第9章 DEM 与数字地形分析
数字地面模型于1958年提出，特别是基于DEM 的GIS 空间分析方法的出现，使传统的地形分析方法产生了革命性的变化，数字地形分析方法逐步形成和完善。目前，基于DEM 的数字地形分析已经成为GIS 空间分析中最具特色的部分，在测绘、遥感及资源调查、环境保护、城市规划、灾害防治及地学研究各方面发挥越来越重要的作用。本章首先介绍了数字高程模型的基本概念和建立步骤，然后从基本坡面因子、特征地形因子、水文因子和可视域等方面简述数字地形分析的主要内容和研究方法。
9.1 基本概念
9.1.1 数字高程模型
数字高程模型（Digital Elevation Model ，简称DEM ）是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表示），它是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟。由于高程数据常常采用绝对高程（即从大地水准面起算的高度），DEM 也常常称为DTM （Digital Terrain Model ）。“Terrain”一词的含义比较广泛，不同专业背景对“Terrain”的理解也不一样，因此DTM 趋向于表达比DEM 更为广泛的内容。
从研究对象与应用范畴角度出发，DEM 可以归纳为狭义和广义两种定义。从狭义角度定义，DEM 是区域表面海拔高程的数字化表达。这种定义将描述的范畴集中地限制在“地表”、“海拔高程”及“数字化表达”内，观念较为明确。从广义角度定义，DEM 是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。这是随着DEM 的应用不断向海底、地下岩层以及某些不可见的地理现象（如空中的等气压面等）延伸，而提出的更广义的概念。该定义将描述对象不再限定在“地表面”，因而具有更大的包容性，有海底DEM 、下伏岩层DEM 、大气等压面DEM 等。
数学意义上的数字高程模型是定义在二维空间上的连续函数),(y x f H =。由于连续函数的无限性，DEM 通常是将有限的采样点用某种规则连接成一系列的曲面或平面片来逼近原始曲面，因此DEM 的数学定义为区域D 的采样点或内插点Pj 按某种规则ζ连接成的面片M 的集合：
}
,,1,,1,),,()({m i n j D H y x P P M DEM j j j j j i ==∈==ζ （9.1）
DEM 按照其结构，可分为规则格网DEM 、TIN 、基于点的DEM 和基于等高线的DEM 等。由于规则格网结构简单，算法设计明了，在实际运用中被广泛采用。本书中的DEM 仅指规则格网DEM 。
9.1.2 数字地形分析
数字地形分析（Digital Terrain Analysis, DTA ），是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。DTA 技术是各种与地形因素相关空间模拟技术的基础。
地形属性根据地形要素的关系特征和计算特征，可以归纳为地形曲面参数（parameters ）、地形形态特征（features ）、地形统计特征（statistics ）和复合地形属性（compound attributes ）。
地形曲面参数具有明确的数学表达式和物理定义，并可在DEM 上直接量算，如坡度、坡向、曲率等。地形形态特征是地表形态和特征的定性表达，可以在DEM 上直接提取，其特点是定义明确，但边界条件有一定的模糊性，难以用数学表达式表达，如在实际的流域单元的划分中，往往难于确定流域的边界。地形统计特征是指给定地表区域的统计学上的特征。复合地形属性是在地形曲面参数和地形形态特征的基础上，利用应用学科（如水文学、地貌学和土壤学）的应用模型而建立的环境变量，通常以指数形式表达。
数字地形分析的主要内容有两方面，一是在复杂的现实世界地理过程中各影响因子和简单、高效、精确、易于理解的抽象与计算机实现中找到平衡。简单地说，就是提取描述地形属性和特征的因子，并利用各种相关技术分析解释地貌形态、划分地貌形态等。二是DTM 的可视化分析。数字地形分析中可视化分析的重点在于地形特征的可视化表达和信息增强，以帮助传达地形曲面参数、地表形态特征和复合地形属性的信息。
根据分析内容，常用的数字地形分析的方法有以下几种（图9.1）： 1.提取坡面地形因子
地形定量因子是为有效地研究与表达地貌形态特征所设定的具有一定意义的参数或指标。从地形地貌的角度考虑，地表是由不同的坡面组成的，而地貌的变化，完全源于坡面的变化。常用的坡面地形因子有坡度、坡向、平面曲率、坡面曲率、地形起伏度、粗糙度、切割深度等。
2.提取特征地形要素 （1）流域分析
流域分析主要是根据地表物质运动的特性，特别是水流运动的特点，利用水流模拟的方法来提取水系、山脊线、谷底线等地形特征线，并通过线状信息分析其面域特征。 （2）可视域分析
可视性分析包括两方面内容，一个是两点之间的通视性(Intervisibility)，另一个是可视域(ViewShed)，即对于给定的观察点所覆盖的区域。
3.地形统计特征分析
地形统计分析是应用统计方法对描述地形特征的各种可量化的因子或参数进行相关、回归、趋势面、聚类等统计分析，找出各因子或参数的变化规律和内在联系，并选择合适的因
子或参数建立地学模型，从更深层次探讨地形演化及其空间变异规律。
图
9.1
数字地形分析常用方法
地形统计特征分析
流域分析
可视域分析
提取坡度
提取坡面曲率
9.2 DEM 建立
9.2.1 DEM 建立的一般步骤
数字高程模型的建立过程是一个模型建立过程。从模型论角度讲，就是将源域（地形）表现在另一个域（目标域或DEM ）中的一种结构，建模的目的是对复杂的客体进行简化和抽象，并把对客体（源域，DEM 中为地形起伏）的研究转移到对模型的研究上来。
模型建立之初，首先要为模型构造一个合适的空间结构（spatial framework ）。空间结构是为把特定区域内的空间目标镶嵌在一起而对区域进行的划分，划分出的各个空间范围称为位置区域或空间域。空间结构一般是规则的（如格网），或不规则的（如不规则三角网TIN ）。
建立在空间结构基础上的模型是由n 个空间域的有限集合组成。由于空间数据包含位置特征和属性特征，而属性特征是定义在位置特征上的，因此每一个空间域就是由空间结构到属性域的计算函数或域函数。模型的可计算性要求有两点，一是空间域的数量、属性域和空间结构是有限的，二是域函数是可计算的。构筑模型的一般内容和过程为：
①采用合适的空间模型构造空间结构； ②采用合适的属性域函数；
③在空间结构中进行采样，构造空间域函数； ④利用空间域函数进行分析。
当空间结构为欧几里德平面，属性域是实数集合时，模型为一自然表面。将欧几里德平面充当水平的XY 平面，属性域给出Z 坐标（或高程），模型即为数字高程模型。
对于数字高程模型而言，空间结构的构造过程即为DEM 的格网化过程（形成格网），属性值为高程，构造空间域函数即为内插函数的确定，利用空间域函数进行分析就是求取格网点的函数值。
9.2.2 规则格网DEM 的建立
DEM 是在二维空间上对三维地形表面的描述。构建DEM 的整体思路是首先在二维平面上对研究区域进行格网划分（格网大小取决于DEM 的应用目的），形成覆盖整个区域的格网空间结构，然后利用分布在格网点周围的地形采样点内插计算格网点的高程值，最后按一定的格式输出，形成该地区的格网DEM （图9.1）。
9.2.3
DEM 内插方法
DE M 建立过程中的关键
环节是
根据采
样点的值内插
计算格网点上的高程
值。
它是DEM 的核心问题，贯穿于DEM
随着DEM的发展和完善，已经提出了多种高程内插方法。根据不同的分类标准，有不同的内插方法分类，例如按数据分布规律分类，有基于规则分布数据的内插方法、基于不规则分布的内插方法和适合于等高线数据的内插方法等；按内插点的分布范围，内插方法分为整体内插、局部内插和逐点内插法；从内插函数与参考点的关系方面，又分为曲面通过所有采样点的纯二维插值方法和曲面不通过参考点的曲面拟合插值方法；从内插曲面的数学性质来讲，有多项式内插、样条内插、最小二乘配置内插等内插函数；从对地形曲面理解的角度，内插方法有克立金法、多层曲面叠加法、加权平均法、分形内插等。表9.1对各种DEM内插分类方法进行了简要的总结和归纳。
本小节仅从内插点的分布范围来看，简要介绍整体内插法、局部内插法和逐点内插法。详细介绍参见第十章。
表9.1 DEM内插分类方法
整体内插是指在整个区域用一个数学函数来表达地形曲面。整体内插函数通常是高次多项式，要求地形采样点的个数大于或等于多项式的系数数目。整体内插方法有整个区域上函数的唯一性、能得到全局光滑连续的DEM、充分反映宏观地形特征等优点。但由于整体内插函数往往是高次多项式，它也有保凸性较差、不容易得到稳定的数值解、多项式系数的物理意义不明显、解算速度慢且对计算机容量要求较高、不能提供内插区域的局部地形特征等缺点。在DEM内插中，一般是与局部内插方法配合使用，例如在使用局部内插方法前，利用整体内插去掉不符合总体趋势的宏观地物特征。另外也可用来进行地形采样数据中的粗差检测。
