基于ArcGis的泰宁城区地理状况分析与展示

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此文档的主要内容是利用ArcGis以及dem数据进行平面地形因子的提取，三维立体成像以及水纹分析。主要研究对象为泰宁县城。

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基于ArcGis的泰宁城区地理状况分析与展示

摘要:随着科技的发展，地理信息行业的软件发展也越来越迅速，给进行地理研究的学者

们带来了诸多方便。本文将举一些简单的例子，通过利用ArcGis软件对泰宁dem以及遥感数据进行处理，来更直观得了解当地地理情况。

关键字: ArcGis，数据处理，高程，三维，水纹 正文

1.引言

大三上半年，gis班级全体同学至泰宁进行野外考察活动，收集了泰宁城区的一些资料，在考察的同时也对3S技术有了新的学习和了解。在活动结束之后，我们汇集了大家辛苦所采集的泰宁城区数据，也获得了泰宁的dem图像。在这篇文章中，将主要利用泰宁的dem图像，对泰宁城区的地形因子作提取，以多元的方式和视角来重新认识泰宁。

泰宁位于福建省西北部，武夷山脉中段的杉岭支脉东南侧。北靠邵武，东连将乐，南邻明溪，西接建宁，西北紧贴江西黎川。县处东经116°53′～117°24′,北纬26°34′～27°08′。东西宽约43公里，南北长约61公里。县内海拔最高达1700多米，最低180米，地形多属山地和丘陵[4]。县城距福建铁路枢纽站邵武1小时路程，距武夷山机场2.5小时，穿境而过的福银高速公路建成通车，形成泰宁到南昌2.5小时、到福州3小时、到武汉5小时、到上海7小时的交通经济圈；已列入铁道部和省“十一五”规划的向莆高速铁路也将在泰宁设点建站，可望在2013年建成通车，泰宁的交通区位条件日趋改善。

这篇文章中的数据源有，泰宁dem图像，泰宁741波段遥感图。 2.平面地形因子的提取 2.1泰宁等高线的提取

[5]

2.1.1整个泰宁县的等高线提取

地形图上的等高线，可以正确地表示地面上各点的海拔高度、坡度的大小以及地貌形态等。根据它可以计算地面坡度、估算水库库容、平整土地、设计道路以及国防施工等等，有很大的实用价值。

从等高线的疏密，可以判断地面的坡形： ①等高线密集的地方，表示陡坡； ②等高线稀疏的地方，表示缓坡；

③等高线间隔均匀，表示上下坡度均匀一致，是均匀坡；

④自下而上，等高线由密而疏，表示山下部坡较陡，山上部坡渐缓，是凸形；

⑤自下而上，等高线由疏而密，表示山下部坡较缓，山上部坡较陡，是凹形坡。

方法：通过空间分析工具条，依次点击Spatial Analysis → surface analysis → contour??

从提取的等高线中得知整个泰宁县中间地势较低且较平缓，周边地势较高且较陡。泰宁是山区，泰宁城区被群山围绕。(下图等高距为100米)

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图1 泰宁县高程图

2.1.2泰宁城区等高线提取

本文中主要将针对泰宁城区进行地理分析，故首先通过ArcGis对泰宁城区的dem和遥感数据进行截图。

方法：利用mask工具进行裁剪。将高程图中的泰宁城区部分裁剪出来。

①对原有的dem高程影像图进行裁剪 利用toolbox中的spatial analyst tools → extraction → extract by mask，打开extract by mask对话框进行裁剪。

②再对裁剪后的泰宁地区数据重复1中的操作生成等高线更为密集的高程图。

图2 泰宁城区等高线图 （等高距10米）

由上图能够看到，泰宁城区处在群山之中，地势较低且平坦。

3坡度

3.1坡度的提取

在ArcGis软件中提取的坡度是指过该点的切平面与水平面的夹角。坡度表示了地表面在该点的倾斜程度。不过在实际应用中，坡度有两种表示方法，一种就是如上所表示的含义（degree of slope），即水平面与表面之间的夹角；另一种则表示坡度百分比（percent slope），

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即高程增量与水平增量之比的百分数，也可说是切平面与水平面夹角的正切值。

方法：利用dem图像做坡度分析，利用空间分析工具栏，依次点击Spatial Analysis → surface analysis → slope

图3 泰宁坡度图

上图中，颜色越深，表示坡度越大，也就意味着地形越抖。又可以得出同样的结论，即泰宁城区的地形平缓。 3.2对坡度的重分类

为了使在纸质文件上的效果图看得更清楚，我们将上面的坡度图进行重分类。

方法：Spatial Analysis → Reclassify，打开Reclassify对话框，点击classify按钮，在弹出的classification对话框中，classes选项右边的下拉列表框中选择分类数量4。

图4 泰宁坡度重分类图

绿色为坡度最大的范围，即最陡的地方；其余的颜色越深则表示坡度越陡。 4泰宁城区地形图

4.1泰宁城区地形模拟图

为了更直观得认识泰宁城区的地形，我们可以在等高线的基础上，增加山体阴影，这样处理而得的效果图就如地形模拟图，更加直观，表达地形信息更有效。并且这里将提取有效数据区域，作为等高线三维掩膜。

方法：地形模拟制作：spatial analysis → surface analysis → hillshd??。 掩膜：spatial analysis → raster calculator，在弹出的对话框中输入：back = [dem] >= 0。（Dem

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为裁剪后的泰宁高程图。）

图5 泰宁山体阴影图

将泰宁的山体阴影图像与google earth中的截图可

5.泰宁城区的山体顶点提取

背景：山顶点指那些在特定邻域范围内，该点都比周围点高的区域。山顶点是地形的重要特征点，它的分布与密度反映了地貌的发育特征，同时也制约着地貌发育。因此，如何基于DEM数据正确有效地提取山顶点，在数字地形分析中具有重要意义[1]。

