【实例1】基于DEM数据提取山顶点、凹陷点

听风者 · 发表于 2012-12-2 21:15

1.背景  山顶点指哪些在特定邻域分析范围内，该点都比周围点高的区域。凹陷点指哪些在特定邻域分析范围内，该点都比周围点低的区域区域。DEM 数据提供了丰富的地形信息，基于DEM数据如何正确有效的提取这些地形特征信息，在数字地形分析中具有重要意义。
2.目的
  通过等高线、山顶点、凹陷点的提取和配置、引导读者熟练掌握利用ArcGIS栅格数据空间分析中等高线的提取、栅格数据邻域分析和窗口计算功能，完成栅格数据表面分析。
3.数据
  黄土丘陵地区1:10000DEM 数据。数据存放于随书光盘的..\Chp8\Ex5\目录中。
下载链接：[url=]http://download.csdn.net/detail/liyongliang_2012/4836694[/url]
4.要求
  (1)应用栅格数据空间分析模块中的等高线提取功能，分别提取等高距为15 米和75 米的等高线图，并按标准地形图绘制等高线方法绘制等高线, 作为山顶点、凹陷点空间分布的背景图；
  (2)通过邻域分析和栅格计算器提取山顶点、凹陷点。

5.步骤
  (1)运行ArcMap，激活Spatial Analyst模块。单击【Customize】|【Extensions】，在打开的对话框中勾选Spatial Analyst。

  (2)设置默认工作路径为“E:\GISTest\Chp8\Ex5\Result”。单击【Geoprocessing】|【Environments】，打开环境设对话框，在Workspace中修改工作路径。

图1 工作路径设置
(3)加载DEM数据。在图层上单击右键，选择Add Data，加载dem数据。

图2 DEM数据

(4)绘制等值线（等高距分别为15m、75m的等高线）。在ArcToolbox中选择【Spatial Analyst Tools】|【Surface】|【Contour】，参数设置如下图1所示，提取等高距为15m的等高线。修改等高线间距（Contour interval）为75m，提取等高距为75m等高线，输出文件名为Contour75.

图3 等值线绘制

(5)修改图例颜色。单击Contour15数据层图例，选择显示颜色改成灰度60%，同理，将Contour75数据层图例的颜色改成黑色。效果如图4——增强可视效果。

                                                图4 等高线

  (6)生成山体阴影。选择【Spatial Analyst Tools】|【Surface】|【Hillshade】，设置输出文件名为Hillshade，其他参数取默认值，提取该地区光照晕渲图，作为等高线三维背景。——增强可视效果。
  (7)生成三维立体等高线。按Contour75、Contour15、Hillshade次序放置数据层，生成三维立体等高线图。效果如图5——增强可视效果。

                                       图5 三维立体等高线
  (8)下面是提取山顶点的步骤：
  ①焦点统计，提取分析窗口中栅格的最大值，并将其赋给焦点（待计算栅格中心）。选择【Spatial Analyst Tools】|【Neighborhood】|【Focal Statistics】，设置参数图6所示，单击【OK】，提取大小为11X11的分析窗口中栅格的最大值。

图6 焦点统计参数设置

②栅格计算，提取山顶点。选择【Spatial Analyst Tools】|【Map Algebra】|【Raster Calculator】，输入公式SD="Maxpoint" - "dem" == 0，提取山顶点，设置输出文件名为SD。效果如图7

图7 山顶点
③对SD进行重分类。选择【Spatial Analyst Tools】|【Reclass】|【Reclassify】，设置参数如图8所示，效果如图9——设置空置，相当于屏蔽或删除不需要参与计算的栅格，这里表现为值为0的黄色区域。——屏蔽不需要参与计算的栅格。

图8 重分类参数设置

图9 重分类效果图

④将Re_SD转换为矢量点。在ArcToolbox中选择【Conversion Tools】|【From Raster】|【Raster to Point】，设置如图10，山顶点分布如图11。转出的点较多，是受块统计中分析窗口大小的影响，窗口越大提取的点越少，但是窗口过大的话，将会漏掉一些重要的山顶点。可人工判断删除局部点。

图10 栅格转点

                                                图11 山顶点分布图

(9)下面是提取凹陷点的步骤：
  ①焦点统计，提取分析窗口中象元的最小值，并将其赋给焦点（待计算栅格中心）。图6中的【Statistics type】改为MINIMUM，输出文件名改为MinPoint，其他不变。
  ②栅格计算，提取凹陷点。选择【Spatial Analyst Tools】|【Map Algebra】|【Raster Calculator】，输入公式GD="MinPoint" - "dem" == 0，提取凹陷点，设置输出文件名为GD。
  ③对GD进行重分类。将输出文件名改为Re_GD.
  ④将Re_GD转换为矢量点。输出文件名改为SL_GD.凹陷点分布图如图12

                                                      图12 凹陷点分布图

6.总结
  (1) 基于DEM数据提取山顶点的思路：首先要明白山顶点是特定区域内的最高点（即最大值）。利用【邻域分析】中的【焦点统计】我们可以找到特定分析窗口（如11X11）中象元的最大值并将其赋予焦点（待测象元），这时，每个象元都拥有了特定区域（分析窗口）内的最大值，但是这个最大值是不是就是我们要找的山顶呢？答案显然是NO，否则岂不是每个象元都是山顶了。只有那些没有被赋予最大值（即本身就是分析窗口中的最大值）的象元才是我们要找的山顶。那么，用什么方法可以检验这些最大值（MaxPoint）的“真身”呢？呵呵，真的假的我们不知道，它们自己还能不知道吗？将它们与它们的DEM数据进行对比，若相等自然说明它是“真的”，否则必是被赋予的，用判断表达式表示就是"Maxpoint" - "dem" == 0，这样就将真正的山顶点提取出来了。由于此时的山顶点还是栅格数据，故需要用转换工具将其转换成矢量数据。若对【邻域分析】或是【焦点统计】还有疑问，参考《ArcGIS地理信息系统实验教程（第二版）》第305页 8.6.2 邻域统计等相关内容。
  (2)必要步骤：其中焦点统计、栅格计算、重分类和数据转换是必要的，其他皆可省。
7.思考
  本实例提供的DEM栅格数据是如何得到的呢？我们能不能自己从谷歌地图上自己提取呢？