中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所教育中心ArcGIS培訓(xùn)8Dppt課件

1、TIN、DEM、三維制造和分析 閆磊2022年7月14日講解內(nèi)容根本含義TIN、DEM制造空間內(nèi)插方法空間外表分析21.1、DEM是什么DEM是“數(shù)字高程模型Digital Elevation Model的英文簡(jiǎn)寫(xiě)。數(shù)字高程模型是用一組有序數(shù)值陣列方式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型，是數(shù)字地形模型Digital Terrain Model，簡(jiǎn)稱DTM的一個(gè)分支。普通以為，DTM是描畫(huà)包括高程在內(nèi)的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等。在ArcGIS中普通都是外表surface，ArcGis中外表有兩種，一種是Raster surface，一種就是Tin surface而Grid是ESRI本

2、人的基于文件系統(tǒng)的柵格影像格式，等同與tif,jpeg等等 31.2 DEM和GRID區(qū)別DEM和GRID 都是柵格數(shù)據(jù)而TIN是矢量數(shù)據(jù)延續(xù)的柵格數(shù)據(jù)是沒(méi)有屬性表的 或者是簡(jiǎn)單的柵格單元的統(tǒng)計(jì)，離散的柵格數(shù)據(jù)才帶屬性表tin可以生成demtin to raster。在arcgis里面建議選用grid格式的柵格文件 兩者轉(zhuǎn)換方法：一：先用等值線或特征點(diǎn)生成TIN，在用TIN生成GRID，在轉(zhuǎn)換輸出DEM。二：用已有的DEM文件其它軟件生成的轉(zhuǎn)換成GRID，或TIN。運(yùn)用空間分析工具，生成等高線。GRID的渲染普通采用ArcGIS里的符號(hào)自動(dòng)分級(jí)即可 41.3外表模型GRID和TIN的區(qū)別 GR

3、ID和TIN是常用的兩種表示外表的模型，ArcGIS中外表分析就是對(duì)GRID和TIN的分析。真實(shí)的外表是延續(xù)變化的，要想記錄一切定義外表的位置是不能夠，因此都是用一種非常接近外表的模型來(lái)替代。普通都是從真實(shí)外表上抽取一些樣點(diǎn)，然后用插值的方法來(lái)求出樣點(diǎn)之間的值那么構(gòu)成了外表模型。 其中GRID是用規(guī)那么的空間格網(wǎng)點(diǎn)來(lái)表示外表，格網(wǎng)中間任何一點(diǎn)的值可以經(jīng)過(guò)加權(quán)平均的方法來(lái)估計(jì)。TIN是用相互比鄰的、互不重疊的三角面來(lái)表示外表，三角面上任一點(diǎn)的值可以經(jīng)過(guò)加權(quán)平均附近三角形頂點(diǎn)值的方法來(lái)求得。 這兩種模型各有優(yōu)缺陷，相比而言，GRID模型比較簡(jiǎn)單、高效，TIN模型比較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)量，耗內(nèi)存大。所以，普

4、通GRID模型多用于區(qū)域性的、小比例尺的運(yùn)用，而TIN模型那么更常用于精細(xì)的、大比例尺的運(yùn)用。52.1創(chuàng)建TIN1、運(yùn)用等值線和離散點(diǎn)有一個(gè)字段標(biāo)注高程值 加載等值線，一定要選高程字段 翻開(kāi)3D analysis工具,creat TIN,設(shè)置參數(shù)，Hard line提供Z值，那么構(gòu)建出來(lái)的Tin也就會(huì)在Hard line處生成節(jié)點(diǎn)，表示外表上的不延續(xù)性，Soft line在參與構(gòu)Tin時(shí)，本身不提供Z值，表示線性要素但并不改動(dòng)外表坡度的邊。比如，要標(biāo)出當(dāng)前分析區(qū)域的邊境，mass points離散點(diǎn)，生成的TIN沒(méi)有線soft line和hardline，用于點(diǎn)生成tin62.1兩塊等高線創(chuàng)建