局部分块内插是将地形区域按一定的方法进行分块，对每一分块，根据其地形曲面特征单独进行曲面拟合和高程内插。一般按地形结构线或规则区域进行分块，分块的大小取决于地形的复杂程度、地形采样点的密度和分布。为保证相邻分块之间的曲面平滑连接，相邻分块之间要有一定宽度的重叠，或者对内插曲面补充一定的连续性条件。这种方法简化了地形的曲面形态，使得每一分块可用不同的曲面表达，同时得到光滑连续的空间曲面。不同的分块单元可以使用不同的内插函数。常用的内插函数有线性内插、双线性内插、多项式内插、样条函数、多层曲面叠加法等。
逐点内插是以内插点为中心，确定一个邻域范围，用落在邻域范围内的采样点计算内插点的高程值。逐点内插本质上是局部内插，但与局部分块内插不同的是，局部内插中的分块
(N)
图9.5 地表单元坡度示意图
范围一经确定，在整个内插过程中其大小、形状和位置是不变的，凡是落在该块中的内插点，都用该块中的内插函数进行计算，而逐点内插法的邻域范围大小、形状、位置乃至采样点个数随内插点的位置而变动，一套数据只用来进行一个内插点的计算。
逐点内插法要注意两个问题，一是选择合适的内插函数，内插函数决定着DEM 精度、DEM 连续性、内插点邻域的最小采样点个数和内插计算效率。二是确定内插点邻域，内插点的邻域大小和形状、邻域内参加内插计算的数据点的个数、采样点的权重、采样点的分布、附加信息等不仅会影响到DEM 的内插精度，也影响到内插速度。逐点内插方法计算简单，内插效率较高，应用比较灵活，是目前较为常用的一类DEM 内插方法。
在建立DEM 时，要根据情况选择合适的、运算效率高的方法。而众多内插方法并不是独立的，而往往是相互结合使用，这在后续的章节里会讲到。
9.3 数字地形分析
地形分析是地形环境认知的一种重要手段，传统的地形分析是基于二维平面地图进行的。从基于纸质地图的地形分析发展到到基于数字地图的地形分析，计算机取代了大量的人工计算和绘制，地形分析的手段、功能发生了一次飞跃；可视化技术和虚拟现实技术的发展，使得建立三维实时、交互的仿真地形环境成为可能，同时也需要实现三维地形环境中的地形分析。特别是DEM 的出现和大量应用，使得从地形属性中提取各类地形参数和特征因子更加的简便和准确。
用来描述地形特征和空间分布的地形参数很多，不同的应用目的，不同的学科和领域对此的理解和分类也不同。本章将综合相关知识，着重介绍基本因子分析、地形特征提取、水文分析和可视域分析。
9.3.1 基本因子分析
本质上讲，DEM 是地形的一个数学模型，可以看成是一个或多个函数的集合。实际上许多地形因子就是从这些函数进行一阶或二阶推导出来的，也有的通过某种组合或复合运算得到。基本地形因子包括斜坡因子（坡度、坡向、坡度变化率、坡向变化率等）、面积因子（表面积、投影面积、剖面积）、体积因子（山体体积、挖填体积）和面元因子（相对高差、粗糙度、凹凸系数、高程变异等）。
本节将阐述一些常用的基本地形因子，为了方便起见，并从实际应用角度考虑，本节这些地形因子的计算都是基于格网DEM 。 1. 坡度
严格地讲，地表面任一点的坡度是指过该点的切平面与水平地面的夹角。坡度表示了地表面在该点的倾斜程度，在数值上等于过该点的地表
微分单元的法矢量n 与z 轴的夹角（如图9.5所
示），即：
Slope =
)
(n
z n
z ArcCos ?? （9.
1）
当具体进行坡度提取时，常采用简化的差分公式，完整的数学表示为：
Slope = （9.2）
式中，f x 是X 方向高程变化率，f y 是Y 方向高程变化率。
地面坡度实质是一个微分的概念，地面上每一点都有坡度，它是一个微分点上的概念，是地表曲面函数z = f(x,y)在东西、南北方向上的高程变化率的函数。实际应用中，坡度有两种表示方式（如图9.6）：
● 坡度(degree of slope)：即水平面与地形面之间夹角。
●
坡度百分比（percent slope ）：即高程增量（rise ）与水平增量（run ）之比的百分数。
拟合曲面法是解求坡度的最常用的方法。拟合曲面法，一般采用二次曲面，即在3×3的DEM 栅格分析窗口中（如图9.7）进行，每个栅格中心为一个高程值，分析窗口在DEM 数据矩阵中连续移动完成整个区域的计算工作。常用的计算f x 、 f y 的方法是三阶反距离平方权，该算法也用于ArcView 和ARC/INFO 。其计算方法为：
????
??
?---++=
---++=+-----++++-+---++++-g z z z z z z f g z z z z z z f j i j i j i j i j i j i y j i j i j i j i j i j i x 8228221,1,11,11,1,11,11,11,1,11,11,1,1 （9.3）
式（9.3），g 为格网间距。 2. 坡向
坡向定义为：地表面上一点的切平面的法线矢量n
在水
平面的投影
xoy
n 与过该点的正北方向的夹角（如表7.1中的坡向示意图所示，x 轴为
正北方向）。其数学表达公式为： )
(
Aspect x y
f f
arctg =
（9.4）
在输出的坡向数据中，坡向值有如下规定：正北方向为0°，顺时针方向计算，取值范围为0°～360°。
坡向可在DEM 数据中用式9.4直接提取。但应注意，由于式9.4求出坡向有与x 轴正向和x 轴负向夹角之分，此时就要根据f x 和f y 的符号来进一步确定坡向值（如表9.2所示
表9.2 坡向值的判断
图9.6 坡度的两种表示方法
注：上述情况假定所建立的DEM数据从南向北获取的，且x轴与正北方向重合，否则上述公式求得的坡向值，还应加上x轴偏离正北方向的夹角值。
采用这种方法求取的坡向分级比较详细，但实际应用中往往需要给予归并，在ArcView 和ArcGIS软件中，通常把坡向综合成九种坡向：平缓坡（－1）、北坡（0°- 22.5°, 337.5°- 360°）、东北坡（22.5° - 67.5°）、东坡（67.5° - 112.5°）、东南坡（112.5° - 157.5°）、南坡（157.5° - 202.5°）、西南坡（202.5° - 247.5°）、西坡（247.5° - 292.5°）、西北坡（292.5° - 337.5°）。
图9.8 原始DEM数据及实验区等高线图
图9.9 ARCVIEW软件下提取的坡度图
3. 曲率
曲率是对地形表面一点扭曲变化程度的定量化度量因子，地面曲率在垂直和水平两个方向上分量分别称为平面曲率和剖面曲率。地形表面曲率反映了地形结构和形态，同时也影响着土壤有机物含量的分布，在地表过程模拟、水文、土壤等领域有着重要的应用价值和意义。
剖面曲率是对地面坡度的沿最大坡降方向地面高程变化率的度量。数学表达式为：
2222221)(2q p q p t q pqs r p K v +++++-
=
（9.5）
平面曲率指在地形表面上，具体到任何一点P ，指用过该点的水平面沿水平方向切地形表面所得的曲线在该点的曲率值（图9.11所示）。平面曲率描述的是地表曲面沿水平方向的弯曲、变化情况，也就是该点所在的地面等高线的弯曲程度。从另一个角度讲，地形表面上一点的平面曲率也是对该点微小范围内坡向变化程度的度量。数学表达式为：
图9.10 由DEM 提取的坡向图
图9.11平面曲率示意
）
y （E ）
2222221)(2q p q p t
p pqs r q K h ++++--
=
（9.6）
曲率数学表达式中，利用离散的DEM 数据把地表曲面数学模拟为一个连续的曲面H(x,y)，x 和y 地面点的平面坐标值，H(x,y)为地面点高程值，式中其它符号所表示的意义为：
x H
p ??=
，是x 方向高程变化率； y H q ??=
，是y 方向高程变化率； 22x H
r ??=
，对高程值在x 方向上的变化率进行同方向求算变化率，即x 方向高程变化率
的变化率；
y x H s ???=
2，对高程值在x 方向上的变化率进行y 方向上求算变化率，即x 方向高程变化
率在y 方向的变化率；
22y H
t ??=，对高程值在y 方向上的变化率同方向上求算变化率，即y 方向高程变化率的
变化率。
曲率因子的提取算法的基本原理为：在DEM 数据的基础上，根据其离散的高程数值，把地表模拟成一个连续的曲面，从微分几何的思想出发，模拟曲面上每一点所处的垂直于和平行于水平面的曲线，利用曲线曲率的求算方法的推导得出各个曲率因子的计算公式。利用公式求算出每一点的曲率值的关键在于确定得出式中各个参量的值，在DEM 中求算高程的微分分量有一套独特的算法，最常用是三阶反距离平方权差分。对每一个栅格点都确定一个3×3的分析窗口，其过程如图9.12所示。利用ArcView 所提取的剖面曲率与平面曲率图如图9.13和9.14所示。
图9.12 地面曲率提取步骤流程图
ellsize
i h g c b a y y y y y y C *8)2()2('
'''''++-++=
图9.13 ArcView 提取的剖面曲率
图9.14 ArcView 提取的平面曲率
4. 宏观地形因子
地形起伏度、地形表面粗糙度与地表切割深度等地形因子是描述和反映地形表面较大区域内地形的宏观特征，在较小的区域内并不具备任何地理和应用意义。这些参数对于在宏观尺度上的水土保持、土壤侵蚀特征、地表发育、地貌分类等研究中具有重要的理论意义。基于栅格DEM 计算宏观地形因子时，关键在于确定分析半径的大小。不同地貌类型、不同分辨率的数据，计算宏观地形因子所取的分析半径大小是不一。因此，确定一个合适的分析窗口半径或分析区域，使得求取的宏观因子能够准确反映地面的起伏状况与水土流失特征，是提取算法的核心步骤和决定信息提取效果与有效性的关键。
