第七章1、本章主题编号 2、本章内容概述 （1）概述 ●坡面因子的分类及提取方法 ●确定坡面因子提取的算法基础 ●提取坡面因子的常用分析窗口 （2）坡度、坡向 ●坡度的提取 ●坡向的提取
（3）坡形 ●宏观坡形因子 ●地面曲率因子 ●地面变率因子 （4）坡长 （5）坡位 （6）坡面复杂度因子 3、本章内容 3.1 概述 （1）坡面因子的分类及提取方法 ●坡面因子的分类 按照坡面因子所描述的空间区域范围，可以将坡面因子划分为微观坡面因子与宏观坡面因子两种基本类型。常用的微观坡面因子主要有：坡度、坡向、坡长、坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等。常用的宏观坡面因子主要有：地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数、地表切割深度，以及宏观坡形因子（直线形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡、台阶形斜坡）等。
按照提取坡面因子差分计算的阶数，可以将坡面因子分为一阶坡面因子、二阶坡面因子和高阶坡面因子。一阶坡面地形因子主要有坡度和坡向因子。二阶坡面因子主要有坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等因子。复合坡面因子有坡长、坡形因子、地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数和地表切割深度等。 按照坡面的形态特征，可将坡面因子进一步划分为：坡面姿态因子，坡形因子，坡位因子，坡长因子以及坡面复杂度因子五大类。 ●提取坡面因子的基本方法 首先将坡面的形态特征或各个坡面因子进行定量化描述，完成求导的数学模型，在此基础上，建立其以DEM为基本信息源进行提取的技术路线，并通过软件实现形成一套易于计算机操作的方法。 （2）确定坡面因子提取的算法基础 ●DEM格网数据的空间矢量表达（如图7.1） 图7.1 DEM格网数据的空间矢量模型
ArcGIS支持的栅格数据集文件格式 在ArcGIS 中，有两种使用栅格数据的方法：作为栅格数据集和作为栅格类型。栅格数据集用于定义像素的存储方式，例如，行数和列数、波段数、实际像素值，以及其他栅格 格式特定参数。栅格类型特定于某些产品，例如卫星传感器或文件格式范围之外的商业数据格式。栅格类型用于与栅格格式一起识别元数据，例如地理配准、采集日 期和传感器类型。 大多数使用栅格数据集的情况是将其添加到显示和执行地理处理等操作。但在向镶嵌数据集添加数据时，需要识别是将其作为栅格数据集添加，还是使用特定栅格类型进行添加。要确定对镶嵌数据集使用添加栅格至镶嵌数据集工具时支持哪种数据形式（栅格类型或栅格数据集），请参阅栅格数据和栅格类型支持列表。了解有关栅格类型的信息地 理数据库是ArcGIS 中的原生数据模型，可用于储存包括栅格数据集、镶嵌数据集和栅格目录在内的地理信息；然而，还有很多可能用到的文件格式保留在地理数据库之外。下表描述了 受支持的栅格格式（栅格数据集）及其扩展名，并识别出了它们是否为只读格式或是否还可以由ArcGIS 写入。
注：可以指定需要ArcGIS 识别哪些产品（自定义> ArcMap 选项> 栅格> 文件格式）；关闭不使用的产品可以提高性能。您也可在数据加载过程中过滤数据。有关详细信息，请参阅显示特定栅格格式。 格式描述扩展模块读/写 ARC 数字化栅格图形(ADRG) 由美国国家地理空间情报局(NGA) 以CD-ROM 的形式发布。使用等弧秒栅格图/地图(ARC) 系统（将地球划分为18 个纬度带或区域）对ADRG 进行地理配准。该数据由通过扫描源文档所生成的栅格影像及其他图形组成。 多个文件数据文件- 扩展名*.img 或*.ovr图例文件- 扩展名*.lgg 只读 ArcSDE 栅格
在处理图象数据时，我们经常会碰到要求修改栅格图象象元值的问题，比如说DEM图的部分数据错误，我们要进行修改；再比如说栅格图象中有些与周围均匀色彩不一致的错误斑块要更正等等，那我们如何来处理这一类问题呢？ 现我以一DEM栅格图（名字为eldodem）为例，现在我要修改它的部分象元值，总结出以下三种方法，大家可以参考一下。第一种方法不大实用，但可借鉴，第二三种方法针对的条件不一致，大家可以在具体情况下进行选择。 一、直接运用转换，思路简单，易操作，但实用性 1、栅格——ascii文件——栅格这种方法是先将栅格图用工具 直接转成ascii文件，然后在ascii文本文件中直接修改需要修改的象元的值，修改好后又用工具 转换成栅格图。这种方法可行，但是不实用，因为我们要搜索到指定的象元好像不是那么简单。那么有没有别的比较好的方法呢？ 二、在栅格计算器中操作，方法灵活，可操作性强，实用性强
准备工作 先要在option中设置保留的栅格范围，通常情况下默认的为相交后的部分，这里我们要保留整个DEM，所以要改为以下设置： 2、通过点的位置修改点象元值 2．1* 问题一、要是我想修改图象中的指定的行列的点的象元值（比如说把第100行，200列的点的值修改为0），那该如何操作呢？ 这时候我们可以在栅格计算器中输入以下公式： 1.con(($$rowmap == 99 & $$colmap == 199),0,[eldodem.img]) (栅格图的编号是从0行0列开始的)
2．2* 问题二、那若是要修改指定行列范围内的栅格的象元值，比如说把第101行，251列到第401行，301列的部分的象元值改为0，又改如何进行呢？ 1.con(($$rowmap < 400 & $$rowmap > 100 & $$colmap < 300 & $$colmap > 250),0,[eldodem.img]) 结果如下