5、TIN Tin的剪裁數(shù)據(jù)位置：9demdgx兩塊等高線創(chuàng)建TIN，按照下面的方法，創(chuàng)建Tin，這不是我們需求？72.1兩塊等高線創(chuàng)建TIN Tin的剪裁運(yùn)用矢量和柵格clip、split都不可以的，只需在創(chuàng)建Tin，參與剪裁的面，一同參與創(chuàng)建tin，面的參數(shù)設(shè)置，如下，運(yùn)用hard clip 多邊形參與tin四種方式裁切多邊形：定義插值的邊境，處于裁切多邊形之外的輸入數(shù)據(jù)將不參與插值與分析操作。 刪除多邊形：定義插值的邊境，與裁切多邊形的不同之處在于多邊形之內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)將不參與插值與分析操作。 交換多邊形：可對(duì)邊境與內(nèi)部高度設(shè)置一樣值，可用來(lái)對(duì)湖泊或斜坡上地面為平面的開(kāi)挖洞建模。 填充多邊形：

6、它的作用是對(duì)落在填充多邊形內(nèi)一切的三角形賦予整數(shù)屬性值。外表的高度不受影響，也不進(jìn)展裁切或刪除。 82.2Tin-DEM然后convert TIN to raster,生成DEM,直接運(yùn)用經(jīng)緯坐標(biāo)的無(wú)法生成grid， Elevaton按原來(lái)的值、下面坡度、坡向，Cellsize 默許值是圖形外接矩形最短邊除以250，單位和地圖坐標(biāo)定義，是地理坐標(biāo)是度為單位，其他以米為單位，一個(gè)像素點(diǎn)代表的矢量的大小高度*寬度，Cellsize越大，粒度越大，影像越小行數(shù)row，col越少，數(shù)據(jù)精度越低， Cellsize可以浮點(diǎn)數(shù)，可以小于1的92.3 對(duì)沒(méi)有等高值的點(diǎn)填等高值經(jīng)過(guò)Dem給點(diǎn)層賦值 Extra

7、ct Values to Points一定要設(shè)置輸出的范圍，范圍可和當(dāng)前顯示窗口一致，呵斥根本緣由grid的坐標(biāo)系統(tǒng)有問(wèn)題102.3 對(duì)沒(méi)有等高值的點(diǎn)填等高值經(jīng)過(guò)Dem給點(diǎn)層賦值 Extract Values to Points 也可以Sample，不同是這個(gè)工具生成只需一個(gè)屬性表，需求經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)表建立點(diǎn)層。11運(yùn)用已有DEM對(duì)等高線賦高程獲得等高線一個(gè)點(diǎn) Feature to Point對(duì)獲得點(diǎn)賦高程 Extract Values to Points線銜接join點(diǎn)123、空間內(nèi)插方法 空間插值常用于將離散的丈量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為延續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，以便與其它空間景象的分布方式進(jìn)展比較，它包括了空間內(nèi)插和

8、外推兩種算法?？臻g內(nèi)插算法是一種經(jīng)過(guò)知點(diǎn)的數(shù)據(jù)推求同一區(qū)域其它未知點(diǎn)數(shù)據(jù)的計(jì)算方法；空間外推算法那么是經(jīng)過(guò)知區(qū)域的數(shù)據(jù)，推求其它區(qū)域數(shù)據(jù)的方法。 插值是利用有限數(shù)目的樣本點(diǎn)來(lái)估計(jì)未知樣本點(diǎn)的值，插值的前提是空間地物具有一定的空間類似性，間隔較近的地物，其值更為接近，如氣溫、高程，污染等。實(shí)踐中，通常不能夠?qū)ρ杏憛^(qū)內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)的屬性值都進(jìn)展丈量。普通選擇一些離散的樣本點(diǎn)進(jìn)展丈量，經(jīng)過(guò)插值得出未采樣點(diǎn)的值。采樣點(diǎn)可以是隨機(jī)選取、或那么選取特征樣點(diǎn)，但必需保證這些點(diǎn)代表了區(qū)域的總體特征。可以插值生成延續(xù)且規(guī)那么的柵格面。通常采樣點(diǎn)數(shù)目越多，分布地越均勻，插值效果就會(huì)越好。133、空間內(nèi)插方法類型反間隔

9、權(quán)重插值Inverse Distance Weighting 簡(jiǎn)稱IDW樣條函數(shù)插值Spline克里格插值kriging自然鄰域法Natural Neighbor留意：1-4必需是點(diǎn)層數(shù)據(jù)143.1反間隔權(quán)重插值 IDW 這種方法的假設(shè)前提是每個(gè)采樣點(diǎn)間都有部分影響，并且這種影響與間隔大小成反比。就是離目的點(diǎn)近的點(diǎn)其權(quán)值就比遠(yuǎn)的點(diǎn)大。這種方法適用于變量影響隨間隔增大而減小的情況。如計(jì)算某一超市的消費(fèi)者購(gòu)買力權(quán)值，由于人們通常喜歡就近購(gòu)買，所以間隔越遠(yuǎn)權(quán)值越小。如輻射，或者污染源，間隔越遠(yuǎn)，影響越小。153.1反間隔權(quán)重插值 IDW Z value field 用來(lái)插值的屬性數(shù)據(jù)字段Power