⑴ 地线起伏度 地形起伏度是指，在所指定的分析区域内所有栅格中最大高程与最小高程的差。可表示为如下公式：
min
max H H RF i -=
(9.7)
式中，RFi 指分析区域内的地面起伏度，H max 指分析窗口内的最大高程值，H min 指分析窗口内的最小高程值。
地形的起伏是反映地形起伏的宏观地形因子，在区域性研究中，利用DEM 数据提取地形起伏度能够直观的反映地形起伏特征。在水土流失研究中，地形起伏度指标能够反映水土流失类型区的土壤侵蚀特征，比较适合区域水土流失评价的地形指标。
⑵ 地形粗糙度
地表粗糙度，一般定义为地表单元的曲面面积S 曲面与其在水平面上的投影面积S 水平之比。用数学公式表达为：
R = S 曲面 / S 水平
(9.8)
地表粗糙度能够反映地形的起伏变化和侵蚀程度的宏观地形因子。在区域性研究中，地表粗糙度是衡量地表侵蚀程度的重要量化指标，在研究水土保持及环境监测时研究地表粗糙度也有很重要的意义。
实际应用时，当分析窗口为3×3时，可采用下面近似公式求解：
R = 1/cos(S)
(9.9)
此时，基于DEM 的地表粗糙度的提取主要分为以下两个步骤：
① 根据DEM 提取坡度因子S ；
② 根据公式R = 1/cos(S) 计算地表粗糙度。
⑶ 地表切割深度
地表切割深度是指地面某点的邻域范围的平均高程与该邻域范围内的最小高程的差值。可用以下公式表示：
min
H H D mean i -=
(9.10)
式中，D i 指地面每一点的地表切割深度，H mean 指一个固定分析窗口内的平均高程，H min
指一个固定分析窗口内的最低高程。
地表切割深度直观的反映了地表被侵蚀切割的情况，并对这一地学现象进行了量化，是研究水土流失及地表侵蚀发育状况时的重要参考指标，其提取算法可参照地表起伏度的提取。
9.3.2地形特征分析
虽然地表形态各式各样，但地形点、地形线、地形面等地形结构的基本特征构成了地形的骨架，因此一般的地形特征提取主要是指地形特征点、线、面的提取，并进而通过基本要素的组合进行地表形态分析。特征地形要素的提取更多地应用较为复杂的技术方法，其中山谷线、山脊线的提取采用了全域分析法，成为数字高程模型地学分析中很具特色的数据处理内容。
1.地形特征点提取
地形特征点主要包括山顶点（peak）、凹陷点（pit）、脊点（ridge）、谷点（channel）、鞍点（pass），平地点（plane）等。利用DEM提取地形特征点，可通过一个3×3或更大的栅格窗口，通过中心格网点与8个邻域格网点的高程关系来进行判断会获取。即在一个局部区域内，用x方向和y方向上关于高程z的二阶导数的正负组合关系来判断（见表9.3）。该方法假设DEM表面为z = f(x,y),但由于真实地表与数学表面的差别，在利用该方法在DEM 上提取特征点，结果常产生伪特征点。
表9.3中的关于地形特征点的判断是在局部区
域内利用x，y方向的凹凸性判断的，该判断法十分
适合利用在DEM上判断地形特征点。在DEM中可
以利用差分的方法得到2
2
x
z
?
?
和2
2
x
z
?
?
的值。
除上述算法外，在一个3×3的栅格窗口中，也
可以直接利用中心格网点与8个邻域格网点的高程
关系来进行判断地形特征点。具体方法为：
(i,j+1)
图9.15 差分算法示意图
假设有一个如图9.10所示的3×3窗口。则：如果（Z i ，j -1 - Z i ，j ）（Z i ，j -1 - Z i ，j ）>0 （1）当Z i ，j +1> Z i ，j 则VR （i ，j ）= -1
（2）当Z i ，j +1< Z i ，j 则VR （i ，j ）= 1
i -1，j i
，j
i +1，j i ，j （3）当Z i +1> Z i ，j 则VR （i ，j ）= -1 （4）当Z i +1< Z i ，j 则VR （i ，j ）= -1
如果（1）和（4）或（2）和（3）同时成立，则VR （i ，j ）= 2 如果以上条件都不成立，则VR （i ，j ）= 0
其中，()?????
?
?-=，表示其他点，表示鞍点，表示脊点
，表示谷点，0211j i VR
2. 山脊线和山谷线提取
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
有重要的意义。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。这一特性又使得山脊线和山谷线在许多工程应用方面有着特殊的意义。
在对山脊线、山谷线的提取方法中，基于规则格网DEM 的方法是主要。从原理上来分，主要分为以下四种： （1） 基于图像处理技术的原理
因为规则格网DEM 数据事实上是一种栅格形式的数据，可以利用数字图像处理中的技术来设计算法。利用数字图像处理技术设计的算法大都采用各种滤波算子进行边缘提取。基于该原理有一种简单移动窗口的算法，其主要思路是：
① 计一个2×2窗口以对DEM 格网阵列进行扫描；
② 第一次扫描中，将窗口中的具有最低高程值的点进行标记，自始至终未被标记的点即为山脊线上的点；
③ 第二次扫描中，将窗口中的具有最高高程值的点进行标记，自始至终未被标记的点
即为山谷线上的点。
以上方法存在两个主要缺陷：
①取特征点时必须排除DEM中噪声的影响；
②特征点连接成线时的算法设计较为困难。
（2）基于地形表面几何形态分析原理
基于地形表面几何形态分析原理的典型算法就是断面极值法。其基本思想就是地形断面曲线上高程的极大值点就是分水点，而高程的极小值点就是汇水点。该方法的基本过程为：
①找出DEM的纵向与横向的两个断面上的极大、极小值点，作为地形特征线上的备选点；
②根据一定的条件或准则将这些备选点划归各自所属的地形特征线。
这种算法存在两个主要缺陷：
①由于这种方法对地形特征线上的点的判定与其所属的地形特征线的判定是分开进行的，在确定地形特征线时，全区域采用一个相同的曲率阈值作为判定地形特征线上点的条件。因此它忽略了每条地形特征线必然存在的曲率变化现象。当阈值选择较大时，会丢失许多地形特征线上的点，导致后续跟踪的地形特征线间断且较短；如果选择过小，会产生地形特征线上点的误判，给后续地形特征线的跟踪带来困难。
②由于该方法只选择纵、横两个断面来去确定高程变化的极值点，因此它所确定的地形特征线具有一定的近似性，与实际的地形特征线有一定的差异，有时候还会出现遗漏。
（3）基于地形表面流水物理模拟分析原理的算法
这种算法的基本思想是：按照流水从高至低的自然规律，顺序计算每一栅格点上的汇水量，然后按汇水量单调增加的顺序，由高到低找出区域中的每一条汇水线。根据得到的汇水线，通过计算找出各自汇水区域的边界线，就得到了分水线。
算法采用了DEM的整体追踪分析的思路与方法，分析结果具有系统性好，还便于进行相应的径流成因分析，但是，该方法也存在以下两个明显的缺陷：
①由于该算法所计算的汇水量与高程有关，计算的结果必然是高程值大的地形特征线上的点的汇水量小，高程值小的地形特征线上的点的汇水量大。因此，可能导致低处非地形特征线上的点的汇水量也较大而被误认为地形特征线上的点；而位于高处的地形特征线上的点会因为汇水量小而被排除；这就造成用该算法所确定的地形特征线（汇水线）的两端效果很差。
②由于该算法降格汇水区域的公共边界视为分水线，因此它所确定的分水线均为闭合曲线，这与实际的地形特征线（山脊线）不符。
（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
由于基于地形表面几何形态分析原理和基于地形表面流水物理模拟的算法均存在一定的缺陷，因此可将两者结合起来以实现地形特征线的提取。这种算法的基本思路是：首先采取较稀疏的DEM格网数据，按流水物理模拟算法去提取区域内概略的地形特征线；然后用其引导，在其周围邻近区域对地形进行几何分析，来精确的确定区域的地形特征线。
这一算法的关键在于：求出已提取的概略的地形特征线与DEM格网线的交点，在该交点附近的一个小区域内，对DEM数据进行几何分析，即找出该区域内与概略的地形特征线正交方向地形断面上高程变化的极值点，该点即为地形特征线的精确位置。这一算法的基本过程可归纳为：①概略DEM的建立；②地形流水物理模拟；③概略地形特征线提取；④地形几何分析；⑤地形特征线精确确定。
（5）平面曲率与坡位组合法
即首先利用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。该种方法提取的山脊、山谷的宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方法简便效果好。
9.3.3
流域分析
1. 流域定义
降水汇集在地面低洼处，在重力作用下经常或周期性地沿流水本身所造成的槽形谷地流动，形成所谓的河流。河流沿途接纳很多支流，水量不断增加。干流和支流共同组成水系。每一个河流或每一个水系都从一部分陆地面积上获得补给，这部分陆地面积就是河流或水系的流域，也就是河流或水系在地面的集水区。把两个相邻集水区之间的最高点连接成的不规则曲线，就是两条河流或水系的分水线，因此，流域也可以说是河流分水线以内的地表范围。高程格网和栅格数据运算用于流域分析，以获取流域和河网等在水文过程中非常重要的地形要素。 2. 流域提取