第七章 1、本章主题编号 2、本章内容概述 （1）概述 ● 坡面因子的分类及提取方法 ● 确定坡面因子提取的算法基础 ● 提取坡面因子的常用分析窗口 （2）坡度、坡向 ● 坡度的提取 ● 坡向的提取 （3）坡形 ● 宏观坡形因子 ● 地面曲率因子 ● 地面变率因子 （4）坡长 （5）坡位 （6）坡面复杂度因子 3、本章内容 3.1 概述 （1）坡面因子的分类及提取方法 ● 坡面因子的分类 按照坡面因子所描述的空间区域范围，可以将坡面因子划分为微观坡面因子与宏观坡面因子两种基本类型。常用的微观坡面因子主要有：坡度、坡向、坡长、坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等。常用的宏观坡面因子主要有：地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数、地表切割深度，以及宏观坡形因子（直线形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡、台阶形斜坡）等。 按照提取坡面因子差分计算的阶数，可以将坡面因子分为一阶坡面因子、二
阶坡面因子和高阶坡面因子。一阶坡面地形因子主要有坡度和坡向因子。二阶坡面因子主要有坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等因子。复合坡面因子有坡长、坡形因子、地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数和地表切割深度等。 按照坡面的形态特征，可将坡面因子进一步划分为：坡面姿态因子，坡形因子，坡位因子，坡长因子以及坡面复杂度因子五大类。 ● 提取坡面因子的基本方法 首先将坡面的形态特征或各个坡面因子进行定量化描述，完成求导的数学模型，在此基础上，建立其以DEM为基本信息源进行提取的技术路线，并通过软件实现形成一套易于计算机操作的方法。 （2）确定坡面因子提取的算法基础 ● DEM格网数据的空间矢量表达（如图7.1） 图7.1 DEM格网数据的空间矢量模型 ● 基于空间矢量模型的差分计算 算法主要有数值分析方法、局部曲面拟合算法、空间矢量法、快速傅立叶变换等。其中数值分析方法包含有简单差分算法、二阶差分、三阶差分（带权或不带权）和Frame差分；局部曲面拟合又有线性回归平面、二次曲面和不完全四次曲面（据刘学军，2002）。 （3）提取坡面因子的常用分析窗口 ● 窗口分析（领域分析）的基本原理是：对栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值、标准差等一系列统计计算，或进行差分及与其它层面信息的复合分析等，实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。 ● 在坡面信息提取中，按照分析窗口的形状，可以将分析窗口划分为以下几类： 矩形窗口：以目标栅格为中心，分别向周围八个方向扩展一层或多层栅格。 圆形窗口：以目标栅格为中心，向周围作一等距离搜索区，构成一圆形分析窗口。
栅格计算器用于在工具中创建和执行“地图代数”表达式。与其他地理处理工具一样，栅格计算器可以在“模型构建器”中使用，从而可以更轻松地在工作中发挥“地图代数”的功用。 栅格计算器具有如下的独有优势： 1、执行单行代数表达式。 2、使用“模型构建器”时，支持在“地图代数”中使用变量。 3、为一个表达式的三个或更多的输入应用 Spatial Analyst 运算符。 4、在一个表达式中使用多个 Spatial Analyst 工具。 栅格计算器用于通过简单的、类似计算器的工具界面，使用多种工具和运算符来执行单行代数表达式。当在一个表达式中使用多种工具或运算符时，该公式的执行速度一般会比分别执行每个运算符或工具的速度要快。 使用栅格计算器工具 工具对话框中有四个主要区域用于创建“地图代数”表达式： 图层和变量 输入图层和变量列表识别了可以在“地图代数”表达式中使用的输入。单独使用此工具时，该列表将包含内容表中的图层。在“模型构建器”中使用此工具时，该列表将包含内容列表中的图层、模型中创建的输出以及其他模型变量。 计算器和运算符按钮
使用计算器按钮可以在表达式中输入数值。使用运算符按钮可以将数学运算符(加、除等)和逻辑运算符(大于、等于等)输入表达式。通过单击这些按钮，可以将数字或运算符输入到表达式中光标当前所在的位置。注意确保表达式遵循正确的规则地图代数语法规则。 工具 在该工具列表中，可以方便地选择能在“地图代数”表达式中使用的工具。通过单击列表中的工具，该工具的名称以及括号的左右半边 [()] 将被放置在表达式中光标当前所在的位置。然后必须输入该工具所需的其他输入内容。虽然工具可以放置在表达式的任何位置，但是它应放置在可以生成有效的“地图代数”语法的位置。 表达式 “地图代数”将要执行的表达式。此表达式必须使用有效的语法输入。请参阅以下部分，了解有关“地图代数”语法规则的详细信息。 地图代数语言 “地图代数”是一种简单而强大的代数语言，利用它您可以操作所有 Spatial Analyst 工具、运算符及函数以执行各种地理分析。 在栅格计算器中使用的“地图代数”含有语法或规则集，“地图代数”必须遵循这些语法或规则集才能创建有效的表达式。如果不遵循这些规则，创建的表达式可能会无效并且无法执行，或者得不到预期的结果。 “地图代数”不仅可以通过栅格计算器工具来访问，还可以通过使用 Spatial Analyst ArcPy 模块的Python 脚本来访问。在此工具中使用相同的“地图代数”语法，但以下情况除外： · 不必将输出栅格名称或等号 (=) 填入表达式，因为该输出名称已在输出栅格参数中指定。 · 在使用运算符时，不必将输入栅格转换为栅格对象。
