基于GIS的地质灾害与坡度和相对高差相关性分析 - 图文

毕业设计（论文）任务书

题目： 基于GIS的地质灾害与坡度和相对高差相关性分析 学生姓名： 班级： 学号：

题目类型： 应用型 指导教师： 一、 设计参数

1、地质灾害与GIS的相关知识

2、基于GIS的地形坡度、相对高差的提取 3、相关系数知识

二、 设计（论文）任务及要求

1、熟悉arcgis软件；

2、图像纠正、灾害数据数字化，基于DEM的坡度、相对高差的提取； 3、地质灾害与坡度、相对高差的叠加与计算； 4、灾点在相对高差与坡度上位置相关性计算； 5、相关性分析。 三、 各阶段时间安排

设计内容 查阅文献（10篇，其中要求有1-2篇英文文献） 撰写文献综述 总结拟定本课题的设计方案、技术路线 熟悉arcgis软件 周数 4周 2周 1周 2周 图像纠正、灾害数据数字化，基于DEM的坡度、相对高差提3周 取，相关性计算与分析

毕业论文撰写 毕业答辩

四、主要参考资料

3周 1黎立 张黎建 地质灾害风险评估中GIS技术的应用分析 中国新技术新产品2012 no.07

2 卢全中 彭建兵 地质灾害风险评估研究综述 长安大学 灾害学 2003 12 第18 卷 第4 期

3 姚明波 孔志刚 戴家胜 GIS技术在地质灾害研究中的应用 中国水运 2006 12 第4卷 第12期

4 吴京 何必 李海涛 地理信息系统应用教程 清华大学出版社 15-16页 5 郭芳芳 扬农 孟辉 张岳桥 叶莹莹 地形起伏度和坡度分析在区域滑坡灾害评价中的应用 南京大学 中国地质 2008 2 第35卷 第1 期 6 池建 地理信息系统 清华大学出版社 13-31页

7 王小东 基于GIS的地质灾害数据库设计 河南大学学报 2007 6 第26卷第3期

目录

第一章 研究方向 ................................................................................................................. 1

1.1 引言 ........................................................................................................................ 1 1.2 研究的意义 ............................................................................................................ 2 1.3 研究的内容 ............................................................................................................ 2 第二章 地质灾害与GIS ...................................................................................................... 3

2.1 地质灾害 ................................................................................................................ 3 2.2 地理信息系统(GIS) ............................................................................................... 3

2.2.1 GIS 的简介 .................................................................................................. 3 2.2.2 GIS 的特征 .................................................................................................. 3 2.2.3 GIS 的功能 .................................................................................................. 4 2.2.4 ArcGIS平台 ................................................................................................. 4 2.3 相对高差、坡度与地质灾害 ................................................................................ 4 第三章 基于GIS的坡度、相对高差计算方法 ................................................................. 5

3.1 相对高差和坡度简介 ............................................................................................ 5 3.2 坡度 ........................................................................................................................ 5 3.3 相对高差 ................................................................................................................ 7 3.4 灾害数据 ................................................................................................................ 7 第四章 研究数据的获取 ..................................................................................................... 8

4.1 灾害数据获取 ........................................................................................................ 8

4.1.1 图像纠正 ..................................................................................................... 8 4.1.2 灾害数据数字化 ....................................................................................... 10 4.2 灾害数据数字化成果图 ...................................................................................... 12 4.3 基于DEM的坡度提取 ....................................................................................... 17

4.3.1 坡度的提取和生成坡度图 ....................................................................... 17 4.3.2 灾害点坡度的提取 ................................................................................... 19 4.3.3 灾害点坡度的提取结果图 ....................................................................... 23 4.4 基于DEM的相对高差的提取 ........................................................................... 25

4.4.1 高程（DEM）提取 .................................................................................. 25 4.4.2 相对高差的提取与相对高差图的生成 ................................................... 25

4.4.3 灾害点相对高差的提取 ........................................................................... 27 4.4.4 灾害点相对高差的提取结果图 ............................................................... 30

第五章 灾害数据处理与分析 ........................................................................................... 32

5.1数据格式转换 ....................................................................................................... 32

5.1.1 栅格数据向矢量数据的转换 ................................................................... 32 5.1.2 矢量数据向栅格数据的转换 ................................................................... 33 5.2 地质灾害与坡度、相对高差的叠加计算 .......................................................... 33 5.3 灾害点坡度、相对高差值的分类 ...................................................................... 34