在格网DEM 实现流域地形分析，需要顺序执行如下的步骤：
第一步：DEM 洼地填充。由于数据噪音、内插方法的影响，DEM 数据中常常包含一些“洼地”，“洼地”将导致流域水流不畅，不能形成完整的流域网络，因此在利用模拟法进行流域地形分析时，要首先对DEM 数据中的洼地进行处理。填充洼地最常用的方法是之一是把 其单元值加高至周围的最低单元值。
第二步：水流方向确定（flow direction ）。水流方向是指水流离开格网时的流向。流向确定目前有单流向和多流向两种，但在流域分析中，常是在3 3局部窗口中找出八个周边单元中一个最陡的坡度在流域分析中（如图9.19），水流方向矩阵是一个基本量，这个中间结果要保存起来，后续的几个环节都要用到水流方向矩阵。
图9.17 DEM 提取的山脊线
图9.18 DEM 提取的山谷线
原始
DEM
与中心格网高差中心单元流向图9.19 3?3窗口中心单元流向确定
第三步：水流累积矩阵生成（flow accumulation）。水流累积矩阵是指流向该格网的所有的上游格网单元的水流累计量（将格网单元看作是等权的，以格网单元的数量或面积计），它是基于水流方向确定的，是流域划分的基础。流水累计矩阵的值可以是面积，也可以是单元数，取决于具体的软件，如ArcView中采用的是格网单元数。两者之间的关系是面积= 格网单元数目?单位格网面积。
无洼地DEM、水流方向矩阵、流水累计矩阵是DEM流域分析的三个基础矩阵。
第四步：流域网络提取（stream networks）。流域网络是在水流累计矩阵基础上形成的，它是通过所设定的阈值，即沿水流方向将高于此阈值的格网连接起来，从而形成流域网络。
9.3.4可视性分析
可视性分析也称通视分析，它实质属于对地形进行最优化处理的范畴。比如设置雷达站、电视台的发射站、道路选择、航海导航等，在军事上如布设阵地(加炮兵阵地、电子对抗阵地)、设置观察哨所、铺架通信线路等。
可视性分析的基本因子有两个，一个是两点之间的通视性，另一个是可视域，即对于给定的观察点所覆盖的区域。
1.判断两点之间的可视性的算法
基于栅格DEM判断两点间通视有多种算法，常用的主要有以下两种。
（1）比较常见的一种算法基本思路如下
①确定过观察点和目标点所在的线段与XY平面垂直的平面S；
②求出地形模型中与平面S相交的所有边；
③判断相交的边是否位于观察点和目标点所在的线段之上，如果有一条边在其上，则
察点和目标点不可视。
（2）另一种算法是“射线追踪法”
这种算法的基本思想是对于给定的观察点V和某个观察方向，从观察点V开始沿着观察方向计算地形模型中与射线相交的第一个面元，如果这个面元存在．则不再计算。显然这种力法既可用于判断两点相互间是否可视，又可以用于限定区域的水平可视汁算。
A′
图9.21 A—A′两点间的通视剖面图
（深色实线条为可视区，浅色虚线为不可视区）
在ArcView中分析某区域内A与A’两点间的通视情况，在观察点到目标点之间将会出现一条视线，其中可视的部分为浅色，不可视的部分为深色（如图9.20）。同时，ArcView
A′
图9.20 A-A′间的通视情况示意
会自动绘出A—A′两点间的通视剖面图（如图9.21）。
2.计算可视域的算法
基于规则格网DEM的可视域算法在G1S分析中应用较广。在规则格网DEM中，可视域经常是以离散的形式表示，即将每个格网点表示为可视或不可视，这就是“可视矩阵”。
计算基于规则格网DEM的可视域，一种简单的方法就是沿着视线的方向，从视点开始到目标格网点，计算与视线相交的格网单元(边或面)，判断相交的格网单元是否可视，从而确定视点与目标视点之间是否可视。显然这种方法存在大量的冗余计算。总的来说，由于规则格网DEM的格网点一般都比较多，相应的时间消耗比较大。针对规则格网DEM的特点，比较好的处理方法是采用并行处理。
在ArcView中分析在某区域内基于观察点的可视范围如图9.22所示。可视区分析不仅显示了在一个区域内从一个或多个观察点可以观察到的区域范围，而且显示了对于一个可视位置，有多少观察点可以看到此位置。在输出的Viewshed数据中，可视的栅格赋值为1（灰色），不可视的栅格赋值为0（透明）。
图9.22 可视区分析
用 gis 做地形分析 一、准备工作： 1．拥有授权过（破解过的）ArcGis10.0 软件； 2．拥有一个DWG 文件（其中需要有高程点的图层）； 3．认真按照这个文章的步骤做； 4．参照以上三点。 二、含高程点DWG 文件准备 2．随意找到一个高程点，仔细观察CAD软件左下角的Z 坐标是否为0，不为0，且有 一定的数值，则请看第三步。 如果没有Z 坐标的值，则看下面的红色字体。 因为这次选用的CAD 文件的高程点是没有值的，所以要利用湘源控规飞时达来解决这个问题，下面分别进行介绍。 （1）打开飞时达，打开有高程点的CAD文件，除了高程点图层，在图层管理器中关闭其他所有的图层。使用飞时达的“地形——高程点转换——输入最小有效高程值〈不限制〉——输入最大有效高程值〈不限制〉——选择一个高程点——该图元已有标高，是否直接采用〈Y〉——是否生成标高文字〈N〉——转换同类型图元〈A〉——确定”。 1．首先，找到你需要分析高程（坡度、坡向等）的DWG 源文件。打开 后， 如图所 示。
（2）打开湘源，打开有高程点的CAD 文件，除了高程点图层，在图层管理器中关闭其他所有的图层。使用湘源的“地形——字转高程——标高最低值0——标高最高值100 是否过滤小数点选择1——框选所有高程点——确定”。 按照这个步骤后，我们可以看到所有的高程点的Z 值已经生成了。 将转好高程值的DWG 文件，放至“文档——ArcGis 文件夹”。 gis 要用到的文件夹和文件一定不能用汉字命名，作者经 此外，尽量在磁盘根目录下新建文件夹用来进行GIS分3．打开GIS软件（ArcMap ）。如图所示： 4．打开GIS后，先确认你的Spatial 模块是否开启。 点击“自定义——扩展模块”，检查里面的spatial analyst 是否开启，作者为了方便，全部都勾选了，反正不影响系统速度。如图所示： PS：请大家养成好习惯，所 有常碰到错误是因为这类习惯造 成的，析，因为这样好找。
第11章地形分析 数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM），是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM是数字地形模型（Digital Terrain Model，简称DTM）的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生，如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性。DEM还可以计算地形特征参数，包括山峰、山脊、平原、位面、河道和沟谷等。 建立DEM的方法有多种。按数据源及采集方式主要有：（1）直接从地面测量，例如用GPS、全站仪、野外测量等；（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如立体坐标量测仪观测及空三加密法、解析测图、数字摄影测量等；（3）从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集，然后通过内插生成DEM等方法。DEM 的内插方法很多，常用的有整体内插、分块内插和逐点内插三种。 下表对比了几种创建DEM的主要方法。 i 要想快速的获取大范围的DEM数据，卫星遥感是一种较好的方法。随着卫星传感器的飞
速发展，获取的DEM精度越来越高。如目前商业卫星最高分辨率的米GeoEye-1，在使用高质量控制资料时，垂直精度的中误差可达到米，可满足1:5000的地图比例尺生产。可以立体成像的卫星主要有ASTER，ALOS PRISM，CARTOSAT-1，FORMOSAT-2，IKONOS，KOMPSAT-2，OrbView-3，QuickBird，RapidEye，GeoEye-1，WorldView-1/2，SPOT 5/6，Pleiades，以及国产的资源三号、资源一号02C星、天绘卫星等。 由于DEM描述的是地面高程信息，它在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、军事等国民经济和国防建设，以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。例如在工程建设上，可用于土方量计算、通视分析等；在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析，包括汇水区分析、水系网络分析、降雨分析、蓄洪计算、淹没分析等的基础；在无线通讯上，可用于蜂窝电话的基站分析等。DEM还广泛用于生产地图产品，如等高线地图、正射地图等。在遥感应用方面，DEM用于制图、正射校正和土地利用分类；还可用于高速公路和铁路的规划中。 地形建模 地形菜单 的Topographic （地形）菜单可以对DEM数据进行打开、分析和输出等操作。 图地形菜单
