【ARCGIS实验】地形特征线的提取

目录

一、提取不同位置的地形剖面线

二、将DEM转化为TIN

三、进行可视分析

四、进行山脊、山谷等特征线的提取

1、正负地形提取（用于校正）

2、山脊线提取

3、山谷线的提取

4、河网的提取

5、流域的分割

五、鞍部点的提取

1、背景

2、目的

3、要求

4、数据

5、算法思想

6、操作步骤

（1）正地形、等高线和晕染图的提取

（2）山脊线的提取

（3）反地形山脊（即山谷线）的提取

（4）鞍部点的提取

六、参考链接

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一、提取不同位置的地形剖面线

        （1）在菜单栏单击【Customize】-【Toolbars】-【3D Analyst】，在3D Analyst工具条中选择“插入线”。

        （2）在dem图中画线。

        （3）在3D Analyst工具中点击选择“剖面图”。

        （4）生成的上述所画线段的剖面图。

二、将DEM转化为TIN

        选择【3D Analyst Tools】-【Conversion】-【From Raster】-【Raster to TIN】，打开Raster to TIN对话框，选择dem图层，设置输出TIN路径和文件名，点击OK按钮，即可得到由dem转换的tin图层。

三、进行可视分析

        （1）通视分析

        I、在菜单栏单击【Customize】-【Toolbars】-【3D Analyst】，在3D Analys工具条中单击“视现瞄准线工具”，打开视现瞄准线对话框，在地形表面上分别点击确定观测点和目标点位置。出现通视线，红色表示不可视，绿色表示可视。

        II、3D Analys工具条

        III、视现瞄准线对话框

        IV、通视线

        （2）视点分析

        I、选择【3D Analyst Tools】-【Raster Surface】-【Curvature】，在打开的Curvature对话框中选择输入dem数据，点击OK按钮即可得到输出的栅格图层。

        II、输出栅格

四、进行山脊、山谷等特征线的提取

        1、正负地形提取（用于校正）

        （1）在ArcToolbox中选择【Spatial Analyst Tools】-【Neighborhood（领域分析）】-【Focal Statistics（焦点统计）】，在打开的Focal Statistics对话框中选择输入dem数据，利用领域分析方法以11*11的窗口计算平均值，计算结果命名为meandem。

        （2）点击【Spatial Analyst Tools】-【Map Algebra（地图代数）】-【Raster Calculator（栅格计算器）】，在打开的Raster Calculator对话框中对dem数据和meandem做减法运算。计算结果命名为xin。

        （3）选择【Spatial Analyst Tools】-【Reclass（重分类）】-【Reclassify（重分类）】，对运算结果重分类。在弹出的Reclassify对话框中选择xin图层，分级界限为0,将大于0的区域属性值赋为1，小于0的区域赋值为0，命名为“zhengdixing”。另一次将小于0的区域属性值赋值为1，大于0的区域赋值为0，命名为fudixing。

        2、山脊线提取

         （1）填充洼地。点击【Spatial Analyst Tools】-【Hydrlogy（水文分析）】-【Fill（填洼）】，在打开的Fill对话框中选择输入dem数据，输出栅格数据文件名为Fill_dem。

        （2）计算水流方向。选择【Spatial Analyst Tools】-【Hydrology（水文分析）】-【Flow Direction（流向）】，在打开的Flow Direction对话框中选择输入Fill_dem数据，输出栅格数据文件名为flowdirfill。

        （3）计算汇流累积量。点击【Spatial Analyst Tools】-【Hydrology（水文分析）】-【Flow Accumulation（流量）】，在弹出的Flow Accumulation对话框中选择输入flowdirfill数据，输出栅格数据文件名为flowacc1。

        （4）汇流累积量为零值的提取。打开【Spatial Analyst Tools】-【Map Algebra】-【Raster Calculator】,在打开的Raster Calculator对话框中输入公式："flowacc1" == 0，输出栅格数据文件名为facc0。