竖曲线及平纵线形组合设计 （纵断面上相邻两条纵坡线相交的转折处，为了行车平顺用一段曲线来缓和，这条连接两纵坡线的曲线叫竖曲线。） 竖曲线的形状，通常采用平曲线或二次抛物线两种。在设计和计算上为方便一般采用二次抛物线形式。 纵断面上相邻两条纵坡线相交形成转坡点，其相交角用转坡角表示。当竖曲线转坡点在曲线上方时为凸形竖曲线，反之为凹形竖曲线。 一、竖曲线 如图所示，设相邻两纵坡坡度分别为i 1 和i 2，则相邻两坡度的代数差即转坡角为ω= i 1-i 2 ，其中i 1、i 2为本身之值，当上坡时取正值，下坡时取负值。 当 i 1- i 2为正值时，则为凸形竖曲线。当 i 1 - i 2 为负值时，则为凹形竖曲线。 （一）竖曲线基本方程式 我国采用的是二次抛物线形作为竖曲线的常用形式。其基本方程为： Py x 22= 若取抛物线参数P 为竖曲线的半径 R ，则有： Ry x 22 = R x y 22= （二）竖曲线要素计算公式
竖曲线计算图示 1、切线上任意点与竖曲线间的竖距h 通过推导可得： ==PQ h )()(2112li y l x R y y A A q p ---=-R l 22= 2、竖曲线曲线长： L = R ω 3、竖曲线切线长： T= T A =T B ≈ L/2 =2 ωR 4、竖曲线的外距： E =R T 22 ⑤竖曲线上任意点至相应切线的距离：R x y 22= 式中：x —为竖曲任意点至竖曲线起点（终点）的距离, m ； R —为竖曲线的半径，m 。 二、竖曲线的最小半径 (一)竖曲线最小半径的确定 1.凸形竖曲线极限最小半径确定考虑因素 （1）缓和冲击 汽车行驶在竖曲线上时，产生径向离心力，使汽车在凸形竖曲线上重量减小，所以确定竖曲线半径时，对离心力要加以控制。 （2）经行时间不宜过短
ARCGIS中的栅格计算 栅格计算是栅格数数据空间分析中数据处理和分析中最为常用的方法，应用非常广泛，能够解决各种类型的问题，尤其重要的是，它是建立复杂的应用数学模型的基本模块。ArcGIS 9 提供了非常友好的图形化栅格计算器，利用栅格计算器，不仅可以方便的完成基于数学运算符的栅格运算，以及基于数学函数的栅格运算，而且它还支持直接调用ArcGIS 自带的栅格数据空间分析函数，并且可以方便的实现多条语句的同时输入和运行。 一数学运算 数学运算主要是针对具有相同输入单元的两个或多个栅格数据逐网格进行计算的。主要包括三组数学运算符：算术运算符，布尔运算符和关系运算符。 1. 算术运算 算术运算主要包括加、减、乘、除四种。可以完成两个或多个栅格数据相对应单元之间直接的加、减、乘、除运算。 例如，以今年与去年的降水量数据为基础，用公式（今年降水量-去年降水量）/去年降水量，可以计算出去年降水量的变化程度，如图8.65。（单位：毫米）
图1 算术运算示意图 2. 布尔运算 布尔运算主要包括：和（And）、或（Or）、异或（Xor）、非（Not）。它是基于布尔运算来对栅格数据进行判断的。经判断后，如果为“真”，则输出结果为1，如果为“假”，则输出结果为0。 （1）和（&）：比较两个或两个以上栅格数据层，如果对应的栅格值均为非0 值，则输出结果为真（赋值为1），否则输出结果为假（赋值为0）。 （2）或（|）：比较两个或两个以上栅格数据层，对应的栅格值中只要有一个或一个以上为非0 值，则输出结果为真（赋值为1），否则输出结果为假（赋值为0）。 （3）异或(!)：比较两个或两个以上栅格数据层，如果对应的栅格值在逻辑真假互不相同（一个为0，一个必为非0 值），则输出结果为真（赋值为1），否则输出结果为假（赋值为0）。 （4）非(^)：对一个栅格数据层进行逻辑“非”运算。如果栅格值为0 ，则输出结果为1；如果栅格值非0，则输出结果为0。
第十二章空间分析建模 练习2：坡向变率（SOA） 一、背景 平面曲率即地面坡向变率，是指在地表的坡向提取基础之上，进行对坡向变化率值的二次提取，亦即坡向之坡度（Slope of Aspect，SOA）。地面坡向变率是一个反映等高线弯曲程度的指标，可以反映出地表所有的山脊线、山谷线。 值得注意的是：SOA在提取过程中在不同的坡面上将会有误差的产生，即在坡面的南北两侧，北面坡由于在坡向算法将会有误差产生，所以要对北坡的SOA结果进行纠正，因为从理论上讲SOA在地表北坡上将产生误差，北坡上坡向值范围为0-90°和270°-360°，在正北方向附近，15°和345°之间坡向差值只是30°，而在计算中却是差了330°，所以要利用反地形将北坡地区的坡向变率误差进行纠正。 二、目的 通过纠正平面曲率的例子，使读者了解如何在模型中调用用户自定义的模型，明晰模型嵌套的过程。 三、要求 为了得到纠正后的SOA，必须得到正地形的SOA1和反地形的SOA2，修正的公式为((SOA1+ SOA2) - (SOA1-SOA2).abs)/2。其数据流如图7所示。 四、数据 DEM栅格数据。 五、操作步骤 1、建立生成SOA的模型 (1) 打开ArcMap，启动ArcToolbox。 (2) 右键ArcToolbox，选择new toolbox，生成toolbox2，如图1。 (3) 右键toolbox2，在new中选择model，，则生成model1，如图2。 图1 选择new toolbox 图2 选择model (4) 右键图标，选择rename命令，输入generate SOA。 (5) 在模型窗口右键，选择create variable命令，在数据类型选择框中选中raster dataset，如图3所示。