5.3.1 灾害点坡度、相对高差值的分类方法 ................................................... 34 5.3.2 各灾害点坡度、相对高差值的分类结果属性表 ................................... 39 5.4 平均坡度的计算与分析 ...................................................................................... 41 5.5 属性表的导出 ...................................................................................................... 42

5.5.1 导出步骤 ................................................................................................... 42 5.5.2 表格中灾害个数的计算与统计步骤 ....................................................... 43 5.6 灾害的统计结果与分析 ...................................................................................... 44

5.6.1崩塌灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析 ................................ 44 5.6.2滑坡灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析 ................................ 45 5.6.3泥石流灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析 ............................ 46 5.7地质灾害与相对高差和坡度的相关性分析 ....................................................... 47

5.7.1相关系数的计算方法 ................................................................................ 47 5.7.2相关系数的计算与统计结果 .................................................................... 48 5.7.3相关性的分析 ............................................................................................ 49 5.8 结果分析 .............................................................................................................. 50

5.8.1得出结论 .................................................................................................... 50 5.8.2成果分析 .................................................................................................... 50

第六章 结束语 ................................................................................................................... 51 参考文献 ............................................................................................................................. 52 致谢 ..................................................................................................................................... 54 外文翻译 ............................................................................................................................. 56

基于GIS的地质灾害与相对高差和坡度的相关性分析

第一章 研究方向

1.1 引言

今年来 ,各种地质灾害对我国危害程度日益加重 ,地质灾害造成的损失逐年增加 ,造成巨大的经济损失 。所谓地质灾害 ,指由于地质因素的存在和变化能够对各类建筑和工程 造成破坏并招致显著的经济损失 ,对人民生命和生产安全构成威胁 ,对城乡和区域环境产生危害的各类地质作用和现象 。而且随着社会的进步, 政府部门及基层广大群众提高了对地质灾害的重视程度. 对政府而言, 它需要了解辖区内的地质灾害发育规律, 以便采取相应的防治措施; 对群众而言, 则关系到他们的切身利益, 他们需要知道灾害会不会发生, 需不需要搬迁等信息.。通过对相对高差和坡度地貌学中描述地貌形态的两个重要参数的研究，确定相对高差和坡度对地质灾害的影响作用和预测灾害的发生，帮助政府对地质灾害做出科学预报和有效防治，降低和减少地质灾害对国家建设和人民生活的影响。而地理信息系统 (GIS) 是有效表达、处理以及分析与地理分布有关的专业数据的一种技术，它为人们提供了一种快速展示有关地理信息和分析信息的新的手段和平台。 从20 世80 年代以来，GIS在灾害管理中得到逐步深入的应用：从简单的灾害数据管理、多源数据集数字化输入和绘图输出，到DTM和DEM模型的建立和使用；从GIS结合灾害评价模型的扩展分析；到GIS与决策支持系统的集成。GIS的核心是空间数据管理子系统，由空间数据处理和空间数据分析构成。运用GIS所具有的数据采集和提取、转换与编辑、数据集成、数据的重构与转换、查询与检索、空间操作与分析、空间显示和成果输出及数据更新等功能，我们可以根据地质灾害评估的需要，建立以GIS技术为基础的、用于地质灾害评价的空间分析模型，评价结果可以图层的形式显示或者报表、表格形式输出，为专业部门或决策部门提供灾害管理和决策依据。本文主要简述利用 ArcGIS 软件由矢量地形图生成 TIN, 进而得到坡度图、及高程图的方法, 分析地质灾害与相对高差和坡度之间的关系从而帮助政府人员合理科学的预防地质灾害和管理规划地质灾害区的建设与

开发。

1.2 研究的意义

在面对各种地质灾害频发的今天,确定灾害发生的时间、地点、规模显得尤为重要。 因为地质灾害的强大破坏力和对经济的巨大影响使得人们要对它做到足够的认识和预报。而且地质灾害对人民生命和生产安全构成严重威胁，政府部门及基层广大群众更是提高了对地质灾害的重视程度.所以无论从政府方面出发还是从人民方面出发，如何有效的治理和预防地质灾害的发生已经成了人们必须思考的问题。政府急需了解辖区内的地质灾害发育规律, 以便防治。群众需要知道灾害会不会发生如何应急。本文就是致力于研究地质灾害与坡度、相对高差之间的关系来确定灾害发生的时间、地点、规模等问题，为政府宏观决策人民如何防灾减灾做出科学依据。通过研究灾害地区灾害数据，得到统计直方图以及分析结果来帮助政府对地质灾害做出科学预报和有效防治，降低和减少地质灾害对国家建设和人民生活的影响。达到人们对地质灾害的科学认识和合理预防。