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、实验准备 软件准备：ArcGIS Desktop -----ArcMap(3D分析模块---3D Analyst) 实验数据：矢量图层：高程点Elevpt_Clip.shp，等高线Elev_Clip.shp，边界Boundary.shp，洱海Erhai.shp，移动基站.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（Insert---Data Frame） (1)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） (2)激活“3D Analyst”扩展模块（执行菜单命令[Tools]>>[Extensions扩展]，在出现的对 话框中选中3D分析模块---3D Analyst），在工具栏空白区域点右键打开[3D Analyst] 工具栏 (3)执行工具栏[3D Analyst]中的菜单命令[3D Analyst]>>[Create/Modify TIN创建/修改 TIN]>>[Create TIN From Features从要素生成TIN]； (4)在对话框[Create TIN From Features]中定义每个图层的数据使用方式； 在[Create TIN From Features]对话框中，在需要参与构造TIN的图层名称前的检查框上打上勾，指定每个图层中的一个字段作为高度源（Height Source），设定三角网特征输入（Input as）方式。可以选定某一个值的字段作为属性信息（可以为None）。即勾选elevpt Clip：高度源（height resource）：ELEV；三角网作为（triangulate as）：mass points；标识之字段（tag value field）：none。勾选elev Clip，高度源（height resource）：ELEV；三角网作为（triangulate as）：mass points；勾选Boundary，三角网作为（triangulate as）：soft clip，其余不变，勾选ErHai，高度源（height resource）：ELEV；三角网作为（triangulate as）：hard replace；标识之字段（tag value field）：none。
第9章 DEM 与数字地形分析 数字地面模型于1958年提出，特别是基于DEM 的GIS 空间分析方法的出现，使传统的地形分析方法产生了革命性的变化，数字地形分析方法逐步形成和完善。目前，基于DEM 的数字地形分析已经成为GIS 空间分析中最具特色的部分，在测绘、遥感及资源调查、环境保护、城市规划、灾害防治及地学研究各方面发挥越来越重要的作用。本章首先介绍了数字高程模型的基本概念和建立步骤，然后从基本坡面因子、特征地形因子、水文因子和可视域等方面简述数字地形分析的主要内容和研究方法。 9.1 基本概念 9.1.1 数字高程模型 数字高程模型（Digital Elevation Model ，简称DEM ）是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表示），它是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟。由于高程数据常常采用绝对高程（即从大地水准面起算的高度），DEM 也常常称为DTM （Digital Terrain Model ）。“Terrain”一词的含义比较广泛，不同专业背景对“Terrain”的理解也不一样，因此DTM 趋向于表达比DEM 更为广泛的内容。 从研究对象与应用范畴角度出发，DEM 可以归纳为狭义和广义两种定义。从狭义角度定义，DEM 是区域表面海拔高程的数字化表达。这种定义将描述的范畴集中地限制在“地表”、“海拔高程”及“数字化表达”内，观念较为明确。从广义角度定义，DEM 是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。这是随着DEM 的应用不断向海底、地下岩层以及某些不可见的地理现象（如空中的等气压面等）延伸，而提出的更广义的概念。该定义将描述对象不再限定在“地表面”，因而具有更大的包容性，有海底DEM 、下伏岩层DEM 、大气等压面DEM 等。 数学意义上的数字高程模型是定义在二维空间上的连续函数),(y x f H =。由于连续函数的无限性，DEM 通常是将有限的采样点用某种规则连接成一系列的曲面或平面片来逼近原始曲面，因此DEM 的数学定义为区域D 的采样点或内插点Pj 按某种规则ζ连接成的面片M 的集合： } ,,1,,1,),,()({m i n j D H y x P P M DEM j j j j j i ==∈==ζ （9.1） DEM 按照其结构，可分为规则格网DEM 、TIN 、基于点的DEM 和基于等高线的DEM 等。由于规则格网结构简单，算法设计明了，在实际运用中被广泛采用。本书中的DEM 仅指规则格网DEM 。 9.1.2 数字地形分析 数字地形分析（Digital Terrain Analysis, DTA ），是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。DTA 技术是各种与地形因素相关空间模拟技术的基础。
GIS教程——地形分析
1 实验六地形显示分析 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。通过本次实验的学习，我们 应： 1、加深对TIN 建立过程的原理、方法的认识； 2、熟练掌握ArcGIS 中建立DEM、TIN 的技术方法； 3、掌握根据DEM 或TIN 计算坡度、坡向的方法； 4、结合实际，掌握应用DEM 解决地学空间分析问题的能力。 二、实验准备 软件准备：ArcGIS Desktop 8.3——ArcMap（3D 分析模块） 实验数据：矢量图层——高程点Elevpt_Clip.shp、高程Elev_Clip.shp、边界Boundary.shp、洱海Erhai.shp、移动基站 预备知识： 不规则三角网TIN（Triangulated Irregular Network）是利用有限离散点，每三 个最邻近点联结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程， 可计算平面内各点高程值。 数字高程模型DEM（Digital Elevation Model）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。利用DEM 可以进行坡度计算、坡向分析、曲面面积计算、地表粗糙 度计算、高程及变异分析、谷脊特征分析、日照强度分析及淹没边界的计算等。 三、仪器设备 微型电子计算机一台、ArcGIS Desktop 8.3 软件一套 四、实验步骤 1、TIN 及DEM 的生成 2、DEM 的应用 五、实验过程 地形显示分析部分的练习会用到三维分析扩展模块，要使用三维分析模块， 首先在ArcMap 中执行菜单命令Tools（工具）→Extensions（扩展），在扩展模块
合肥工业大学 资源与环境工程学院 《地理信息系统概论》实验报告 实验四 姓名：谭远富 学号： 专业 : 地信09-2班 任课教师 : 赵萍 数字地形分析 一、实验目的 1. 理解DEM和TIN结构，掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法 2. 掌握利用ArcGIS进行数字地形分析的方法及应用能力 二、实验材料 软件：ArcGIS Desktop ---ArcMap（3D分析模块），实验数据：文件夹ex4 三、实验内容及步骤 第1步TIN及DEM 生成 在ArcMap中新建一个地图文档，添加矢量数据：Elevpt_Clip、Elev_Clip、Boundary、Erhai 激活“3D Analyst”扩展模块，在工具栏空白区域点右键打开“3D Analyst” 工具 执行工具栏[3D Analyst]中的菜单命令[创建/修改TIN]>>[从要素生成TIN] ； 在对话框[从要素生成TIN中]中定义每个图层的数据使用方式： 在[从要素生成TIN中]对话框中，在需要参与构造TIN的图层名称前的检查框上打上勾，指定每个图层中的一个字段作为高度源（Height Source），设定三角网特征输