竖曲线计算书 一、 变坡点桩号为220k28+，变坡点标高为m 135.873，两相邻路段的纵坡为 %303.0%0.39921-=+=i i 和，m R 15000=凸。 1. 计算竖曲线的基本要素 竖曲线长度 )(105.3)00303.000399.0(15000m R L =+?==ω 切线长度 )(7.522 3.1052m L T === 外距 )(09.015000 27 .52*7..5222m R T E =?== 2. 求竖曲线的起点和终点桩号 (1) 竖曲线起点桩号：3.167287.522202822028+=-+=-+K K T K 竖曲线起点高程：135.873－52.7 ?0.00399=135.663 (2) 竖曲线终点桩号：7.272287.522202822028+=++=++K K T K 竖曲线终点高程：135.873-52.7?0.00303=135.713 3. 求各桩号标高和竖曲线高程
二、 变坡点桩号为23029+K ，变坡点标高为m 809.132，两相邻路段的纵坡为 %401.0%303.021+=-=i i 和，m R 9000=凹。 1. 计算竖曲线的基本要素 竖曲线长度 )(36.63)]00303.0(00401.0[9000m R L =--?==ω 切线长度 )(68.312 36.632m L T === 外距 )(06.09000 268 .31*68.3122m R T E =?== 2. 求竖曲线的起点和终点桩号 (1) 竖曲线起点桩号：32.1982968.312302923029+=-+=-+K K T K 竖曲线起点高程：132.809+31.68?0.00303=132.905 (2) 竖曲线终点桩号：68.2612968.312302923029+=++=++K K T K 竖曲线终点高程：132.809+31.68?0.00401=132.936 3. 求各桩号标高和竖曲线高程
栅格分析 从DEM上提取山顶点，凹陷点 数据 DEM数据，地理信息：KRASOVSKY-1940-Transverse-Mercator Cellsize 5×5 单位：meter 学校选址 数据 DEM LANDUSE 栅格数据无坐标信息 School rec_sites 矢量数据点类型无坐标信息 设置栅格分析环境 Cellsize设置，输出单元格大小设置 Mask设置，分析范围设置 从Dem上提取山顶点，凹陷点 原理 DEM （数字高程模型）属于场模型（连续的栅格），表达和存储时，使用单元格中间值代替整个栅格的值，可视化时，采用插值（如线性）生成连续的栅格 采用领域的方法，可以用领域中的最高值或最低值代替该单元格的值，当该单元格是山顶点时（相对领域而言），领域计算后的值（取最高值）与原值相同，相反，凹陷点也是如
此 操作 1.加载DEM add date 或直接从catalog 中拖入 使用IDENTIFY工具查看每个单元格时，每个单元格只有一个值，对单元格而言是离散的，但对DEM而言，是连续的 2.环境设置 在10.1中，设置在ARCTOOLS的环境参数设置中完成 常规设置 输出工作空间设置 栅格分析设置 栅格存储设置 关于构建金字塔等，此处默认 领域运算 在10.1中，这个工具是focal Ststistics 在这个工具中，由两部分 NEIGHBERHOOD部分，设置领域类型，大小。类型有：矩形，园，环，楔形，和用户自定义的，大小用户自己定义 Stastistics type 就是领域的功能选择，此处选择max，既将领域最大值赋予单元格 结果预计：计算后的高值和DEM高值相等，低值应该大于等于DEM的低值
竖曲线自动计算表格 篇一：Excel竖曲线计算 利用Excel表格进行全线线路竖曲线的统一计算 高速公路纵断面线型比较复杂，竖曲线数量比较多。由于相当多的竖曲线分段造成了设计高程计算的相对困难，为了方便直接根据里程桩号计算设计高程，遂编制此计算程序。程序原理： 1、根据设计图建立竖曲线参数库； 2、根据输入里程智能判断该里程位于何段竖曲线上； 3、根据得到的竖曲线分段标志调取该分段的曲线参数到计算表格中； 4、把各曲线参数带入公式进行竖曲线高程的计算； 5、对程序进<0 = J=0; M-P=0 = J=1 B: K<=D =B=-M ; KD = B=P 程序特色： 1、可以无限添加竖曲线，竖曲线数据库不限制竖曲线条数； 2、直接输入里程就可以计算设计高程，不需考虑该里程所处的竖曲线分段；
3、对计算公式进行保护，表格中不显示公式，不会导致公式被错误修改或恶意编辑。 程序的具体编制步骤： 1、新建Excel工作薄，对第一第二工作表重新命名为“参数库”和“计算程序”，根据设计图建立本标段线路竖曲线的参数库，需要以下条目： （1）、竖曲线编号； （2）、竖曲线的前后坡度（I1、I2）不需要把坡度转换为小数； （3）、竖曲线半径、切线长（不需要考虑是凸型或凹型）；（4）、竖曲线交点里程、交点高程； （5）、竖曲线起点里程、终点里程（终点里程不是必要参数，只作为复核检测用）；如图1所示： 图1 2、进行计算准备： （1）、根据输入里程判断该里程所处的曲线编号： 需要使用lookup函数，函数公式为“LOOKUP(A2,参数库!H3:H25,参数库!A3:A25)”。如图2所示： 里程为K15+631的桩号位于第11个编号的竖曲线处，可以参照图1 进行对照 （2）、在工作表“程序计算”中对应“参数库”相应的格式建立表格
