你在沙地上踩两个脚印，那么，在两个脚印的中间的那条线的汇流累积量为0，进行提取的时候，就会误认为该条线为山脊，显然是不合理的，所以要进行洼地填充。
一种新的山脊线和山谷线自动提取方法
一种新的山脊线和山谷线自动提取方法
陈永良;刘大有
【期刊名称】《中国图象图形学报》
【年(卷),期】2001(006)012
【摘要】提出了一种新的自动提取山脊线和山谷线的方法--方向剖面法.该方法可以根据穿过高程数据点的各个方向的剖面线特征,自动识别DEM中可能的山脊点和山谷点;然后,用修正的Hilditch细线化算法筛选山脊点和山谷点;接着再把筛选后两两相邻的山脊点或山谷点连接起来,形成山脊线或山谷线的"雏形";最后,将山脊线或山谷线"雏形"中封闭的三角形断开,并剔除过短的山脊线和山谷线.用真实DEM 数据进行试验研究,其自动提取的山脊线和山谷线与高程等值线图反映的地形起伏基本一致,从而证明了该方法的有效性.
【总页数】5页(P1230-1234)
【作者】陈永良;刘大有
【作者单位】吉林大学计算机科学系,;吉林大学计算机科学系,
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于ArcEngine的山谷线和山脊线提取方法 [J], 孙丰垒;黄家会;丁昊;武丽丽
2.DEM数据辅助的山脊线和山谷线提取方法的研究 [J], 刘泽慧;黄培之
3.山脊线和山谷线自动提取的一种新方法 [J], 张渭军;孔金玲;王文科;翁晓鹏
4.基于共轭地表曲面的山脊线和山谷线提取方法的研究 [J], 黄培之;陈凯辉;刘泽慧
5.垂直剖面法自动提取山脊线和山谷线 [J], 曲均浩;程久龙;崔先国
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利用水文分析方法提取山脊、山谷线
杭州师范大学H a n g z h o u N o r m a l U n i v e r s i t y《GIS分析与建模》实验报告学院班级：理学院地信141实验名称：利用水文分析方法提取山脊线和山谷线学生姓名：赵文彪学生学号：2014212425授课老师：胡潭高提交日期：2016年12月1日目录1 实验目的 (3)2 实验步骤 (3)2.1 正负地形提取 (3)2.2 山脊线提取 (9)2.3 山谷线提取 (24)3 总结 (25)3.1 为何进行洼地填充 (25)3.2 与正地形相乘理解 (26)1实验目的●了解基于DEM水文分析方法提取山谷线和山脊线的原理，●掌握水流方向、汇流累积量提取原理及方法2实验步骤2.1正负地形提取原始dem图像2.1.1焦点统计参数如下邻域分析结果图，发现与原图相比，平滑了很多。
2.1.2栅格运算2.1.3重分类2.1.3.1正地形2.1.3.2负地形2.2山脊线提取2.2.1洼地填充洼地填充参数面板，因为是所有的洼地都填充，所以Z limit为默认。
2.2.2无洼地水流反向计算水流方向计算，输入参数为洼地填充好的dem数据，填如输出文件及其路径。
2.2.3汇流累计量计算2.2.4汇流累计量0值提取汇流累积量为0时，表示该地没有雨水聚集，所以应当为山脊。
2.2.53*3领域分析使数据光滑2.2.6D em等值线图等值线间距为15米2.2.7山体阴影2.2.8N eiborfacc0重分级分类结果与等值线和山体阴影相比，确定最佳分类阈值。
注：可以将Neiborfacc0的0到所设阈值的部分设为 no color,这样更加方便与山体阴影比较。
确定所设阈值为0.55412.2.9二值化的neiborfacc0进行重分类2.2.10与正地形相乘2.2.11栅格运算2.2.12重分类2.2.13山脊线提取结果图2.3山谷线提取山谷线提取结果图3总结3.1为何进行洼地填充来个比喻，假如你在沙地上踩两个脚印，那么，在两个脚印的中间的那条线的汇流累积量为0，进行提取的时候，就会误认为该条线为山脊，显然是不合理的，所以要进行洼地填充。
ARCGIS水文分析
—School Of Civil Engineering—
测绘121 吴旭祥
10 执行后，结果为如图所示
—School Of Civil Engineering—
测绘121 吴旭祥
11 然后，提取河流网络矢量数据。在上一步的基础上进行，打开【 Arctoolbox】工具箱，运行工具[SpatialAnalyst 工具]——>[水文分析]——>[ 栅格河网矢量化]
—School Of Civil Engineering—
测绘121 吴旭祥
山谷线的提取
载入DEM后打开栅格计算 器。在文本框中填写反地形 的计算公式：Abs (dem-H) 其中H为DEM最大高程值。 输出为“反地形dem” 再由生成的“反地形dem” 进行填洼操作，设置输出路 径，如图。 剩下操作和生成山脊线操作 基本类似。 依次进行流向，流量，汇流 累积量零值的提取，在进行 相应的邻域分析，重分类等 操作。 最终结果如图。
—School Of Civil Engineering—
测绘121 吴旭祥
山顶点的提取
按等高线100、等高线25、 Back、晕渲图次序放置数据 层，如图。 点击Spatial Analysis下的邻 域分析，块统计。设置参数 如图所示，点击OK按钮， 提取150X150分析窗口最大 值。 结果如图。 依此方法再提取最小值，留 作他用。 打开栅格计算器，输入 [Max] - [DEM] == 0，输出 为top，如图。 结果如图。 添加地理符号，使山顶显示 更加直观，如图。