入（Input as）方式。可以选定某一个值的字段作为属性信息（可以为None）。在这里指定图层“Erhai”的参数“三角网作为”指定为“硬替换”，其它图层参数使用默认值即可。 生成新的图层tin，在“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。 打开Arctoolbox执行[3D Analyst]中的命令[TIN转栅格]，指定相关参数：属性：“高程”，像素大小：50，输出栅格的位置和名称：“TinGrid” 确定后得到DEM数据“TinGrid”，其中，每个栅格单元表示50m×50m的区域。第2步TIN的显示及应用 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“边界类型”和“高程”前面检查框中的勾去掉，点击“添加”按钮。 在“添加渲染器”对话框中，将“具有相同符号的边”和“具有相同符号的节点”这两项添加到TIN的显示列表中。 将TIN图层局部放大，认真理解TIN的存储模式及显示方式。 第3步TIN转换为坡度多边形 参考上一步操作，将“具有分级色带的表面坡度”和“具有分级色带的表面坡向”这两项添加到TIN的显示列表中 打开tin的属性对话框，选中坡度，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： 图层“tin”进行坡度渲染渲染的效果如下图所示： 执行[3D Analyst]工具栏中的命令[TIN转换为要素]，如图所示： 查看矢量图层：中要素属性表，如图所示： 第4步TIN 转换为坡向多边形 参照以上步骤，得到坡向多边形图层，其属性AspectCode的数值（-1,1,2,3,4,5,6,7,8,9）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)，其中1,9 是相同的可以合并为1。 第5步由DEM提取坡度： 加载中前面得到的DEM数据：tingrid 。 打开“3DAnalyst”工具栏，执行[坡度]命令，参照下图所示，指定各参数，点击“确定”后得到坡度栅格Slope_tingri1，其栅格单元的值在0~90度间 变化。 第6步由DEM提取坡向： 关闭“Slope_tingri1”的显示，执行菜单命令：[3DAnalyst]>>[坡向]，按下图所示，指定各参数，得到坡向栅格“Aspect_tingr1”。 第7步提取等高线 加载DEM数据“tingrid”，打开Arctoolbox，执行命令：[3D Analyst工具]>>[栅格表面]>>[等值线]，按下图所示指定各参数，生成等高线图层：“Contour_tingrid1”。 第8步计算地形表面的阴影图 在上一步基础上进行，打开“3D Analyst工具”，执行[山体阴影]命令，按下图
一.做地形分析：等高线必须是有高程的才行。但是很多情况下地形图中的地形线都没有高 程，那就需要在香源中进行转换，步骤如下： 1. 地形工具---字转高程---然后框选地形图中的所有高程数据，回车； 2. 地形工具---地表分析---三角剖分—回车后会生成三角网格线（红色的线条）； 3. 地形工具---地表分析---等高线图—根据地形和高差大小选择等高线高程间距； 4. 将生成好的等高线用原基点复制粘贴命令重新保存个只有一个等高线图层的CAD文件。 备注：如果向前面提到的：等高线有高程的话，也需要1.2.3.的操作生成等高线后，用香源的默认等高线图层将原地向等高线刷下（因为香源生的等高线不圆滑，后面的效果就不好看了；如果原来等高线有高程那么直接刷下图层就好，这样的等高线圆滑些。） GIS文件不能移动，否则就打不开了。所以之前就把文件都固定在一个地方。 二. 打开MapInfo Professional 9.0，页面如下： 1.点：Tools 工具栏——Universal Translator——Universal Translator，出现如下对话框：
2. 下面要进行2次格式转换： 一是DWG文件转成TAB文件如图：
二是TAB文件转成Shape（也就是GIS的文件了）文件如图： 转换完成。 三. 打开GIS （其中还要装个附带软件：ArcView_3D_Analyst_1.0） 1. 工具栏：file——extensions——选择3D Analyst ——OK！ 2. 工具栏：View——Add Theme 出现对话框选择文件； 3. 工具栏：Surface——Create TIN from Features出现对话框，直接OK，——出现Output TIN Name 保存文件的对话框；选择文件保存（保存的文件不可移动，否则打不开）。 之后就生成了高程图，双击它可进行编辑。 4. 工具栏：Surface 下拉菜单中还有Slop ，Hillshade等工具，可逐一点击生成坡度坡向等图纸。 图纸输出 5. 工具栏：file——export ，在左下角选择EPS格式，保存即可。 OVER , THANKS ! ——TO 管 09.10.08——00：18
第一章数字地面模型概述 1.概念解析：数字高程模型、数字地面模型、4D产品 数字地面模型是描述地面诸特征空间分布的有序数值阵列。在最通常的情况下所记的地面特征是高程Z，它的空间分布由X，Y水平坐标系统来描述，也可用经纬度来描述海拔H的分布。上述高程或海拔分布的数字地面模型又称为数字高程模型，以区别于描述其他地面特性的数字地面模型。数字地面模型可以是每三个三维坐标值为一元组的散点结构，也可以是由多项式或傅里叶级数确定的曲面方程，特别值得注意的是：数字地面模型可以包括除等高线以外的诸如地价，土地权属，土壤类型，岩层深度以及土地利用等其他地面特性信息的数字数据 基础地理信息数字产品(或称数字测绘产品)的四种基本模式（4D产品） 2.古往今来，人类一直在寻求如何描述周围及其大区域范围的地形地貌形态及其地表现象的有效表达方式，它们分别是？ 绘图方式地图与地形图实物模型摄影术遥感技术数字地形表达 3.地图上表示地貌的具体要求是什么？ 便于确定地面上任意一个地面点的高程 便于判断地面的坡向，坡度和量测其坡度 便于清楚地识别各种地貌的类型、形态特征、分布规律和相互关系，量测其面积和体积 4.地形图的立体表示有哪几种表现手段？ 写景法地貌晕滃法地貌晕渲法分层设色法 5.数字地形表达的方式可分两大类：数学描述和图像描述。使用傅立叶级数和多项式来描述地形是常用的数学描述方式。规则格网、不规则格网、等高线、剖面图等是图像描述的常用方式 6.数字高程模型、数字地貌模型与数字地面模型之间的关系，看图说明。 数字高程模型派生出数字地貌模型，数字地貌模型纳入数字地面模型 而数字地面模型包括数字地貌模型和非地貌地面特性的数字地面模型 7.数字地面模型描述地表的优点 容易以多种形式显示地形信息。地形数据经过计算机处理后，产生多种比例尺的地形图、纵横断面图和立体图 精度不会损失 容易实现自动化、实时化 8.基础地理信息数字产品(或称数字测绘产品)的四种基本模式（4D产品）。 数字正射影象图DOM（Digital Orthophoto Map) 数字高程模型DEM（Digital Elevation Model) 数字栅格地图DRG(Digital Raster Graphic) 数字线划地图DLG（Digital Line Graphic) 9.“DEM已经成为独立标准的基础产品，越来越广泛地用来代替传统地形图中等高线对地形的描绘。”如何理解上面的描述（从地形表达手段的技术发展历程及当前的进展入手）？
基于ArcGIS下的地形分析报告 —以寨场山森林公园的地形为例 1.整理CAD 根据要求，只要对寨场山森林公园整个地形中的红线范围里面的部分进行分析，为了保持红线内的内容清晰、完整，同时节约内存和空间，因此要删除红线外的部分，隐藏或者删除不必要的其他图层。然后把红线删除，并对边缘等高线做细微的调整，使最后出图边缘保持平滑（如图1、图2）。另外要注意的一点是，保证所有等高线都是闭合的，再将调整完后的图复制到新的文件或者写块，这样是防止CAD图导入ArcGIS后出现其他图层的内容。本次分析只需要等高线和高程点所在图层。 图1 CAD原图图2 调整后的CAD图 2.定义坐标系统 打开ArcCatalog10.2—链接到文件—右击命名为dixing01.dwg的文件—属性—编辑—选择地理坐标系—Afraca—北京1954—确定（如图3）。然后新建个人
图3 定义坐标 地理数据库，右击CAD文件—导出—转出至地理数据库，输入要素和选择输出 的地理数据库文件，再保存为mdb文件（如图4）。 图4 保存至地理数据库 3.导入CAD图 打开ArcGIS的ArcMap界面，（本文用的是Arcgis10.2版本），点击菜单 栏“窗口”—“目录”，点击带“加号”的文件夹创建文件夹链接（如图5）， 找到CAD所属文件夹，添加刚整理过的名为dixing01.dwg的文件,前提是要把该
图5 文件夹链接 CAD文件存放的文件夹以及文件名要用英文名，不能用汉字。 CAD导入Arcgis以后有annotation、multipatch、point、polygon、polyline 五种要素（如图6），分别右击我们所需要的point点、polyline线文件，右键， 图6 目录 “导出”—“转为shapefile(单个）”，输出为shp格式文件（如图7）。输出位置就是文件保存的地方，输出要素是文件名，字段映射选择“Layer(文本）”，