1.3 研究的内容

在地质灾害高发的今天，研究地质灾害的方法越来越成熟，工具也越来越多。而地理信息系统 (GIS) 就是一种研究地质灾害理想工具，它有着不可替代的优势与功能。它不仅可以有效的表达、处理以及分析与地理分布有关的专业数据，也可以为人们提供一种快速展示有关地理信息和分析信息的新的手段和平台。本文就是基于GIS利用ArcGIS 软件平台研究灾害地区（甘肃甘谷地区）的各种灾害的发生与坡度、相对高差之间的关系。提取出坡度图、相对高差图, 统计得到坡度、相对高差与各种灾害（滑坡、泥石流、崩塌、不稳定斜坡）之间的关系直方图并加以分析，确定地质灾害与相对高差和坡度之间的关系。再在此基础上计算得到灾害与坡度、相对高差之间的相关系数与统计图，对灾害与坡度、相对高差之间的相关性加以分析研究。确定它们之间的相关性大小。从而确定各种灾害的发生与坡度、相对高差之间的具体关系，帮助政府人员合理科学的预防地质灾害和管理规划地质灾害区的建设与开发。帮助人民防灾减灾。

第二章 地质灾害与GIS

2.1 地质灾害

地质灾害是包括自然因素或人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体滑

[1]

坡、崩塌、泥石流、地裂缝等与地质作用有关的灾害。我国是世界上自然灾害最多、

损失最严重的国家之一,灾害种类多,分布地域广,造成损失大。应对自然灾害是人类生存与可持续发展不可回避的问题之一,与风险共存,始终做到居安思危、防患于未然,是减灾和灾害管理的基本点和出发点。

2.2 地理信息系统(GIS)

2.2.1 GIS 的简介

地理信息系统(GIS)是一门集计算机，信息学，地理学等多门学科为一体的学科。它是在计算机软件和硬件支持下，应用系统工程和信息工程的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。[2] GIS通常也被认为是一种决策支持系统。它是有信息系统的一般特点。GIS可以通过、分析、通讯进行复杂图案识别以及空间建模和数据挖掘。一个GIS系统一般由5部分组成硬件、软件、数据、人员、方法。所以GIS既是一门学科又是一个技术系统。

2.2.2 GIS 的特征

（1）具有采集，管理，分析和输出多种地理空间信息的功能，具有空间性和动态性。

（2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析，多要素综合分析，多要素综合分析和动态预测的能力。 （3） 由计算机系统支持进行空间地理数据管理。[3]

2.2.3 GIS 的功能

（1） 数据的提取，转换和编辑 （2） 数据的集成

（3） 数据结构的重构和数据转换 （4） 空间数据的查询和检索 （5） 空间操作和分析 （6） 空间显示和成果输出

2.2.4 ArcGIS平台

ArcGIS 是 美 国 环 境 系 统 研 究 所 ESRI（Environment System Research Institute）开发的GIS 软件，该软件功能强大，易学易用。是世界上应用最广泛的GIS软件之一，也是我国 GIS 领域常用的商业软件之一。[4] 随着用户的需要的不断增长和应用领域的不断拓展，ArcGIS软件业不断的升级完善。主要有ArcGIS9.0 ArcGIS9.2 ArcGIS9.3 等。本篇论文运用的是ArcGIS9.3版本。ArcGIS9.3是优秀的地理信息系统软件，不仅功能强大而且界面友好。基本上可以满足不同层次的用户需要。ArcGIS9.3有四部分组成，分别是桌面GIS、嵌入式GIS、移动GIS和服务器GIS。而桌面GIS软件ArcGIS Desktop是开发、设计地理信息系统的主要应用程序。是一系列整合的应用程序总称。主要包括ArcMAP、ArcCatalog、ArcToolbox 。除此之外，还包括若干可选的扩展模块，如3D Analyst、Spatial Analyst 。