—School Of Civil Engineering—
测绘121 吴旭祥
山脊线的提取
打开Spatial Analyst工 具的栅格计算器。 输入“流量”=0，输 出为“流量0”。计算 结果为所有的汇流累积 量为 0 的栅格。 结果如图。 如果获取的山脊线比较 杂乱，不是很准确，可 以采用领域分析的方法 进行处理。 在进行相应的重分类， 把山脊线数据逼近到 “1”。 再通过表面分析生成“ 晕渲图”，与山脊线相 互叠加。最终结果如图 。
一种山脊线和山谷线提取的新方法
一种山脊线和山谷线提取的新方法
近日，一项新的山脊线和山谷线提取方法的研究受到了科
技界的广泛关注。
其最新研究成果为提取山脊线和山谷线提供
了一种高效的方案。
该提取方法主要采用连接极值的方式。
首先，通过引入中
间极值，根据灰色关联度来检测极值，发现局部最大、最小值，建立极值结构图剔除局部极值；然后，判断极值之间的关联关系，使用基于非重叠平窗的邻接关系建立回路，进而形成山脊
线和山谷线；最后，通过滤波处理得到平滑纹理，可以得到较
好的提取结果。
这种提取方法证明比其它经典方法更加高效，更加稳定。
原理上，它利用灰色关联度捕捉极值的变化规律，避免了局部
最小值/最大值的误检，提高了极值检出的准确性；算法上，
它通过基于平窗判别邻接关系，不受明显大山谷和山脊裂缝的
影响，消除歧义，从而简化算法处理过程，减少了算法的计算
量和工作量。
因此，在反演海洋、地震勘探、高分辨率遥感影像等领域，这种新的提取方法将会有广泛的应用，同时也丰富了互联网的
内容，提高了人们的智能化体验。
基于水文分析方法提取山脊线和山谷线
基于水文分析方法提取山脊线和山谷线1.提取思路：基于水文分析方法提取山脊线和山谷线实际上是对分水线和汇水线的提取。
对于山脊线来说，它同时也是分水线，即水流的起始点。
因此通过地表径流计算后，这些栅格的水流方向应该都只具有流出方向而不存在流入方向，也就是说这些栅格的汇流累积量为0，因此通过对0值的提取也就得到了山脊线。
对山谷线的提取，可以对反地形DEM数据提取山脊线，得到的就是实际上的山谷线。
2.基础操作步骤介绍：2.1 正负地形的提取：选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→邻域分析→焦点统计】工具，得到邻域大小为11×11(可以根据需要自行设置)的矩形的平均值数据层Mean_DEM。
选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入"DEM" - "Mean_DEM"地图代数公式，得到正负地形分布区域数据层。
选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→重分类→重分类】工具，将大于0的区域赋值为1，小于0的区域赋值为0，得到正地形数据层zhengdixing。
同样，选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→重分类→重分类】工具，将大于0的区域赋值为0，小于0的区域赋值为1，得到负地形数据层fudixing。
2.2 山脊线的提取：选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→水文分析→填洼】工具，对原始DEM进行洼地填充，得到无洼地DEM数据层Fill_DEM。
具，对无洼地DEM数据进行水流方向计算，得到流向数据层FlowDir。
具，计算汇流累积量，得到数据层FlowAcc。
选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入地图表达式"FlowAcc" == 0，提取汇流累积量为0的栅格区域，得到数据层Facc0。
用ArcGis进行地形因子提取和水文分析的方法
用ArcGis进展地形因子提取和水文分析的方法(2021-07-24 14:40:16)▼标签：分类：ARCGISgis教育这里介绍的是用dem数据，利用ArcGis进展地形因子提取和水纹分析的方法。
首先，地形因子提取：提取等高线：Spatial Analysis → surface analysis → contour 〔这是ArcGis的Spatial Analysis工具，在做分析之前要将菜单栏中Tool菜单下的extension中的Spatial Analysis选项勾上，否那么不能进展空间分析。
〕提取坡度：Spatial Analysis → surface analysis → slope 重分类：Spatial Analysis →Reclassify 增加山体阴影：spatial analysis → surface analysis → hillshd……掩膜：spatial analysis → raster calculator〔对话框中输入back = [dem] >= 0〕山顶点的提取：这个过程比拟复杂，最后我会附上一个地址，那篇文章里有例子以及具体的介绍。
三维：三维效果图的建立：3D analysis → create/modify tin/Create Tin from features 提取断面、三维可视化等操作需要一些图例，这个在文章中也有，图很漂亮哦~ 水文分析：这个主要用到ArcToolBox中的工具了。