第15卷第6期2008年12月 水土保持研究 Research of Soil and Water Conservation Vol.15,No.6 Dec.,2008 D EM内插算法对坡度坡向的影响3 陈吉龙1,武伟2,刘洪斌1 (1.西南大学资源环境学院,重庆400716;2.西南大学计算机与信息科学学院,重庆400716) 摘 要:虽然DEM的应用越来越广泛,但是在实际研究运用中获取DEM的方式主要是利用各种矢量高程信息通过插值而来,不同的插值算法必然会影响DEM分析的结果;以南方丘陵地区为研究区域,利用样区的1∶10000的矢量地形图为数据源,通过对不同算法生成不同分辨率的DEM坡度、坡向的对比研究发现:在坡度小于30°时,不同的算法对坡度具有显著的影响,而大于30°时分辨率和算法均不会对坡度产生显著影响;研究表明:在具有大量平坦区域的地区,尽管ANUDEM算法生成的DEM总体上的精度最高,但是不会产生平坦区域,所以并不适合于这类地区的地形分析。 关键词:DEM;坡度;坡向;地形分析 中图分类号:S157;TP79 文献标识码:A 文章编号:100523409(2008)0620014204 E ffect of DEM Interpolation on the Slope and Aspect C H EN Ji2long1,WU Wei2,L IU Hong2bin1 (1.College of Resource and Envi ronment,S outhwest Universit y,Chongqing400716,Chi na;2.College of Com puter and I nf ormation Science,S outhw est Universit y,Chongqing400716,China) Abstract:In many cases of the research and application,digital elevation data may be the only source for DEM generation with algorithms,which are available or affordable.It is known that the analytic result f rom the DEM can vary in quality depending on their algorithms.Taking hilly region in southern China as research region,using the digital contour with the scale of1∶10000as the source,this paper compared the slope,aspect f rom the DEM generated with five algorithms,the results showed that there were significant effect on the slope among the algorithms when the slope<30°,but there were no significant effect on the slope among the algorithms and resolution when the slope>30°.Furthermore,the result also showed that DEM interpola2 ted with ANUDEM is the most precise,however,there was no flat area in the result f rom the terrain analysis in the region with extensive flat area,so it can’t be suitable for performing terrain in such region. K ey w ords:DEM;slope degree;slope direction;terrain analysis 1 引言 自从DEM理论形成以来,不同的学者就对DEM做过大量的研究,研究领域侧重于利用DEM来进行地形分析、水文分析、DEM精度评价、地形描述误差、数学模拟方法以及探索新的DEM算法[1];其中地形分析是DEM研究的重要内容,是地质地貌研究的重要手段;虽然地形分析中所采用的DEM建立方法多种多样,但是当前乃至今后一段时期内DEM的生产依然是利用各种矢量高程信息通过构建TIN建立DEM;然而该方法的缺点是仅利用等高线生成DEM不能很好地反映河流和流域边界等重要地貌特征[2]; Hutchinson于20世纪80年代提出的ANUDEM插值算法[3],大量的研究也表明ANUDEM算法生成的DEM能更加精确地描述地貌特征[4],其质量较现有基于TIN方法建立的DEM有明显提高[5],因而在全球范围内得到广泛应用[627],然而国内对于ANUDEMS算法的应用很少见;在地形分析中,虽然众多学者对相同数据源生成的DEM的不同分辨率对地形分析结果的影响进行了研究[729],然而其中很多的分辨率太低,忽略了地形描述精度,使分析结果受到严重的影响;本文对不同算法生成的不同分辨率的DEM提取的坡度、坡向进行对比分析,以期为地形分析中DEM的建立和分辨率的选择及相关的研究提供参考。 