2.3 相对高差、坡度与地质灾害

坡度对地形分析的影响是多方面的, 从选择、确定灾害发生地以及城市景观的组织无一不受地形的影响,形影响因素主要有: 高程、坡度、坡向等。且坡的发育受控于很多因素, 如地形(相对高差)、地层岩性层、地质构造等， 这些主控因素成为地质灾害危险度区划的基础。然而, 只有深入研究每一个主控因素与灾害发育之间的关系, 才能最终建立科学的灾害评价系统, 提供客观的灾害发生的区域空间预测模型。在灾害形成的地形控制因素分析中, 坡度和相对高差受到了重视, 尤其在单体滑

坡的监测中, 坡度和相对高差可以通过野外实测得到, 是控制单体滑坡发育的重要因素。在滑坡区域空间预测和相关性研究中, 坡度和相对高差的提取基于DEM。在ArcGIS 软件平台上, 利用已知数据资料, 通过对研究区相对高差和坡度的提取, 结合现有区域数据资料, 建立这两个地形参数与区域灾害发育之间的相关性, 探讨相对高差和坡度分析在地质灾害评价中的应用。可以很好的研究和了解地质灾害的形成，发生和预测。

第三章 基于GIS的坡度、相对高差计算方法

3.1 相对高差和坡度简介

相对高差和坡度是地貌学中描述地貌形态的两个重要参数。 相对高差反映地表起伏程度, 常用某一确定面积（一定半径的圆面）内最高点和最低点海拔高度之差来表示, 坡度一般指坡面的铅直高度和水平宽度比值的反正切值。地面上某点的坡度是表示地表面在该点倾斜程度的量, 它是一个既有大小、又有方向的量。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。[5] ArcGIS 中坡度包括两种表示方法，一是坡度 (Degree of slope)，二是坡度百分比(Percent of slope)。而本文中坡度不是指实测得到的值, 而是基于DEM 数据利用ArcGIS 提取的坡度值。新近快速发展的地理信息系统(Geographic Information System,GIS) 为地质学研究和地貌形态的定量分析提供了新的视角和平台。数字高程模型(DigitalElevation Model,DEM) 作为地理数据库中最为重要的空间信息资料和赖以进行地形分析的核心数据系统，不仅可以提取相对高差、坡度和坡向等地形参数，这些参数同时成为定量分析地形地貌和地质灾害评价的基础。另外, 地理信息系统在滑坡灾害评价中的应用日益成为地质灾害研究中的热点。

3.2 坡度

格网模型中地表基本单元的坡度等于其法向量ni,j与 z轴之夹角（图3-2-1中的slopei,j），而两向量的夹角余弦等于两向量的数量积与模的乘积之商，即：

?

图3-2-1 地表基本单元坡度、坡向示意图 图3-2-2 格网点配置示意图

?Slopei,j=arcos( z?nij???) z?nij =arcos(2 ?x?y/((?y(zi,j?1?zi,j?zi?1,j?1?zi?1,j))2 (3-2-2)

+(?x(zi,j?1?zi?1,j?1?zi?1,j?zi,j))?4?x?y)2)

根据(3-2-2)式计算格网模型的坡度的过程较为复杂。一般情况下，如果格网为正方形，那么可以采用下面介绍的简化公式（参见图3-4）进行计算。

假设 zazbzczd为地表基本单元四个格网点的高程数据，?xy为格网的基本单位长度，那么p点的微分公式为：

2221u =

V =

2(za?zb)?zza?zb ???xdis2?xy2(zcc?zd)?zzc?zd ???ydis2?xySloopi,j =actanu2?v2 (3-2-3)

对(3-2-2)、(3-2-3)而言，0??slopei,j?90?。应用时，可根据需要对度数进行分级，以形成坡度分析的分级标准。当需要时，也可以把度数转化为百分比。[6]

3.3 相对高差

相对高差又可以理解为地形起伏度，是指在一个特定的区域内，最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。它是描述一个区域地形特征的一个宏观性的指标。从相对高差（地形起伏度）的定义可以看出，求地形起伏度的值，首先要求出一定范围内海拔高度的最大值和最小值，然后，对其求差值即可。地形起伏度最早源于前苏联科学院地理所提出的地形切割深度，地形起伏度现在成为划分地貌类型的一个重要指标。 本文是在研究的地质灾害区域内安半径为11米得的圆为研究最小单元，在此最小单元内进行计算大的最大高程值与最小高程值之差。 它的计算要在Arc GIS中进行，利用栅格邻域计算工具设置最大值A；设置最小值为 B。然后 [A]-[B]，即可得到一个新层面，其每个栅格的值就是以这个栅格为中心的确定邻域的相对高差（地形起伏）值。