水流方向提取：ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Flow Direction 洼地提取：ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Sink 洼地奉献区域计算：ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Watershed 每个洼地所形成的奉献区域的最低高程：ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Zonal → Zonal Statistics 每个洼地奉献区域出口的最低高程即洼地出水口高程ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Zonal → Zonal Fill 洼地深度：加载Spatial Analyst，Spatial Analyst → Raster Calculator 基于无洼地的水流方向计算ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Flow Direction 汇流累积量ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Fill Accumulation 计算水流长度ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Flow Length 还有栅格河网的生成等，上面这些知识针对要实现的功能能够利用到的工具，具体的操作一下子也讲不清，需要自己慢慢琢磨，这里我放篇文章，里面每个步骤都有图例的，只要有一副dem，看着这篇文章就能照着做的，我试过，和教科书一样清楚。
11,1山脊、山谷线的提取
山脊、山谷线的提取操作步骤：（1）正负地形的提取1）在ArcMap中加载样区的原始DEM数据：2）在Spatial Analyst模块的下拉箭头下选择Neighborhood Statistics菜单工具，以11×11的窗口计算平均值。
结果命名为meandem3）单击Raster Calculator 命令，对原始DEM数据与meandem做减法运算4）对运算结果进行两次重分类，分级界线为0。
一次将大于0的赋值为1，小于0的为0，命名为zhengdixing另一次将大于0的赋值为0，小于0的为1，命名为fudixing（2）山脊线的提取1）加载原始DEM数据。
启动ArcToolbox，展开Analysis Tool工具箱，打开Hydrology工具集。
2）洼地填充：用Fill工具对DEM进行填充，输出数据命名为filldem3）无洼地的水流方向的计算：利用Flow Direction工具，选择filldem数据，输出名flowdirfill4）汇流累积量的计算输出名为flowacc15）汇流累积量为零值的提取输入公式如下：meiborfacc07）生成等值线图和晕渲图8）对neiborfacc0重新分级，最终确定分界阈值为0.5541。
9）将二值化的neiborfacc0进行重分类reneibor10）将reneibor与zhengdixing相乘，消除存在于负地形区域中的错误的山脊线。
然后将计算结果重分类，如图：（3）山谷线的提取1）打开栅格计算对话框，输入公式：过程同山脊线的提取，数据名称分别为：水流方向数据：flowdirfan汇流累积数据：flowacc2零值汇流累积量提取数据：flowacc0fan邻域分析求均值后的结果数据：nbfacc0fan并将其分级改为两级：重分类：2）消除正地形区域中的山谷线：附属性，获得山谷线：。
地形特征信息提取(山脊线、山谷线提取)实验要求
实验项目名称：地形特征信息提取（山脊线、山谷线提取）1、背景地信特征要素，主要是指对地形对地表的空间分布特征具有控制作用的点、线或面状要素。
特征地形要素构成地表地形与起伏变化的基本框架。
特征地形要素的提取更多地应用较为复杂的技术方法，如山谷线、山脊线等的提取采用了全局分析法，成为栅格数据地学分析中很具特色的数据处理内容。
自动提取山脊线和山谷线的主要方法都是基于规则格网DEM数据的，算法有多种，其中，平面曲率与坡形组合法方法简便，效果好。
该方法基本处理过程为：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、目的通过本实例，使学生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。
3、数据某区域栅格DEM。
4、要求利用所给区域DEM数据，提取该区域山脊线、山谷线栅格数据层。
补充资料：1、坡度变率：地面坡度变率，是地面坡度在微分空间的变化率，是依据坡度的求算原理，在所提取的坡度值的基础上对地面每一点再求算一次坡度，即坡度之坡度（Slope of Slope，SOS）。
坡度是地面高程的变化率的求解，因此，坡度变率表征了地表面高程相对于水平面变化的二阶导数。
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：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。