2 材料与方法 2.1 研究区概况 研究区地处长江上游,重庆市西南边缘,位于重庆江津市,介于东经106°10′45″-106°23′42″和北纬29°22′50″-29°31′17″,面积79.36km2;地势中高西低,中部低山呈东北走向,东西以丘陵为住,最高海拔765.58m,最低海拔255.34 m,相对高差达510.24m。 3收稿日期:2008204218 基金项目:重庆市科委重点攻关项目(2006AB1015);重庆市教委科技资助项目(0182) 作者简介:陈吉龙(1983-),男,重庆巫山人,硕士研究生,从事3S应用研究。E2mial:cjl47168@https://www.doczj.com/doc/5312908289.html, 通信作者:刘洪斌(1966-),男,重庆梁平人,研究员,从事3S应用研究。E2mial:lqb2000@https://www.doczj.com/doc/5312908289.html,
arcgis中对矢量和栅格数据进行裁剪切割的方法 [引用 2011-11-07 13:21:46] ?? 字号：大中小? ArcGIS9:?? ArcToolbox-->Spatail Analyst Tools-->Extraction : 在ArcMap --> Spatial Analyst扩展模块工具条--〉Raster? Calculator 或者直接使用Mask ? 1、对矢量数据进行裁减：Arctoolbox中，spatialtool>extract>clip 在InputFeatures中选择被裁剪的图层，在ClipFeatures中选择裁剪形状 2、利用矩形对栅格数据裁剪:Arctoolbox中，datamanagement>raster>clip InputRaster中选择被裁剪的栅格数据，设定好矩形四个顶点即可 3、在SpatialAnalystTools中提供了多种对栅格数据的提取方法，Arctoolbox 中，SpatialAnalyst Tools>extraction包括提取值到点，根据属性提取，用圆提取，用多边形提取，用掩模提取，用点提取，用矩形提取等，其中的用掩模提取功能可以让我们通过不规则边界来获取需要的栅格数据。 ? 可以先建一个polygon的图层，再用这个图层clip那个raster ? 加载空间分析模块， option选项中设置mask图层，范围，cell尺寸，
用其栅格计算器计算： ? 图层名.shape*1, 点击evaluation， ok ? 如果不要求一定要多变形裁剪的话，建议使用clip data management toolbox---clip 这个工具可以保持原有像元信息，但是这里arcmap只提供了矩形切割。 这个约束应该不会影响一般的应用，否则的话建议使用图像处理软件中的mask 裁剪。 另外上面大家说得mask什么的方法，只能出来灰度图，可能原先是设计成处理grid的数据吧 ? ? ? ? ? (2) 用任意多边形剪切栅格数据(矢量数据转换为栅格数据) 在ArcCatlog下新建一个要素类（要素类型为:多边形），命名为：
第8讲 课 题：第三节 竖曲线 第四节 公路平、纵线形组合设计 教学内容：理解竖曲线最小半径的确定；能正确设置竖曲线；掌握竖曲线的要素计算、竖曲线与路基设计标高的计算；能正确进行平、纵线形的组合设计。 重 点：1、竖曲线最小半径与最小长度的确定；2、竖曲线的设置； 3、平、纵线形的组合设计。 难 点：竖曲线与路基设计标高的计算；平、纵线形的组合设计。 第三节 竖曲线设计 纵断面上相邻两条纵坡线相交的转折处，为了行车平顺用一段曲线来缓和，这条连接两纵坡线的曲线叫竖曲线。 竖曲线的形状，通常采用平曲线或二次抛物线两种。在设计和计算上为方便一般采用二次抛物线形式。 纵断面上相邻两条纵坡线相交形成转坡点，其相交角用转坡角表示。当竖曲线转坡点在曲线上方时为凸形竖曲线，反之为凹形竖曲线。 一、竖曲线 如图所示，设相邻两纵坡坡度分别为i 1 和i 2，则相邻两坡度的代数差即转坡角为ω= i 1-i 2 ，其中i 1、i 2为本身之值，当上坡时取正值，下坡时取负值。 当 i 1- i 2为正值时，则为凸形竖曲线。当 i 1 - i 2 为负值时，则为凹形竖曲线。 （一）竖曲线基本方程式 我国采用的是二次抛物线形作为竖曲线的常用形式。其基本方程为： Py x 22= 若取抛物线参数P 为竖曲线的半径 R ，则有： Ry x 22 = R x y 22 = （二）竖曲线要素计算公式
竖曲线计算图示 1、切线上任意点与竖曲线间的竖距h 通过推导可得： ==PQ h )()(2112 li y l x R y y A A q p ---=-R l 22= 2、竖曲线曲线长： L = R ω 3、竖曲线切线长： T= T A =T B ≈ L/2 = 2 ω R 4、竖曲线的外距： E =R T 22 ⑤竖曲线上任意点至相应切线的距离：R x y 22 = 式中：x —为竖曲任意点至竖曲线起点（终点）的距离, m ； R —为竖曲线的半径，m 。 二、竖曲线的最小半径 (一)竖曲线最小半径的确定 1.凸形竖曲线极限最小半径确定考虑因素 （1）缓和冲击 汽车行驶在竖曲线上时，产生径向离心力，使汽车在凸形竖曲线上重量减小，所以确定竖曲线半径时，对离心力要加以控制。 （2）经行时间不宜过短 当竖曲线两端直线坡段的坡度差很小时，即使竖曲线半径较大，竖曲线长度也有可能较短，此时汽车在竖曲线段倏忽而过，冲击增大，乘客不适；从视觉上考虑也会感到线形突然