3.4 灾害数据

灾害数据是指为研究灾害地区的灾害发生情况进行灾害预报和科学研究灾害而通过各种手段获取的有关灾害的数字信息，图像影像信息以及其他信息。比如：灾害数据可以是收集的已有地图。本文研究的灾害数据就是已获得的影像地图，这种灾害数据信息的获取需将图像数字化后才可获取得到具体数据信息。首先使图像扫描、纠正图像。再进行灾害数据数字化，便可得到研究灾害相关性的数据信息。纠正是指，使摄影测量得到的地质灾害图像与灾害界址图像具有相同的坐标，且能很好的重合。让地质灾害图像的坐标和比例尺达到一定精确，满足图像数字化处理要求。其图像纠正的具体方法是加载ggboiund（界址图）与灾害图，点击zoom to layer 利用Georeferencing工具完成图像纠正。

第四章 研究数据的获取

4.1 灾害数据获取

4.1.1 图像纠正

图像纠正的步骤：在ArcGIS中打开界址图如图(1)，加载灾害图如图(2)，左击灾害图出现菜单，然后点击zoom to layer ，修改在灾害图坐标，使之达合理精度要求如图(3)。再检查所修改的坐标，确定满足要求精度如图(4)。利用Georeferencing工具中的fit to display完成图像纠正。其结果如图(5)。

图4.1界址图像

图4.2灾害图像

图4.3修改坐标

图4.4坐标属性框

图4.5纠正结果图

4.1.2 灾害数据数字化

1 灾害数据数字化步骤

灾害数据数字化的目的是为相关性分析获得基础数据，步骤是加载纠正后的图像，新建各个（滑坡，泥石流，不稳定斜坡，崩塌）灾害图层。下面以滑坡灾害数据化为例介绍操作步骤：新建滑坡图层，添加纠正后图像，在滑坡图层下选择合适的标

志点，逐次在纠正图上点出滑坡的灾害点如图(6)。打开滑坡灾害图的属性表open Attribute tabie,再在属性class一栏中单击右键，选择field calculator如图(7)。编辑class=滑坡，点击ok运行后，结果如图(8)。到此滑坡灾害数据化完成，其他灾害数据化步骤与其相同这里不在一一介绍。其它灾害数据化结果如图(9) 图(10) 图(11)

图4.6滑坡灾害数据数字化

图4.7 field calculator

图4.8 坡灾害数据数字化结果图

泥石流：

图4.9泥石流灾害数据数字化结果

崩塌：

图4.10 崩塌灾害数据数字化结果图

不稳定斜坡：

图4.11 崩塌灾害数据数字化结果

4.2 灾害数据数字化成果图

灾害数据数字化（界址灾害）成果图

成果图4.1 泥石流灾害点图

成果图4.2 滑坡灾害点图

成果图4.3 崩塌灾害点图

成果图4.4不稳定斜坡灾害点图

2灾害数据数字化（界址灾害）成果图

成果图4.5滑坡灾害点图

成果图4.6 泥石流灾害点图

成果图4.7崩塌灾害点图

成果图4.8不稳定斜坡灾害点图

4.3 基于DEM的坡度提取

4.3.1 坡度的提取和生成坡度图

坡度的提取是为相关性分析提取必要数据，坡度的提取坡度的计算方法很成熟，基于已有数据，第一步：用行政边界和等高线数据生成TIN，然后转成DEM。（ARCGIS 3D ANALYSIS TOOL—CREATE/MODIFY TIN—CONVERT第二步：用生成的DEM来进行坡度分析。（ARCGIS 3D ANALYSIS TOOL—SURFACE—SLOPE OR ASPECT 具体的工具是创建Tin3D Analyst工具条->CREATE/MODIFY TIN->Create Tin from Features提取坡度工具3D Analyst和Sapatial Analyst工具条上的Surface Analyst->Slope(坡度)。在ArcGIS中添加dem，然后在spatial Analyst工具中选择

surfaleAnalsic—slope通过点击sloop进行确定，其操作过程如图（12），

图4.12 surfaleAnalsic—slop

弹出slope对话框图（13）。在对话框中编辑如图属性：然后点击ok。

图4.13 slope对话框

得到坡度图：

成果图4.9 坡度图

4.3.2 灾害点坡度的提取

1 提取方法与步骤

提取坡度值和高程值到灾害点，是研究相关性必要的数据处理过程，下面以滑坡为例介绍操作过程。在ArcGIS中添加数字化后的各灾害图，以及坡度图。打开工具条，在spatial Analyst tools --Extraction中找到Extract Values Points工具，如图（14）