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。
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第十一章水文分析练习1：利用水文分析方法提取山脊、山谷线一、背景山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、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。
因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。
二、目的理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。
三、要求1、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线；2、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。
四、数据一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140 km2。
数据存于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。
结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result中。
五、算法思想对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别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。
因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。
基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。
通过对零值的汇流累积值的栅格的提取，就可以得到分水线，也就得到了山脊线；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。
六、操作步骤1、正负地形的提取(1) 启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开hydrology工具集。
在图层管理器中加载研究区域的原始DEM数据。
(2) 加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，点击neighborhood statistics菜单工具，利用邻域分析的方法以11×11的窗口计算平均值，如图1。
分析结果命名为meandem，如图2所示。
图1 用邻域分析的方法以11×11的窗口计算平均值图2 DEM数据的平均值(3) 点击spatial analyst中的raster calculator菜单工具，对原始DEM数据与邻域分析之后的数据meandem做减法运算，并将运算结果重分为两级，分级界线为0，那么大于0的区域在原始DEM上就是正地形区域，小于0的区域在原始DEM上就是负地形区域。
（图3）图3 Raster Calculator菜单工具图4 正负地形区域(4) 对上一步得到的二值化数据进行两次重分类，如图5。
一次将正地形区域属性值赋值为1，负地形区域属性赋值为0，命名为zhengdixing；另一次将正地形区域属性值赋值为0，负地形区域属性赋值为1，命名为fudixing。
分别如图6、图7所示。
图5 重分类图6 正地形区域（图中深色区域）图7 正地形区域（图中深色区域）2、山脊线的提取：(1) 在ArcMap中加载研究区域的原始DEM数据。
(2) 洼地填充：双击hydrology工具集中的fill工具，进行原始DEM的洼地点填充。
在Input surface raster文本框中选择原始DEM数据dem，将输出数据命名为filldem，因为选择的是将所有洼地全部填充，所有在填充容限Z limit为默认值。
(图8、9)图8 洼地点填充图9 洼地点填充的结果(3) 基于无洼地的水流方向的计算：双击hydrology工具集中的flow direction工具，在Input surface raster文本框中选择填充过的无洼地DEM数据filldem，将输出的水流方向数据命名为flowdirfill，如图10、11。
图10 基于无洼地的水流方向的计算图11 水流方向的计算结果(4) 汇流累积量的计算：双击hydrology工具集中的flow accumulation工具。
选择flowdirfill作为输入的水流方向数据；输出数据命名为flowacc1。
图12 汇流累积量的计算图13 汇流累积量的计算结果(5) 汇流累积量零值的提取：加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，然后单击raster calculator菜单，打开栅格计算对话框，在文本框中填写汇流累积量零值的提取公式：facc0 = (flowacc = 0)，然后点击evaluate进行计算。
计算结果为所有的汇流累积量为0的栅格。