        （5）对facc0进行领域分析。点击【Spatial Analyst Tools】-【Neighborhood】-【Focal Statistics】，在打开的Focal Statistics对话框中选择输入facc0数据，输出栅格数据文件名为neiborfacc0。 （3*3 mean）

        （6）打开【Spatial Analyst Tools】-【Surface（表面分析）】-【Contour（等值线）】，生成dem的等值线图，命名为Contour_dem；

        打开【Spatial Analyst Tools】-【Surface（表面分析）】-【Hillshade（山体阴影）】，生成dem的山体阴影晕渲图，命名为Hillshade_dem。

        （7）在neiborfacc0图层上右键选择属性，进行重新分级，分为2级，这时不断调整分级临界点，并以等值线图和晕渲图作为辅助判断，属性值越接近1的栅格越有可能是山脊线的位置，最终确定的分界阈值为0.5541。

        （8）将进行过二值化的neiborfacc0进行重分类为Reclass_neiborfacc0，将属性值接近1的那一类的属性值赋值为1，其余赋值为0。【Spatial Analyst——重分类——重分类】

        （9）打开栅格计算器，输入命令: "Reclass_neiborfacc0" * "zhengdixing"，以消除那些存在于负地形区域中的错误的山脊线。输出栅格数据文件名为：shanjixiannoworry。

         （10）对shanjixiannoworry图层重分类，所有属性不为1的栅格属性赋值NO DATA，这样就得到了山脊线，命名为Shanjixian。【Spatial Analyst——重分类——重分类】

3、山谷线的提取

        打开栅格计算器，输入公式：Abs(“dem”-5000)，得到与dem地形完全相反的反地形数据。剩下提取山谷线的步骤就和提取山脊线完全相同。

        计算过程中的数据名称分别为：水流方向数据flowdirfan，汇流累积量数据flowacc2，零值汇流累积量nbfaccfan,对flowaccfan进行3*3领域分析求均值后的结果数据为flowacc0fan，并将其分级改为2级，分级阈值为0.65677。

4、河网的提取

        （1）填充洼地

        打开【ArcToolbox】-【Spatial Analyst Tools】-【Hydrology】-【Fill】，在打开的Fill对话框中选择输入dem数据，输出栅格数据文件名为filldem。

        （2）生成水流方向

        点击【Hydrology】-【Flow Direction】，在打开的Flow Direction对话框中选择输入filldem数据，输出栅格数据文件名fdirfill。

        （3）计算汇流累积量

        打开【Hydrology】-【Flow Accumulation】，在打开的Flow Accumulation对话框中选择输入fdirfill数据，输出上数据文件名flowacc。

        （4）提取河网

        I、提取河网栅格数据

        打开栅格计算器，输入公式：Con(“flowacc”>800,1)，输出栅格数据文件名streamnet。

        II、提取河网矢量数据

        打开【Hydrology】-【Stream to Feature】，在打开的Stream to Feature对话框中选择输入streamnet数据和fdirfill数据，输出矢量数据文件名StreamT_streamn3。

5、流域的分割

        （1）提取流域盆地

        打开【Hydrology】-【Basin】,在打开的Basin对话框中选择输入fdirfill数据，输出栅格数据文件名basin。

        （2）生成集水流域

        I、提取Streamlink

        打开【Hydrology】-【Stream Link】，在打开的Stream Link对话框中输入streamnet和fdirfill数据，输出栅格数据文件名streamlink。

        II、集水流域的生成

        打开【Hydrology】-【Watershed】，在打开的Watershed对话框中输入fdirfill和streamlink数据，输出栅格数据文件名watershed。

五、鞍部点的提取

        1. Spatial Analyst——地图代数——栅格计算器（输出：anbuqu）

                "flowacc0" * "facc0fan"

        2. Spatial Analyst——地图代数——栅格计算器（输出：rasteranbu）

                "zhengdixing" * "anbuqu"