图4.14 Extract Values Points

打开Extract Values Points对话框，按照如图(15)选择提取数据与保存位置，点击ok，完成滑坡灾害点坡度的提取。

图4.15 Extract Values Points对话框

再打开数据化后灾害图（以滑坡为例）属性表，修改属性字段名称。在options--Add Field中添加sloop字段，利用field calculator计算器修改，函数公式为sloop=RASTERVALV 如图(16) 图(17) 使之属性表中出现sloop（坡度）一列。

图4.16 field calculator

图4.17编辑sloop=RASTERVALV

2灾害点坡度提取属性表结果

成果表4.1泥石流

成果表4.2 滑坡

成果表4.3 不稳定斜坡

成果表4.4崩塌

4.3.3 灾害点坡度的提取结果图

1滑坡灾害发生点坡度图：

成果图4.10 滑坡灾害发生点坡度图

2泥石流灾害发生点坡度图：

成果图4.11 泥石流灾害发生点坡度图

3崩塌灾害发生点坡度图：

成果图4.12崩塌灾害发生点坡度图

4不稳定斜坡灾害发生点坡度图：

成果图4.13不稳定斜坡灾害发生点坡度图

4.4 基于DEM的相对高差的提取

4.4.1 高程（DEM）提取

提取高程值到灾害点，与提取坡度值到灾害点操作步骤与方法类似，还是在ArcGIS中添加数字化后的各灾害图，以及DEM图。打开工具条，在spatial Analyst tool --Extraction中找到Extract Values Points工具进行提取，在选择提取数据时选择dem数据。这里不再详细介绍。

4.4.2 相对高差的提取与相对高差图的生成

1相对高差的提取方法步骤

相对高差（地形起伏度）的具体提取方法如下： 方法（1）：

激活 DEM 数据， 在 Spatial Analyst下使用栅格邻域计算工具 Neighborhood Statistics 。设置 Statistic type 为最大值，邻域的类型为矩形或圆 ，本文为邻域的大小为 半径为11米的圆（这个值也可以根据自己的需要进行改变），则可得到一个邻域半径为 11米的圆的最大值层面，记为 A； 重复 以上操作，只是把 Statistic type 值设置为最小值，即可得到 DEM 数据的最小值层面，记为 B；在Spatial Analyst下使用栅格计算器Calculator，公式为[A]-[B]，即可得到一个新层面，其每个栅格的值是以这个栅格为中心的确定邻域的地形起伏值。本文利用方法1进行相对高差（地形起伏度）的具体提取. 方法（2）：

在ArcGIS的Spatial Analyst Tool下，采用Focal函数分别计算DEM的最大高程值和最小高程值，再将最大高程值和最小高程值进行差值运算。 方法（3）：

用Createfishnet工具做个要计算的大小范围的栅格，用Zonal statistics直接计算RANGE，即为地形起伏度。 2相对高差图

(1) DEM单位面积（半径为 11米的圆）最大值层面图A：

成果图4.14最大值层面图A

(2) DEM单位面积（半径为 11米的圆）最小值层面图B：

成果图4.15最小值层面图B

（3）相对高差提取图：

成果图4.16相对高差提取图

4.4.3 灾害点相对高差的提取

1灾害点相对高差的提取方法与步骤

相对高差的计算关键在于统计单元的选择 ,也就是定义所指的某一确定面积的值。随着统计单元半径的增大 ,相对高差(地形起伏度)的值也随之增大 ,但增到一定程度即趋于稳定。最佳的统计单元才能真实反映相对高差（地形起伏）。

提取相对高差值到灾害点，与提取坡度值、DEM值到灾害点的操作步骤与方法类似，还是在ArcGIS中添加数字化后的各灾害图，以及相对高差的提取图。打开工具条，在spatial Analyst tool --Extraction中找到Extract Values Points工具进行提取，在选择提取数据时选择相对高差数据。这里不再详细介绍。其结果如图（19）