图14 汇流累积量零值的提取图15 汇流累积量零值的提取结果(6) 在ArcMap中打开facc0，发现所提取出的栅格很乱，有很多的地方并不是山脊线的位置，因此应对这个数据进行处理。
处理过程可以利用邻域分析的方法，对提取出的汇流累积量等于零值的数据进行3×3邻域分析进行光滑处理，处理后的数据如图16所示。
图16 对提取出的数据进行3×3邻域分析进行光滑处理(7) 单击spatial analyst模块中的surfer analyst中的countline和hillshade菜单命令，分别生成原始DEM的等值线图ctour（图17）和晕渲图hillshade（图18）。
图17 生成原始DEM的等值线图ctour图18 生成原始DEM的晕渲图hillshade(8) 打开neiborfacc0数据属性信息，进行重新分类，将分类级别设置为两类，不断调整分界数据大小，并以由DEM生成的等值线图和晕渲图为辅助判断数据。
在neiborfacc0中，属性值越接近于1的栅格越有可能是山脊线，这里确定的分界阈值为0.5541，如图19、20。
(9) 将进行过二值化的neiborfacc0进行重分类为reneibor，将属性值接近1的那一类的属性值赋值为1，其余的赋值为0。
图19 neiborfacc0数据进行重新分类图20 重分类的结果(10)将重分类过后的neiborfacc0数据与正地形数据zhengdixing利用spatial analyst 菜单下的raster calculator进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的错误的山脊线，结果如图22所示。
图21 Raster Calculator中进行相乘运算图22 相乘运算的结果(11)然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为NO DATA。
就得到了山脊线，如图23所示。
图23 将计算结果重分类，得到山脊线3、山谷线的提取(1) 在ArcMap中加载原始DEM数据。
(2) 加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，点击options raster calculator菜单工具，打开栅格计算对话框；在文本框中填写反地形的计算公式：fandem =Abs (dem-2000)，点击evaluate进行计算。
计算结果与原始DEM地形完全相反的反地形数据，如图24所示。
图24 反地形数据(3) 反地形计算完毕之后，山谷线的提取就和山脊线的提取步骤一样的，直到最终利用重分类的方法将重新分级的邻域分析后的结果二值化为止。
在这里，是不需要对反地形DEM 进行洼地填充的。
计算过程中的数据名称分别为：水流方向数据为flowdirfan(图25)，汇流累积数据为flowacc2(图26)，零值汇流累积量提取数据为flowacc0fan(图27)，对flowacc0fan进行均值3×3邻域分析后的结果数据为nbfacc0fan(图28)，并将其分级改为两级，分级阈值为0.65677，结果如图29所示，初次得到山谷线如图30。
图25 水流方向数据图26 汇流累积数据图27 零值汇流累积量提取数据图28 行均值3×3邻域分析后的结果数据图29 重分类将结果分为两级图30 初次得到的山谷线(4) 将重分类过后的数据与负地形数据fudixing利用spatial analyst菜单下的raster calculator进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的错误的山脊线，如图31。
然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为NO DATA，如图32。
就得到了新的山谷线，比初次的山谷线更为细化，如图33、34所示。
图31 存在在负地形区域中错误的山脊线（绿色部分）图32 重分类将错误的山脊线消除图33 初次得到的山谷线(左)与消除错误后的山谷线(右)对比图34 计算出的研究区域的山谷线（图中深色区域，背景为该区域的晕渲图）七、遇到问题及解决方法1、遇到问题：在ArcMap中打开facc0，发现所提取出的栅格很乱，有很多的地方并不是山脊线的位置，因此应对这个数据进行处理。
如何处理？解决方法：将重分类过后的数据与负地形数据fudixing利用spatial analyst菜单下的raster calculator进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的错误的山脊线。
然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为NO DATA，如图32。
就得到了新的山谷线，比初次的山谷线更为细化。
2、遇到问题：打开neiborfacc0数据的属性信息，进行重新分类，将分类级别设置为两类，不断的调整分界数据大小，并以由DEM生成的等值线图和晕渲图为辅助判断数据。
怎么做？解决方法：在neiborfacc0中，属性值越接近于1的栅格越有可能是山脊线的位置，打开Classification对话框，不断的调整分界数据大小（如左图中的红圈部分），直到生成的数据清晰度达到最高，这里最终确定的分界阈值为0.5541。