        3. Spatial Analyst——重分类——重分类（输出：rasteranbu2）

                =0→NO DATA

        4. 转换工具——由栅格转出——栅格转点（输出：anbudian）

        5. 对照等高线和山体阴影人工剔除伪鞍部点

        具体步骤如下：

        1、背景

        相邻两山头之间呈马鞍形的低凹部分称为鞍部。鞍部点是重要的地形控制点，它和山顶点、山谷点及山脊线、山谷线等构成地形特征点线，对地形具有很强的控制作用。因此，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，是的鞍部点的提取方法较山顶点低谷底点更难，目前都还存在一定的技术局限性。

         2、目的

        利用水文分析的方法提取地形鞍部点；

        通过多种GIS空间分析方法的应用，提高对知识的综合运用能力。

        3、要求

        利用水文分析模块和空间分析模块相应功能提取样区地形鞍部点。

        4、数据

        25m分辨率的DEM数据。

        5、算法思想

        鞍部具有独特的形态特征，可被认为是原始地形中的山脊和反地形中的山脊回合的地方，因此可通过提取正反地形的山脊线并求其交点，获得鞍部点，鞍部点的提取流程如下图所示。

        6、操作步骤

        （1）正地形、等高线和晕染图的提取

        同山脊线和山谷线的提取一样，由于鞍部点的整体位置是处于山脊上的，需要提取正地形以过滤那些在负地形上的错误的点。正地形的提取方法为：先用焦点统计算出DEM的平均meandem,再使用栅格计算器计算平均meandem和dem的差值，使用重分类将其分为两级，分级界线为 0，将大于 0 的区域赋值为1（即为正地形），小于 0 的区域赋值为0，命名为zhengdixing；另一次将小于0的区域赋值为1（即为负地形），大于0的赋值为0，命名负地形。利用【Spatial Analyst】|【表面分析】|【等值线】和【Spatial Analyst】|【表面分析】|【山体阴影】分别提取样区等高距为40m的等高线数据ctour和样区的晕染图hillshade。

        （2）山脊线的提取

        山脊的提取与上述山脊线的提取一样。分别是进行洼地填充、水流方向提取、汇流累积量的计算、汇流累积量等于0的提取。

        （3）反地形山脊（即山谷线）的提取

        反地形山脊的提取与上述山谷线的提取过程完全相同。分别是基于原始DEM计算出反地形DEM数据（计算中是利用原始DEM减去3000）；基于反地形DEM数据提取水流方向数据；基于水流方向数据进行汇流累积量的计算；提取汇流累积量为0的栅格。

        （4）鞍部点的提取

        I、利用【Spatial Analyst 工具】|【地图代数】|【栅格计算器】工具将提取出的山脊线数据和山谷线数据相乘，结果为鞍部区。

        II、利用同样的方法将鞍部区和正地形相乘，就得到了鞍部点的栅格数据anbudian。

       III、重分类鞍部点栅格数据，将所有0值赋为NODATA数据，属性为一的保持不变，得到Reanbudian。

        IV、将栅格数据Reanbudian转换成矢量数据鞍部点，配合等高线和晕染图对矢量形式的鞍部点数据进行编辑，剔除那些处于样区边缘以及内部的伪鞍部点。

        注意：这里山脊和反山脊的提取只需要提取到流量等于0的地方。

六、参考链接

（1）【GIS实验】山脊山谷鞍部提取

https://blog.csdn.net/rodericklr/article/details/140178675

（2）Arcgis中山脊线，山谷线的提取，以及流域的分割

https://blog.csdn.net/qq_40323256/article/details/90320180?spm=1001.2014.3001.5506

（3）用ArcGIS进行地形鞍部的提取方法

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11×tamp=1728376536&ver=5553&signature=OXfhwKOoxl9PPfsQhgTvdB39LKuiILBcn4j*V36aHphQpssZJqxSB5hkZVKP9Jp0HkNULAa5X5Ms*YIvw9gK0laiUC7vgk8ahkurLAVtUVhf75fGU0XNpLjzkDhwV-Kg&new=1