10、即間隔的指數(shù)。冪越大，點(diǎn)的間隔對(duì)影響越小。冪越小，外表越平滑。合理范圍是0.53Search radius type:搜索半徑類型,有可變和類型兩種，定半徑插值時(shí)，運(yùn)用指定搜索半徑內(nèi)一切的點(diǎn)作為輸入點(diǎn)。假設(shè)在搜索半徑內(nèi)沒(méi)有任何點(diǎn)，這時(shí)將自動(dòng)添加?xùn)鸥駟卧乃阉靼霃?，直到到達(dá)指定的最少點(diǎn)數(shù)為止。Maximumu distance：指定最大搜索半徑，沒(méi)有指定是整個(gè)地圖范圍Number of points：最大搜索半徑內(nèi)用作輸入的點(diǎn)數(shù)Use barier polylines：插值妨礙163.2 樣條函數(shù)插值Spline 它采用樣本點(diǎn)擬合光滑曲線，且其曲率最小。經(jīng)過(guò)一定的數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)采樣點(diǎn)周圍的特定點(diǎn)進(jìn)展

11、擬合，且結(jié)果經(jīng)過(guò)一切采樣點(diǎn)。該方法適用于漸變的外表屬性，如高程、水深、污染聚集度等。不適宜在短間隔內(nèi)屬性值有較大變化的地域，那樣估計(jì)結(jié)果會(huì)偏大。173.2 樣條函數(shù)插值Spline Z value field 用來(lái)插值的屬性數(shù)據(jù)字段Spline type：樣條函數(shù)類型張力Tension、規(guī)那么Regularized張力Tension樣條中的加權(quán)值，是用來(lái)調(diào)整外表彈力的值。當(dāng)加權(quán)值為0時(shí)，為規(guī)范的薄板樣條插值。加權(quán)值越大，外表彈性越大。典型的加權(quán)值為0、1、5和10，規(guī)那么樣條 Regularized中的權(quán)重值用來(lái)控制外表的平滑度。權(quán)重指定三階導(dǎo)數(shù)的系數(shù)，以使外表的曲率最小。權(quán)重值越大，外表越平

12、滑，一階導(dǎo)數(shù)坡度外表也越平滑。通常，權(quán)重值取00.5。 183.3克里格插值kriging 此方法的假設(shè)前提是采樣點(diǎn)間的間隔和方向可反映一定的空間關(guān)聯(lián)，并用它們來(lái)解釋空間變異。克里格利用一定的數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)特定點(diǎn)或是給定搜索半徑內(nèi)的一切點(diǎn)進(jìn)展擬合來(lái)估計(jì)每個(gè)點(diǎn)的值。該方法適用于知數(shù)據(jù)含間隔和方向上的偏向的情況，常用于社會(huì)科學(xué)研討及地質(zhì)學(xué)中。 克里格kriging不同高斯克呂格Gauss-Kruger)，前者是插值方法，后者是投影方法。193.3克里格插值krigingZ value field 用來(lái)插值的屬性數(shù)據(jù)字段Kriging method:插值方法，有ordinary普通 ，universal

13、 泛，普通克里格是運(yùn)用最普遍的，它假定均值是未知的常數(shù)。泛克里格用于知數(shù)據(jù)趨勢(shì)的情況，并可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展科學(xué)的判別來(lái)描畫(huà)它。 Semivariogram models：方式方法 Circular 圓形 Spherical(球形 、Exponential 指數(shù)、Gaussian正態(tài)分布 ，高斯分布、Linear線形 203.4自然鄰域法Natural Neighbor 鄰域插值將TIN的一些方法與柵格插值方法結(jié)合起來(lái)。柵格外表運(yùn)用輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)及其臨近柵格單元進(jìn)展插值。首先，為輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)Delauney三角形，輸入的樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)作為三角形的結(jié)點(diǎn)，并且每個(gè)三角形的外接圓不可以包含其它結(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)樣