用gis做地形分析 一、准备工作： 1．拥有授权过（破解过的）ArcGis10.0软件； 2．拥有一个DWG文件（其中需要有高程点的图层）； 3．认真按照这个文章的步骤做； 4．参照以上三点。 二、含高程点DWG文件准备 1．首先，找到你需要分析高程（坡度、坡向等）的DWG源文件。打开后，如图所示。 2．随意找到一个高程点，仔细观察CAD软件左下角的Z坐标是否为0，不为0，且有一定的数值，则请看第三步。 如果没有Z坐标的值，则看下面的红色字体。 因为这次选用的CAD文件的高程点是没有值的，所以要利用湘源控规\飞时达来解决这个问题，下面分别进行介绍。 （1）打开飞时达，打开有高程点的CAD文件，除了高程点图层，在图层管理器中关闭其他所有的图层。使用飞时达的“地形——高程点转换——输入最小有效高程值〈不限制〉——输入最大有效高程值〈不限制〉——选择一个高程点——该图元已有标高，是否直接采用〈Y〉——是否生成标高文字〈N〉——转换同类型图元〈A〉——确定”。 （2）打开湘源，打开有高程点的CAD文件，除了高程点图层，在图层管理器中关闭其他所有的图层。使用湘源的“地形——字转高程——标高最低值0——标高最高值100——是否过滤小数点选择1——框选所有高程点——确定”。 按照这个步骤后，我们可以看到所有的高程点的Z值已经生成了。 将转好高程值的DWG文件，放至“文档——ArcGis文件夹”。 PS：请大家养成好习惯，所有gis要用到的文件夹和文件一定不能用汉字命名，作者经常碰到错误是因为这类习惯造成的，此外，尽量在磁盘根目录下新建文件夹用来进行GIS分析，因为这样好找。 3．打开GIS软件（ArcMap）。如图所示：
ARCGIS地形分析步骤 TIN数据结构：Triangulated Irregular Network（不规则三角网）的缩写 在GIS中常用的储存曲面的一种数据结构。通常用于数字地形的三维建模和显示。它能根 据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程由连续的三角面组成，三 角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的密度和位置，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征。 Digital Elevation Model，缩写DEM，是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其 高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体 模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态 的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息。 一、数据处理 GIS和CAD有很多相同点，也有很多不同点。 最大的区别就是GIS的属性库结构复杂，功能强大，二CAD的图形功能特别是三维图形 功能强，属性库功能相对较弱。GIS采用的是地理坐标系，而CAD则是空间坐标系，所以 在保存和管理数据的时候，GIS所存储的数据包含了许多地学方面的特性，包括空间位置，投影方式等。故而我们在利用CAD数据进行分析的时候需要进行数据处理，方能进行需 要的分析操作。 数据处理包括坐标系统转换（如果没有要求，可以不用进行转换，因为地块小的话，作分 析时误差不会很大。），修剪，拼接等。以此图为例： 1
2 对指定地块进行地形分析，我们只需保留一个地形图层即可，其他的所以图层都要关闭。然后保存。 接下来就是裁剪和补充： 将框外的数据剪掉，然后补充一个能够覆盖整个将要分析的对象的面域。 （由于这个地块很小，所以在导入ARCGIS 之前，无需进行系统坐标的定义，误差不会很大。） 二、导入ARCGIS 在ArcMap 中新建一个地图文档 （1）添加CAD 数据：
浅谈GIS地形分析 GIS即地理信息系统，全称是Geographic information system。在建筑、规划和景观设计领域，GIS分析重在解决四个问题，也就是常见的高程分析图、坡度分析图、坡向分析图和适宜性分析图4张图。现选定桐庐县富春江边的某一地块作为分析对象，借助ArcMap10.2的新平台，在此向大家展示一下其强大的分析成果。 高程分析图向我们呈现非常直观和立体感深厚的山体顶视图，为了表达出明显的渐变效果，特意选同一色相的不同饱和度，表示高程的图例一般需要5-8个层级，最多10个，10个以上则没有必要，5个以下则无法表现山体的高度感，本案选8个层级。范围内整体地势东西高，中间低，这主要是由于富春江由南至北流经此处，江的西侧和东侧都是连绵不断的群山，实际上，元朝画家黄公望的经典作品《富春山居图》所描绘的，就是桐庐这一带的山水风貌。如图，最高点位于东南侧的山顶，最低点即为富春江的河床，地势高差最大接近500米。值得注意的是，图例中的高程数值是相对值，不是海拔高度。 坡度分析图 依据《城市用地竖向规划规范（CJJ83-99）》和《城市居住区规划设计规范（GB50180-93）》等规划设计标准与技术规范可知，坡度在8%以下的用地适宜建设道路，工业和仓储用地的坡度控制在10%以内，居住用地的坡度控制在25%以内，公共设施用地的坡度控制在20%以内。在坡度分析图上，图例选择4个层级，分别是0%-8%、8%-15%、15%-25%和25%-90%，坡度在25%以上的用地不建议开发使用，或作景观绿化使用。本案中，大部分用地的坡度都超过25%，坡度在25%以内的相对平缓的用地较少，主要集中在江边一带，另有少量在山顶处。 一般来说，用地坡度在8%以下的区域地势平缓，可直接开发利用，适宜道路与建筑建设。坡度在8%-15%之间的区域也可以建设，但应结合地形，需要一定的填挖处理和地形改造工程，坡度在15%-25%之间的区域，可以将局部的陡坎进行填挖改造，加以利用。坡度在25%以上的区域，地势陡峭，不适宜建设。
南北美洲三角的西端，都有北南走向的山脉。山脉面积大约占总面积的三分之一， 其余的三分之二在东部，是一块大平原。平原被两座低矮的山脉把它与大海隔离 开来。在北美洲，是拉布拉多山和阿巴拉契亚山；南美洲则是圭亚那山脉和巴西 高原。 房龙横看成岭侧成峰，远近高低各不同。 苏轼 第九章数字地形模型（DTM）与地形分析 导读：DEM和DTM主要用于描述地面起伏状况，可以用于提取各种地形参数，如坡度、坡向、粗糙度等，并进行通视分析、流域结构生成等应用分析。因此，DEM 在各个领域中被广泛使用。 DEM可以有多种表达方法，包括网格、等高线、三角网等，本章同时介绍了这些表达方法之间的相互转换算法，如由三角网生成等高线，网格DEM生成三角网等等。 1．概述 数字地形模型（DTM, Digital Terrain Model）最初是为了高速公路的自动设计提出来的（Miller，1956）。此后，它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制。在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图以及地图的修测。在遥感应用中可作为分类的辅助数据。它还是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。在军事上可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。对DTM的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集、DTM的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及不规则三角网DTM的建立与应用等。 1．1 DTM和DEM 从数学的角度，高程模型是高程Z关于平面坐标X，Y两个自变量的连续函数，数字高程模型（DEM）只是它的一个有限的离散表示。高程模型最常见的表达是相对于海平面的海拔高度，或某个参考平面的相对高度，所以高程模型又叫地形模型。实际上地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。 数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）。高程是地理空间中的第三维坐标。由于传统的地理信息系统的数据结构都是二维的，数字高程模型的建立是一个必要的补充。DEM通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。在地理信息系统中，DEM是建立DTM的基础数据，其它的地形要素可由DEM直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向。
学生实验报告 学院专业年级、班 学号姓名同组者无 课程名称地理信息系统实验题目地形分析成绩 一、实验目的： 掌握在ArcGIS 10.2软件的地形分析功能。 二、实验准备： 学习在ArcGIS 10.2加载栅格数据，设置栅格空间分析属性，以及利用Spatial Analyst Tools工具集下的Surface工具子集或3D Analyst Tools工具集下的Raster Surface提供的功能提取地形因子，包括表面积、体积、坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率、山体阴影、等高线、填挖类型及范围、可视范围和剖面线。并利用Neighborhood Statistics和栅格计算器分别计算地形起伏度和地表粗糙度。 三、实验内容： 利用提供的DEM数据提取该区域的表面积、体积、坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率、山体阴影、等高线、曲面面积、地形起伏度、地表粗糙度，并计算观测点的可视范围和道路的剖面线。 四、实验过程及步骤： 1、插入DAM数据：