方法：

①在对等高线三维背景进行掩膜之后，将等高线图层、掩膜图层、地形模拟图按照由上到下的次序进行排列。

②单击spatial analyst → neighborhood statistics 在弹出的对话框中设置参数。Input data选择泰宁的dem图层，statistic type选择maximum，neighborhood选择rectangle。输出文件命名为maxpoint。这个操作是在计算最大值。

③单击spatial analyst → raster calculator??，输入计算公式：sd = ([maxpoint] - [extract]) == 0，提取山顶点区域。

④选择上一步操作所得到的sd图层，单击spatial analyst → reclassify，设置参数，重分类sd数据。设置参数如下：input raster选择sd，reclass field选择value，set values to reclassify对话框中如样图设置，输出文件名为re_sd。

表1 sd数据重分类表

⑤选择re_sd数据层，单击spatial analyst → convert → raster to features??，在弹出的对话框中input raster选择re_sd，field选择value，output geometry type选择point，输出矢量山顶点数据。

以下为成图结果：

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的高程值已经扩大了2，所以有理由相信，在上面的操作做完后，洼地已经被填充。 当一个洼地区域被填平之后，这个区域与附近区域再进行洼地计算，可能还会形成新的洼地。因此，洼地填充是一个不断反复的过程，知道所有的洼地都被填平、新的洼地不再产生

[1]

为止。

7.3汇流累积量

汇流累积量表示每点的流水累积量，在地表径流模拟过程中，汇流累积量是基于水流方向数据计算得到的[2]。

操作：①基于无洼地的水流方向计算，同8①中的方法ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Flow Direction，输出的文件名为fdirfill

②得到水流方向之后，可以利用水流方向数据计算汇流累积量。ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Fill Accumulation，打开对话框，Input flow direction raster中输入的数据为fdirfill，输出文件名为flowacc。

图16 汇流累积量计算图

7.4河流长度的提取

以逆流计算水流长度为例，ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Flow Length中Input flow direction raster选择fdirfill， Out put raster命名为flowlenup，Direction of measurement选择upstream，提取水流长度信息。结果如下：

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图17 水流长度图

水流长度是指地面上一点沿水流方向到其流向起点（或终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。水流长度直接影响地面径流的速度，进而影响地面土壤的侵蚀力。因此，水流长度的提取和分析在水土保持工作中有很重要的意义[1]。

上面所作的工作，逆流计算是计算地面上每一点逆水流方向到其流向起点的水平投影距离。

7.5河网的提取

河网的生成

栅格河网的生成：利用空间分析的重分类将flowacc进行重分类得出栅格的streamnet。 栅格河网矢量化：ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Stream to Feature，

在弹出的对话框中Input stream raster选择streamnet, Input flow direction raster选择fdirfill，Output polyline features命名为Streamfea。生成如图所示的矢量图。

图18 泰宁城区河网矢量图

由于在数据处理和分析时，很多情况下，都需要矢量图。因此，栅格的生成和栅格转矢量的操作便显得重要。

① 河网分级

方法：ArcToolBox → Spatial Analysis Tools → Hydrology → Stream Order工具，Input stream raster中选择streamnet，Input flow direction raster中选择fdirfill。分别用Strahler和Shreve方法对河网进行分级，输出的名称分别为Streamostr和Streamoshr，分别对应下面的两张图。

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图19 Streamostr方法提取的泰宁城区河网分级图

图20 Streamoshr方法提取的泰宁城区河网分级图

两张图都直观得得出了泰宁城区的主干河流：大金湖。

Streamostr方法（前面一张图的制作方法）是将所有河网湖段中没有支流河网湖段定为第一级，两个一级河网湖段汇流成的河网湖段为第二级，如此下去为第三、第四级??一直到出水口。

Shreve分级，两条一级河网湖段汇流而成的河网湖段为2级湖段，对于以后高级别的湖段，其级别的定义是汇入其河流湖段的级别之和[1]。故在第二幅图中，河网分级后图例两端的颜色出现的较多，而图例的颜色柱当中的颜色出现的较少。而且由于shreve分级的自身特点，我们能够知道在第二幅的图例中，数字68即为该河网中所有一级河网湖段的个数。 8总结

在以上内容中，大部分的成果都是由dem图像经过ArcGis处理直接或间接得来的，通过对dem以及遥感图像的处理，能够得到平面的等值线、顶点、阴影等信息，还能够得到三维以及水纹方面的信息。这说明了dem图像的巨大作用，更是展现了ArcGis软件的强大的数据分析和处理功能，同时也从侧面启示我们，有用的数据是可以挖掘出很多信息的。

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主要参考文献：

[1]汤国安、杨昕. 2006. ArcGis地理信息系统空间分析实验教程. 北京:科学出版社

[2]ArcGIS Hydrology水文分析功能介绍 网址：www.geochina.net/archiver/?tid-3377.html [3]泰宁地理的十二生肖格局 来源：中国泰宁网站

[4]百度百科：泰宁 网址：http://baike.http://www.wodefanwen.com//view/536345.htm?fr=ala0_1 [5]中国泰宁：http://www.fjtn.com/fjtn0/article.asp?articleid=3314

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The analysis and exhibition of geographic statements of

Taining based on ArcGis Software

Abstract: With the development of science, softwares of the field of geographic information has been developing faster and faster and it bring researchers lots of conveniences. In this passage, to make local geographic information more vivid, several examples will be given, which are involved in ArcGis and the dem of Taining.

Keywords: ArcGis, data processing, dem, 3D, water wave.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4g03.html