?工具/原料 DEM的应用DEM的应用包括：坡度：Slope、坡向：Aspect、提取等高线、算地形坡度：Slope、坡向：Aspect、提取等高线、算地形表面的阴影图、可视性分析、地形剖面、水文分析表面的阴影图、可视性分析、地形剖面、水文分析等，其中涉及的知识点有： a)对TIN建立过程的原理、方法的认识； b)掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法。 （对于这两步的教程本人之前有做过，下面教程不会再重复） c)掌握根据DEM 计算坡度、坡向的方法。 d)理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。 e)利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。下面开始教程： 软件准备：ArcGIS Desktop 10.0---ArcMap(3D Analyst模块和spatial a nalyst模块) 数据：DEM和TIN（使用由本人前面的教程【ArcGIS地形分析--TIN及DE M的生成，TIN的显示】得到的结果数据。 原始数据下载：https://www.doczj.com/doc/5312908289.html,/s/1GGzT2
1 1
执行后，得到坡度栅格Slope_tingri1：坡度栅格中，栅格单元的值在[ 2 0 -82] 度间变化
3
【下面计算剖面曲率】 4 [3D Analyst工具]——[栅格表面]在【ArcToolbox】中，执行命令[3D Analyst工具]——[栅格表面] 到剖面曲率栅格：[————[坡度] 。按如下所示，指定各参数。得到剖面曲率栅格：[————[坡度] Slope _Slope] 如图
ARCGIS中矢量裁剪栅格图像 (1) 是否需要裁剪栅格图象区域通过一个面状的shapefile表达出来？ 如果可以，那么就很简单了。 在ArcMap中，调用空间分析扩展模块，将你感兴趣区的shapefile多边形图层设置为掩膜，然后在栅格计算器中重新计算一下你的图象，它就会沿掩膜裁出。 设置掩膜：空间分析工具条的下拉菜单>option里面设置 (2) 用任意多边形剪切栅格数据(矢量数据转换为栅格数据) 2.1在ArcCatlog下新建一个要素类（要素类型为:多边形），命名为：ClipPoly.shp 2.2在ArcMap中，加载栅格数据：例如kunming.img、和ClipPoly.shp 2.3打开编辑器工具栏，开始编辑ClipPoly ，根据要剪切的区域，绘制一个任意形状的多边形。打开属性表，修改多边形的字段“ID”的值为1，保存修改，停止编辑。 2.4打开空间分析工具栏 执行命令：<空间分析>－<转换>--<要素到栅格> 指定栅格大小：查询要剪切的栅格图层kunming的栅格大小，这里假设指定为1 指定输出栅格的名称为路径 2.5执行命令: <空间分析>-<栅格计算器> 2.6构造表达式：[kunming]*[polyClip4-polyclip4] ，执行栅格图层：kunming和用以剪切的栅格polyClip4 之间的相乘运算 (3) 1、对矢量数据进行裁减：Arctoolbox中，spatial tool > extract>clip 在InputFeatures中选择被裁剪的图层，在ClipFeatures中选择裁剪形状 2、利用矩形对栅格数据裁剪:Arctoolbox中，data management>raster>clip InputRaster中选择被裁剪的栅格数据，设定好矩形四个顶点即可 3、在Spatial Analyst Tools中提供了多种对栅格数据的提取方法，Arctoolbox中，Spatial Analyst Tools>extraction包括提取值到点，根据属性提取，用圆提取，用多边形提取，用掩模提取，用点提取，用矩形提取等，其中的用掩模提取功能可以让我们通过不规则边界来获取需要的栅格数据。
1、本章主题编号 2、本章内容概述 （1）概述 ● 坡面因子的分类及提取方法 ● 确定坡面因子提取的算法基础 ● 提取坡面因子的常用分析窗口 （2）坡度、坡向 ● 坡度的提取 ● 坡向的提取 （3）坡形 ● 宏观坡形因子 ● 地面曲率因子 ● 地面变率因子 （4）坡长 （5）坡位 （6）坡面复杂度因子 3、本章内容 3.1 概述 （1）坡面因子的分类及提取方法 ● 坡面因子的分类 按照坡面因子所描述的空间区域范围，可以将坡面因子划分为微观坡面因子与宏观坡面因子两种基本类型。常用的微观坡面因子主要有：坡度、坡向、坡长、坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等。常用的宏观坡面因子主要有：地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数、地表切割深度，以及宏观坡形因子（直线形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡、台阶形斜坡）等。 按照提取坡面因子差分计算的阶数，可以将坡面因子分为一阶坡面因子、二阶坡面因子和高阶坡面因子。一阶坡面地形因子主要有坡度和坡向因子。二阶