2、提取DAM数据的表面积和体积： 在ArcToolbox下选择3D Analyst Tools，单机Functional Surface选择Surface V olume。输入dam 栅格数据，指定输出位置，单机确定按钮，得到如下数据： 3、坡度： 在ArcToolbox中选择Spatial Analyst Tools，然后选择Raster Surface下的Slope工具，打开后在输入栏插入DAM数据，指定输出位置，单击确定按钮。 4、坡向: 在ArcToolbox中选择Spatial Analyst Tools然后选择Surface栏下Aspect工具打开坡向添加工具，在输入栏中添加DAM数据，指定存放位置，单击确定按钮。
实验五数字地形分析 1.实验目的 掌握基本地形因子计算、地形特征提取的基本方法和步骤，并进行不同类型地形因子的统计。 2.实验数据 ＤＥＭ数据 3.实验步骤 打开ArcMap，并打开dem数据。 １.坡度的提取 1）空间分析模块中的坡度提取 加载ＤＥＭ数据和空间分析模块；Spatial Analyst Tools→surface→slope,打开相应的对话框；通过设置不同的输出像元大小，可以得到不同的坡度提取图。
2）三维分析模块中的坡向提取 3D Analysist→Raster surface→slope,打开相应的对话框；通过设置不同的输出像元大小，可以得到不同的坡度提取图。
2.坡向的提取 1）空间分析模块中的坡向提取 加载ＤＥＭ数据和空间分析模块；Spatial Analyst Tools→surface→aspect,打开相应的对话框；通过设置不同的输出像元大小，可以得到不同的坡度提取图。
2）三维分析模块中的坡向提取 3D Analysist→Raster surface→aspect,打开相应的对话框；通过设置不同的输出像元大小，可以得到不同的坡度提取图。 3. 计算表面阴影3D Analysist→surface→Hillshade，需要设置太阳方位角和太阳高度角，设定高程转换系数，指定输出栅格单元的大小， 指定输出路径好和文件名。
4.山脊线、山谷线的提取 1）加载原始ＤＥＭ数据；ArcToolbox→Spatial Analyst Tools→Hydrology； 2) 洼地填充：Hydrology→Fill，进行原始DEM的洼地填充。在Input surface raster 文本框中选择原始DEM数据，将输出数据命名为filldem,Zlimit取默认值，即填充所有洼地。
G I S地形分析方法步骤-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
一.做地形分析：等高线必须是有高程的才行。但是很多情况下地形图中的地 形线都没有高程，那就需要在香源中进行转换，步骤如下： 1. 地形工具---字转高程---然后框选地形图中的所有高程数据，回车； 2. 地形工具---地表分析---三角剖分—回车后会生成三角网格线（红色的线条）； 3. 地形工具---地表分析---等高线图—根据地形和高差大小选择等高线高程间距； 4. 将生成好的等高线用原基点复制粘贴命令重新保存个只有一个等高线图层的CAD文件。 备注：如果向前面提到的：等高线有高程的话，也需要1.2.3.的操作生成等高线后，用香源的默认等高线图层将原地向等高线刷下（因为香源生的等高线不圆滑，后面的效果就不好看了；如果原来等高线有高程那么直接刷下图层就好，这样的等高线圆滑些。） GIS文件不能移动，否则就打不开了。所以之前就把文件都固定在一个地方。 二. 打开MapInfo Professional 9.0，页面如下：
1.点：Tools 工具栏——Universal Translator——Universal Translator，出现如下 对话框： 2. 下面要进行2次格式转换： 一是DWG文件转成TAB文件如图：
二是TAB文件转成Shape（也就是GIS的文件了）文件如图：
转换完成。 三. 打开GIS （其中还要装个附带软件：ArcView_3D_Analyst_1.0） 1. 工具栏：file——extensions——选择3D Analyst ——OK！ 2. 工具栏：View——Add Theme 出现对话框选择文件； 3. 工具栏：Surface——Create TIN from Features出现对话框，直接OK，——出现Output TIN Name 保存文件的对话框；选择文件保存（保存的文件不可移动，否则打不开）。 之后就生成了高程图，双击它可进行编辑。 4. 工具栏：Surface 下拉菜单中还有Slop ，Hillshade等工具，可逐一点击生成坡度坡向等图纸。 图纸输出 5. 工具栏：file——export ，在左下角选择EPS格式，保存即可。 OVER , THANKS ! ——TO 管 09.10.08——00：18
手把手教你做g i s地 形分析
用gis做地形分析 一、准备工作： 1．拥有授权过（破解过的）ArcGis10.0软件； 2．拥有一个DWG文件（其中需要有高程点的图层）； 3．认真按照这个文章的步骤做； 4．参照以上三点。 二、含高程点DWG文件准备 1．首先，找到你需要分析高程（坡度、坡向等）的DWG源文件。打开后，如图所示。 2．随意找到一个高程点，仔细观察CAD软件左下角的Z坐标是否为0，不为0，且有一定的数值，则请看第三步。 如果没有Z坐标的值，则看下面的红色字体。 因为这次选用的CAD文件的高程点是没有值的，所以要利用湘源控规\飞时达来解决这个问题，下面分别进行介绍。
（1）打开飞时达，打开有高程点的CAD文件，除了高程点图层，在图层管理器中关闭其他所有的图层。使用飞时达的“地形——高程点转换——输入最小有效高程值〈不限制〉——输入最大有效高程值〈不限制〉——选择一个高程点——该图元已有标高，是否直接采用〈Y〉——是否生成标高文字〈N〉——转换同类型图元〈A〉——确定”。 （2）打开湘源，打开有高程点的CAD文件，除了高程点图层，在图层管理器中关闭其他所有的图层。使用湘源的“地形——字转高程——标高最低值0——标高最高值100——是否过滤小数点选择1——框选所有高程点——确定”。 按照这个步骤后，我们可以看到所有的高程点的Z值已经生成了。 将转好高程值的DWG文件，放至“文档——ArcGis文件夹”。 PS：请大家养成好习惯，所有gis要用到的文件夹和文件一定不能用汉字命名，作者经常碰到错误是因为这类习惯造成的，此外，尽量在磁盘根目录下新建文件夹用来进行GIS分析，因为这样好找。 3．打开GIS软件（ArcMap）。如图所示：
一步步教你做GIS地形分析——By J.Z.in ZJUT 非常感谢ZJUT的城市规划系黄老师、吴老师关于GIS操作的教导与帮助，谨以此文表达谢意！ 两位恩师教导的内容远远不止此篇文章所限，今只是以大家最需要的内容为目标，解决大家燃眉之急而已。 准备工作： 1、拥有授权过（破解过的）ArcGIS10.0软件 2、拥有一个DWG文件（其中需要有高程点的图层） 3、好好按照这个文章的步骤做 4、参照以上三点 1、首先找到你需要分析高程（坡度、坡向等）的DWG源文件。 本人选用的是《练习数据1.dwg》（注明：地图信息乃国家重要秘密信息，所以该练习文件的所有高程点都是改动编辑过的，地形边框也改动过，希望大家在以后的操作中要注意地图的保密工作） 打开后，如图所示： 2、随意找到一个高程点，仔细观察CAD软件左下角的Z坐标是否为0，不为0，且有一定 的数值，则请看第三步。如果没有Z坐标的值，则看下面的斜体字。 因为这次选用的CAD的高程点是没有值的，所以要利用湘源控规来解决这个问题。 打开湘源，打开“湖滨延安南路12号13号地块.dwg”，因为在这个DWG中高程点的图层叫“6”，所以我们在图层管理器中关闭其他所有的图层，只留下这个“6”图层。 使用湘源控规的“地形——字转高程——标高最低值0——标高最高值1000——是否过滤小数点选择1——框选所有高程点——确定” 按照这个步骤后，我们可以看到所有的高程点的Z值已经生成了。
2的补充：将当前的DWG文件另存为04版本的DWG文件，放至D盘ABCD文件夹（这个文件夹请自己新建）下。 PS：请大家养好习惯，所有GIS要用到的文件夹与文件一定不能用汉字命名，作者经常碰到错误是因为这类习惯造成的，此外，尽量在磁盘根目录下新建文件夹用来进行GIS 分析，因为这样好找。 3、打开GIS软件（ArcMap）——WIN7系统下的朋友请先关闭网络，再打开。如图所示： 4、打开GIS后，先确认你的Spatial模块是否开启。 点击自定义——扩展模块，检查里面的spatial analyst 是否开启，作者为了方便，全部都勾选了，反正不影响系统速度。如图所示：
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。