14、本點(diǎn)，鄰域?yàn)槠渲車噜彾噙呅螛?gòu)成的凸集中最小數(shù)目的結(jié)點(diǎn)。每個(gè)相鄰點(diǎn)的權(quán)重，經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)其影響范圍的Thiessen/Voroni技術(shù)計(jì)算出來(lái)。 類似于反間隔權(quán)重法，是一種權(quán)平均算法。但是它并不利用一切的間隔加權(quán)來(lái)計(jì)算插值點(diǎn)。鄰域法對(duì)每個(gè)樣本點(diǎn)做delaunay三角形，選擇最近的點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)凸集，然后利用所占面積的比率來(lái)計(jì)算權(quán)重。該方法適用于樣本點(diǎn)分布不均的情況，較為常用。 213.4自然鄰域法Natural Neighborheigh source是數(shù)據(jù)源字段，cell size是分辨率，單位是地圖單位。224.空間外表分析等值線(Contour)坡度(Slope)坡向(Aspect)山體陰影(hi

15、llshade)可視范圍(Viewshed)計(jì)算土方量工具(Cut/Fill)容積和面積計(jì)算area and volume)外表分析，可以基于Tin，也可以基于Grid，基于tin的效果，比grid要好的多，基于grid還和grid的分辨率有關(guān)23根本按鈕引見(jiàn)在屏幕上創(chuàng)建等高線，是Element，操作在屏幕上點(diǎn)一下屏幕可視分析，操作是屏幕上劃線，綠色是可視、紅色是不可視畫(huà)點(diǎn)畫(huà)線畫(huà)面斷面分析，先劃線244.1.等值線1、等值線(Contour)，可以是從TIN- Contour,或DEM- Contour,相對(duì)TIN生成等高線質(zhì)量好一些，畢竟tin是矢量的。可以用來(lái)等高線的加密度和抽稀。254.

16、1.空間外表分析 grid外表分析錯(cuò)誤處理 在grid外表分析時(shí)，生成的等高線等為空，？緣由在生成的數(shù)據(jù)的坐標(biāo)是錯(cuò)誤的：Krasovsky_1940_Transverse_Mercator ， 處理方法:界面的設(shè)置如下264.2坡度分析坡度(Slope).地外表在該點(diǎn)的傾斜程度。垂直高/程度間隔,如耕地坡度大小，能否適宜耕種，道路兩邊能否需求加護(hù)坡 。實(shí)踐坡度有兩種表示方式方法：1 坡度(degree of slope)：既程度面與地形面之間夾角。2 坡度百分比percent slope：既高程增量與程度增量之比的百分?jǐn)?shù)。274.3 坡度分析坡向(Aspect)，坡向反映了斜坡所面對(duì)的方向。坡

17、向指地外表上一點(diǎn)的切平面的法線矢量在程度面的投影與過(guò)該點(diǎn)的正北方向的夾角。對(duì)于地面任何一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，坡向表征了該點(diǎn)高程值改動(dòng)量的最大變化方向。在輸出的坡向數(shù)據(jù)中，坡向值有如下規(guī)定：正北方向?yàn)?度，按順時(shí)針?lè)较蛴?jì)算，取值范圍為0360。坡向在植被分析、環(huán)境評(píng)價(jià)等領(lǐng)域有重要的意義。在生物學(xué)上，生長(zhǎng)在朝向北的斜坡上和生長(zhǎng)在朝向南的斜坡上的植被普通有明顯的差別；建立風(fēng)力發(fā)電站的選址時(shí)，需求思索把它們建在面向風(fēng)的斜坡上；地質(zhì)學(xué)家經(jīng)常需求了解斷層的主要坡向，或者褶皺露頭，來(lái)分析地量變化的過(guò)程；在確定容易被積雪融水破壞的居民區(qū)的位置時(shí)，需求識(shí)別朝南的坡面，來(lái)得到最初融化的積雪的位置。 284.3 坡度分析結(jié)果294.4山體陰影(hillshade)山體陰影(hillshade)：是根據(jù)設(shè)置的光源對(duì)柵格的照明值，太陽(yáng)方位角、太陽(yáng)高度角設(shè)置，設(shè)置的位置不同，結(jié)果也不一樣，可以用于日照分析，一天日照的時(shí)間等，值越小表示，陰影越大304.5可視性分析 Viewshed在ArcGIS主要兩點(diǎn)直線之間是可見(jiàn)的還是遮擋的，必需求選擇一個(gè)點(diǎn)層， 在屏幕上畫(huà)線， 可以實(shí)現(xiàn)屏幕上兩點(diǎn)可視分析，綠色表示可視，紅色表示不可視。314.6計(jì)算土方量工具(Cut/Fill)計(jì)算土方量工具：主要是用于地形變化后，計(jì)算土方量