图4.19结果属性表

2灾害点基于坡度相对高差的提结果

成果表4.5 泥石流

成果表4.6不稳定斜坡

成果表4.7滑坡

成果表4.8崩塌

4.4.4 灾害点相对高差的提取结果图

1滑坡：

成果图4.17 滑坡灾害点相对高差图

2泥石流：

3崩塌：

成果图4.18泥石流灾害点相对高差图

成果图4.19崩塌灾害点相对高差图

4不稳定斜坡：

成果图4.20不稳定斜坡灾害点相对高差图

第五章 灾害数据处理与分析

5.1数据格式转换

5.1.1 栅格数据向矢量数据的转换

展开 Conversion Tools 工具箱，打开From Raster工具集，双击 Raster to Polygon，打开 Raster to Polygon 对话框。 在 Input raster文本框中选择输入需要转换的栅格数据。在Output Polygon Features文本框键入输出的面状矢量数据的路径与名称。 选择 Simplify Polygons按钮 （默认状态是选择），可以简化面状矢量数据的边界形状。单击 OK按钮，执行转换操作。

5.1.2 矢量数据向栅格数据的转换

展开 Conversion Tools 工具箱，打开To Raster 工具集，双击 Feature to Raster打开 Feature to Raster对话框。 在 Input features 文本框中选择输入需要转换的矢量数据。在Field窗口选择数据转换时所依据的属性值。 在 Output raster 文本框键入输出的栅格数据的路径与名称。在 Output raster文本框键入输出栅格的大小，或者浏览选择某一栅格数据，输出的栅格大小将与之相同。 单击 OK按钮，执行转换操作。该命令同样适用于地理数据库中的要素类 。

5.2 地质灾害与坡度、相对高差的叠加计算

在arcgis常见的叠加分析情况汇总。在矢量叠加，即将同一区域、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠加产生一个新的数据层，其结果综合了原来图层所具有的属性。矢量叠加操作分为：交集（Intersect）、擦除（Erase）、标识叠加（又称交补集,Identify）、裁减（Clip）、更新叠加（Update）、对称差（SymmetricalDifference）、分割（Split）、合并叠加（Union）、添加（Append）、合并（Merge）以及融合（Dissolve）等类型。编辑里边的merge是将同一要素类里边的要素合并生成新的要素，并将原要素删除，其属性按指定的要素修改。编辑里边的union可将同一要素类或不同要素类的要素合并生成新的要素，不删除原要素，新要素的属性为系统默认值（空格或0等，根据字段属性而定）。编辑里的merge和union是对选中的要素进行操作。

灾害点坡度、相对高差叠加后图像：

成果图5.21 灾害点坡度、相对高差叠加后图

5.3 灾害点坡度、相对高差值的分类

5.3.1 灾害点坡度、相对高差值的分类方法

为了方便相关性分析，还要将提取出来的灾害点坡度、相对高差值进行分类研究，添加新的属性字段，在options--Add Field添加坡度分类字段sloopcalss ，相对高差分类字段xdgcclass. 下面以灾害点坡度分类为例进行详细介绍：打开属性表，添加sloopcalss字段，如图（20）pe框中选择Text。

图5.20 options--Add Field

然后打开Salect By Attributes工具，如图（21）

图5.21 Salect By Attributes

在Salect By Attributes对话框中选择sloop＜5 使之选出坡度小于5度的灾害点，之后点击APPLY. 确认，如图（22）

图5.22 Salect By Attributes对话框

确认之后再在属性表中点击selected 使之在全属性表中搜索选择数据，如图（23）图（24）

图5.23 selected

图5.24筛选

再打开field czlculater计算工具，在field czlculater对话框中编辑sloopcalss=”0-5”,如图（25）图（26）

图5.25 field czlculater

图5.26 field czlculater对话框

按照以上方法，依次在Salect By Attributes计算工具中编辑sloopcalss≤10 and sloopcalss＞5 sloopcalss≤20and sloopcalss＞10 sloopcalss≤40 and sloopcalss＞20 sloopcalss≤60and sloopcalss＞40 进行坡度分类，选择出不同坡度的灾害点数。如图（27）