坡面因子主要有坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等因子。复合坡面因子有坡长、坡形因子、地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数和地表切割深度等。 按照坡面的形态特征，可将坡面因子进一步划分为：坡面姿态因子，坡形因子，坡位因子，坡长因子以及坡面复杂度因子五大类。 ● 提取坡面因子的基本方法 首先将坡面的形态特征或各个坡面因子进行定量化描述，完成求导的数学模型，在此基础上，建立其以DEM为基本信息源进行提取的技术路线，并通过软件实现形成一套易于计算机操作的方法。 （2）确定坡面因子提取的算法基础 ● DEM格网数据的空间矢量表达（如图7.1） 图7.1 DEM格网数据的空间矢量模型 ● 基于空间矢量模型的差分计算 算法主要有数值分析方法、局部曲面拟合算法、空间矢量法、快速傅立叶变换等。其中数值分析方法包含有简单差分算法、二阶差分、三阶差分（带权或不带权）和Frame差分；局部曲面拟合又有线性回归平面、二次曲面和不完全四次曲面（据刘学军，2002）。 （3）提取坡面因子的常用分析窗口 ● 窗口分析（领域分析）的基本原理是：对栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值、标准差等一系列统计计算，或进行差分及与其它层面信息的复合分析等，实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。 ● 在坡面信息提取中，按照分析窗口的形状，可以将分析窗口划分为以下几类： 矩形窗口：以目标栅格为中心，分别向周围八个方向扩展一层或多层栅格。 圆形窗口：以目标栅格为中心，向周围作一等距离搜索区，构成一圆形分析窗口。
公路竖曲线计算
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:
课 题：第三节 竖曲线 第四节 公路平、纵线形组合设计 教学内容：理解竖曲线最小半径的确定；能正确设置竖曲线；掌握竖曲线的要素计算、竖曲线与路基设计标高的计算；能正确进行平、纵线形的组合设计。 重 点：１、竖曲线最小半径与最小长度的确定；２、竖曲线的设置； 3、平、纵线形的组合设计。 难 点：竖曲线与路基设计标高的计算;平、纵线形的组合设计。 第三节 竖曲线设计 纵断面上相邻两条纵坡线相交的转折处，为了行车平顺用一段曲线来缓和,这条连接两纵坡线的曲线叫竖曲线。 竖曲线的形状,通常采用平曲线或二次抛物线两种。在设计和计算上为方便一般采用二次抛物线形式。 纵断面上相邻两条纵坡线相交形成转坡点，其相交角用转坡角表示。当竖曲线转坡点在曲线上方时为凸形竖曲线,反之为凹形竖曲线。 一、竖曲线 如图所示,设相邻两纵坡坡度分别为i 1 和i 2,则相邻两坡度的代数差即转坡角为ω= i 1-i ２ ,其中i 1、i 2为本身之值，当上坡时取正值，下坡时取负值。 当 i １- i 2为正值时,则为凸形竖曲线。当 i １ - i 2 为负值时，则为凹形竖曲线。 (一)竖曲线基本方程式 我国采用的是二次抛物线形作为竖曲线的常用形式。其基本方程为: Py x 22= 若取抛物线参数P 为竖曲线的半径 R ，则有： Ry x 22 = R x y 22 = （二)竖曲线要素计算公式 竖曲线计算图示 １、切线上任意点与竖曲线间的竖距h 通过推导可得: ==PQ h )()(2112 li y l x R y y A A q p ---=-R l 22= 2、竖曲线曲线长: L = R ω ３、竖曲线切线长： T= T A =T Ｂ ≈ L/２ = 2 ω R ４、竖曲线的外距： Ｅ =R T 22 ⑤竖曲线上任意点至相应切线的距离：R x y 22 = 式中：ｘ —为竖曲任意点至竖曲线起点（终点)的距离, m; R —为竖曲线的半径，m 。
在处理图象数据时,我们经常会碰到要求修改栅格图象象元值得问题,比如说DEM图得部分数据错误,我们要进行修改;再比如说栅格图象中有些与周围均匀色彩不一致得错误斑块要更正等等,那我们如何来处理这一类问题呢？ 现我以一DEM栅格图(名字为eldodem)为例,现在我要修改它得部分象元值,总结出以下三种方法,大家可以参考一下。第一种方法不大实用,但可借鉴,第二三种方法针对得条件不一致,大家可以在具体情况下进行选择。 一、直接运用转换,思路简单,易操作,但实用性 1、栅格——ascii文件——栅格这种方法就是先将栅格图用工具 直接转成ascii文件,然后在ascii文本文件中直接修改需要修改得象元得值,修改好后又用工具 转换成栅格图。这种方法可行,但就是不实用,因为我们要搜索到指定得象元好像不就是那么简单。那么有没有别得比较好得方法呢？ 二、在栅格计算器中操作,方法灵活,可操作性强,实用性强 准备工作 先要在option中设置保留得栅格范围,通常情况下默认得为相交后得部分,这里我们要保留整个DEM,所以要改为以下设置:
2、通过点得位置修改点象元值 2.1* 问题一、要就是我想修改图象中得指定得行列得点得象元值(比如说把第100行,200列得点得值修改为0),那该如何操作呢？ 这时候我们可以在栅格计算器中输入以下公式: con(($$rowmap == 99 & $$colmap == 199),0,[eldodem、img]) (栅格图得编号就是从0行0列开始得) 2.2* 问题二、那若就是要修改指定行列范围内得栅格得象元值,比如说把第101行,251列到第401行,301列得部分得象元值改为0,又改如何进行呢？ con(($$rowmap < 400 & $$rowmap > 100 & $$colmap < 300 & $$colmap > 250),0,[eldodem、img]) 结果如下