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2管理窗口中，将3D Analyst（三维分析）前的复选框选中。
（一）TIN 及DEM 的生成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，添加数据ArcGIS\EX7\Elevpt_Clip 、Elev_Clip、Boundary、Erhai。
执行菜单命令3D Analyst（三维分析）→Create /ModifyTIN（创建/修改TIN）→Create TIN From Features（从要素创建TIN）（图6-1），在弹出的对话框中设置参数，在需要参与构造TIN 的图层名称前的复选框上打勾，指定每个图层中的一个字段作为Height Source（高度源），设定三角网特征输入方式，三角网为hard replace（硬替换）。
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：其他图层参数使用默认值即可，确定生成文件的名称及其路径，生成新的图层tin，如图6-2 所示。
图6-1 图6-2在图层列表中关闭除tin 和Erhai 之外的其他图层的显示，设置tin 图层的高程分级图，得到如6-3 的效果。
图6-3 图6-4执行菜单命令 3D Analyst（三维分析）→Convert（转换）→TIN to Raster（从TIN 到栅格数据），设置输入图层为TIN，属性值为Elevation，Z 值因子为1，像GIS 软件应用实验指导书3素大小为50，，指定输出文件的路径（图6-4）。
确定后得到DEM 数据，其中每个栅格单元大小为50m×50m 的区域（图6-5）。
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Symbology（符号）选项页，将Edge types （边类型）和Elevation（高程）前面复选框中的勾去掉（图6-6），点击Add（添加）按钮，在Add Renderer（添加渲染）对话框中将Edges with the same symbol（所有边用同一符号渲染）和Nodes with the same symbol（所有点用同一符号渲染）两项添加到TIN 的显示列表中（图6-7），点击确定后，将TIN 图层局部放大（图6-8），认真理解TIN 的存储模式及显示方式。
图6-5 图6-6图6-7 图6-8参考上一步操作，再将 Face slope with graduated color（面坡度用颜色梯度表进行渲染）和Face aspect with graduated color（面坡向用颜色梯度表进行渲染）这两项添加到TIN 的显示列表中（图6-9），选中Slope，点击Classfy（分类）按钮（图6-10），将Class 指定为5，在列表中输入间隔值：8，15，25，35，90，如图6-11 所示。
点击两次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GIS 软件应用实验指导书4进行渲染，效果如图6-12 所示。
图6-9 图6-10图6-11 图6-12（二）DEM 的应用1、坡度新建地图文档，加载前面得到的 DEM 数据TINGrid 数据，执行菜单命令3D Analyst（三维分析）→Surface Analysis（表面分析）→Slope（坡度），在对话框中设置Input Surface（输入表面）为tingrid 文件，Output measurement（输出度量）为Degree（度），Z factor（Z 因子）为1，Output cell size（输出像素大小）为50，在Output raster（输出栅格）中指定存储位置及名称（图6-13），得到坡度栅格文件（图6-14）。
图6-13 图6-14GIS 软件应用实验指导书5右键点击图层Slope，执行属性命令，设置图层符号，重新调整坡度分级，如图6-15 所示。
再次执行菜单命令 3D Analyst（三维分析）→Surface Analysis（表面分析）→Slope（坡度），在Input Surface（输入表面）处选择坡度文件Slope，其他参数设置如图6-16 所示，确定后即可得到剖面曲率栅格文件，如图6-17 所示。
图6-15 图6-16图 6-172、坡向在上一步的基础上进行，关闭Slope 的显示。
执行菜单命令3D Analyst（三维分析）→Surface Analysis（表面分析）→Aspect（坡向），设置参数如图6-18 所示，确定后得到坡向栅格数据，如图6-19 所示。
执行菜单命令 3D Analyst（三维分析）→Surface Analysis（表面分析）→Slope （__________坡度），计算坡向的坡度，参数设置如图6-20 所示，得到平面曲率栅格数据，如图6-21 所示。
GIS 软件应用实验指导书6图6-18 图6-19图6-20 图6-213、提取等高线执行菜单命令 3D Analyst（三维分析）→Surface Analysis（表面分析）→Contour（等高线），对话框中Contour interval（等高距）设置为50 米，其他各参数如图6-22 所示，执行后可得到等高距为50 米的等高线，如图6-23 所示。
图6-22 图6-234、计算地形表面的阴影图在上一步基础上进行，执行菜单命令3D Analyst（三维分析）→Surface Analysis （表面分析）→Hillshade（山体阴影），按图6-24 所示指定各参数，其中Azimuth GIS 软件应用实验指导书7（方位角）设置为315，Altitude（高度角）设置为45，生成地表阴影栅格如图6-25所示。
DEM 渲染：关闭除tingrid 和Hillshade 以外所有图层的显示，并将tingrid 置于Hillshade 之上，右键点击tingrid，在属性对话框中参照图6-26 设置选项页中的颜色，。
打开 Effects（效果）工具栏，设置栅格图层tingrid 的透明度为40%左右，如图6-27 所示。
图6-24 图6-25图6-26 图6-275、可视性分析1）通视性分析在上一步的基础上进行，在 3D Analyst（三维分析）工具栏上选择工具，在出现的Line of Sight（通视线）对话框中输入Observer offset（观察者偏移量）和Target offset（目标偏移量），即距地面的距离，如图6-28 所示。
在地图显示区中从某点 A 沿不同方向绘制多条直线，可以得到观察点A 到不同目标点的通视性，如图6-29 所示，其中绿色线段表示可视的部分，红色线段表GIS 软件应用实验指导书8示不可见部分。
2）可视区分析：移动发射基站信号覆盖分析在上一步基础上进行，在内容列表中关闭除 tingrid 之外的所有图层，加载移动基站数据。
执行菜单命令3D Analyst（三维分析）→Surface Analysis（表面分析）→Viewshed（可视区），在对话框中设置如图6-30 所示的参数。
生成可视区栅格，如图6-31 所示。
其中绿色表示现有发射基站信号已覆盖的区域，淡红色表示无法接收到手机信号的区域。
图6-28 图6-29图6-30 图6-316、地形剖面在上一步基础上进行，点击三维分析工具栏上的插入线工具，在地图上跟踪一条线段，这条线段可以从DEM 数据tingrid 中得到高程值，点击创建剖面图按钮，得到上一步所生成的3D 线段的剖面图，如图6-32 所示。
GIS 软件应用实验指导书9图6-30 图6-31六、实验报告要求结合此次实验所学内容设计一个算法求解如下的实际问题。
问题：某县决定坡度大于25 的耕地要退耕还林，试设计一个算法计算每个乡可能退耕还林面积。
请写出在ArcGIS 求解此问题的步骤并用框图表示处理过程。
原始数据用矩形表示，数据处理用椭圆表示，处理结果用圆角矩形表示。
数据：DEM 数据ynDem；乡镇界限Town.shp；耕地数据landuse.shp。
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