图5.27 编辑公式图

分类结果属性表如图（28）

图5.28 结果属性图

其它灾害点的坡度分类方法与上面步骤一致，各灾害点的相对高差分类方法也与上面步骤类似，在编辑公式时安xdgcclass的分类大小范围编辑即可。这里不再详细介绍。

5.3.2 各灾害点坡度、相对高差值的分类结果属性表

泥石流：

成果表5.9 泥石流

滑坡：

成果表5.10 滑坡

崩塌：

成果表5.11 崩塌

不稳定斜坡：

成果表5.12 不稳定斜坡

5.4 平均坡度的计算与分析

利用ArcGIS软件的SpatialAnalyst(空间分析模块)功能模块,先由矢量等高线数据生成DEM栅格表,再由Slope函数提取出坡度,对坡度进行重分类,然后对该数据层的属性数据进行统计和分析。操作流程如下:①加载等高线数据。②加载Spa-tial Analyst(空间分析模块)功能模块,运行Spatial Ana-lyst/Interpolate to Raster/Spline命令,生成DEM栅格表。③图形裁减。利用ArcToolbox/Spatial Analyst Tools/Ex-·17·资源开发与市场Resource Development&Market 2009 25(1)·实验术·traction/Extract by Mask工具,对栅格图像进行裁剪,依据研究区轮廓图将研究区的DEM图裁剪出来。④提取坡度。运行Spatial Analyst/Surface Analy-sis(面分析)/Slope(坡度分析),生成研究区的坡度图,栅格图形中每一个点的像素单元值(Pixel Value)即为改点的坡度值,结果见图2。⑤坡度重分类。运行Spatial Analyst/Reclassify(重分类)工具,将坡度按表1进行分类,结果见图3。⑥坡度分类统计。将重分类后生成的栅格图形属性表导出为.dbf文件,通过Excel软件进行汇总和统计,计算出研究区坡度组成以及平均坡度。

5.5 属性表的导出

5.5.1 导出步骤

打开属性表，在Options中打开Export Data，选择好保存位置进行属性表的导出，如图（29） 图（30）

图5.29 Export Data

图5.30 Export Data

5.5.2 表格中灾害个数的计算与统计步骤

按照坡度、相对高差等级统计。方法为excel中建立透析表进行统计打开导出的属性表，如图(31)

图5.31 新建立透析表

按照透析表统计函数进行统计计算如图（32）。复制透析表到其他位置，仅保留值和数字格式。并在EXCEL表格中插入统计直方图，统计计算灾害个数。

图5.32统计计算

5.6 灾害的统计结果与分析

5.6.1崩塌灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析

1崩塌统计表：

成果图5.22 崩塌统计图表

2 分析：

灾害区域崩塌灾害可能发生的地点有32个，从统计表中分析大多集中在坡度为0-10度和200-300米的相对高差这度范围内，在这个范围里坡度不是太大，这里地貌以土山丘为主。土质比较疏松，所以容易发生崩塌灾害。崩塌发生点一般离河较远，多发生在地形起伏较大地区。在高坡度和相对高差大的地点虽然有崩塌发生的可能但不多，这主要是在这一坡度和相对高差范围内，地貌多以石山和较稳定的土山为主，结构稳定不易崩塌。但还是要定期做好变形监测工作，以防发生崩塌灾害。而重点监测区还是以0-10度这个坡度范围监测，这里是崩塌高发地区，要做好预防减灾工作。

5.6.2滑坡灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析

1滑坡统计表：

成果图5.23 滑坡统计图表

2分析：

灾害区域内滑坡灾害可能发生的地点有223个，在统计表中分析，灾害多集中在0-10度这个坡度范围内，在这个坡度范围里总共有83个灾害发生点。地面起伏度在200-300米范围内灾害发生数最多。结合滑坡灾害坡度图等分析，滑坡灾害多发生在河谷区域，这里地貌以黄土坡为主。黄土的黏性较差土质也比较疏松，极易受到降雨或其他外力的切割破坏。所以较容易发生滑坡灾害，在高坡度地区滑坡很少发生，分析这些高坡度地区地貌以石山和较稳定的土山为主，结构稳定不易滑坡。在原始灾害数据获取中，滑坡地质灾害的测量确认范围一般都集中在人类利用和开发的地区。比如农田果园牧地等，对于荒山人烟稀少的荒芜地区测量关注度相对较低。所以得到这这种灾害的灾害发生数据时，数据对整个地区的代表性不是太高。

5.6.3泥石流灾害与坡度、相对高差关系统计结果与分析

1泥石流统计表：

成果图5.24 泥石流统计图表

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