课程论文-ArcGIS在三维分析中的应用

1地理信息系统原理及应用课程论文题目：ArcGIS在三维分析中的应用姓名：张鑫港_学号：201408301专业：地理信息科学年级(班级)：地信1401班指导教师：朱睿二○一五年十二月2ArcGIS在三维分析中的应用张鑫港摘要：本文主要介绍如何利用三维分析模型进行创建表面、地形数据集的创建与管理、三维要素分析，以及表面分析及在ArcSence中的数据的三维可视化。此外，还包括数据转换的介绍，包括二维要素三维化，将栅格数据转换为矢量数据，以及将TIN表面数据转换为矢量要素数据，并以几个具体的实验作为例证以参照。关键词：三维地理信息系统ArcGIS三维分析引言21世纪以来，地理信息系统技术具有强大的存储、处理、分析与展现空间和非空间数据的优势，正以空前的速度强有力的改变人们的生活方式。要适应现代的科学管理就迫切需要发展三维GIS，这也是当下GIS软件的主流发展方向。1、三维GIS的综述及优势三维GIS与二维GIS一样，需要具备最基本的空间数据处理功能，如数据获取、数据组织、数据操纵、数据分析和数据表现等，三维GIS具有以下优势：空间信息的展示更为直观。三维GIS为空间信息的展示提供了更丰富、逼真的平台，使人们将抽象难懂的空间信息可视化和直观化，从而做出准确而快速的判断。多维度空间分析功能更加强大。由于三维数据本身可以降维到二维，因此三维GIS自然也能包容二维GIS的空间分析功能。三维GIS强大的多维度空间分析功能，不仅是GIS空间分析功能的一次跨越，在更大程度上也充分体现了GIS的特点和优越性。2、ArcGIS三维分析的综述ArcGIS具有一个能为三维可视化、三维分析以及表面生成土工高级分析功能的扩展模块3DAnalyst可以用他来创建动态三维模型和交互式地图，从而更好是实现地理数据的可视化和分析处理。3DAnalyst可以创建栅格表面、进行插值、生成TIN、进行表面分析等，今天主要学习其中的表面分析功能。2.1计算表面积与体积使用3DAnalyst模块中的aeraandvolumestatistics可以计算针对某个参考平面的二维面积、表面面积和体积2．2坡度和坡向的计算3关于坡度，在TIN表面的坡度与栅格表面的坡度所指不同，构成三角网的每一个三角形构成一个平面，表面上某一点必处于一个三角形内，也就处于某一个平面内，则该点坡度即指其所处平面与水平面质检的夹角。坡度以°度量，范围为0-90°关于坡向，TIN表面上某点的坡向即指其所在三角形面的坡向，亦即三角形面的法线方向在平面上的投影所指的方向。坡向用°来测量，正北为0°，正南为180°，正西为270°。2.3可视性分析地面某点的可视范围在通讯、房地产、军事等应用领域有着非常重要的意义。ArcGIS三维分析模块有两种可视性分析方法。第一种：视线瞄准线。第一次使用视线瞄准线的时候需要定制，在customize中拖到工具条上，输入观测点的偏移值和目标点的偏移值，在栅格数据上划线，绿色的部分为可视，红色为不可视。第二种：视场。它只可以被一个或多个点可以看到的范围，具体到栅格数据的时候，指所能看到的所有栅格单元。视场的计算用viewshed求得。2.4提取断面在工程设计中常常要提取地形断面，制作剖面图。剖面图表示了沿表面上某条线前进时表面上高程的变化情况，剖面图的制作可以使用该区域的栅格DEM或表面TIN。提取断面时首先要用interpolateline画一条线，以确定剖面线的起终点，然后制作剖面图。2.5表面阴影表面阴影是根据假想的照明光源对高程栅格数据的每个栅格单元计算光照值。计算过程中包括三个参数：太阳高度角、太阳方位角、表面灰度值。生成表面阴影后可以将其与高程数据叠加显示，效果更加明显。2.6表面长度计算表面长度指表面上沿某一方向的剖面线的长度。表面长度计算用surfacelength，这个工具需要一个表面及一个二维线段组成的要素类作为输入数据源。计算得出的表面计算长度将作为一个字段添加到要素属性表中，同事只有与表面相交的线才能计算出长度，完全在表面之外的值为0。当输入的表面为TIN时，以线段与表面三角形的边或节点的交点为采样点，对高程进行线性内插生成三维线；当输入的表面为DEM时，采用双线性内插方法对线段高程做内插生成三维线。3、ArcGIS三维分析实验43.1地形指标提取3.1.1运用表面分析工具，提取坡度3.1.2提取坡度变率数据（坡度变率是指坡度的急缓程度变化）3.1.3提取坡向变率(坡向变率是指在提取坡向的基础上，提取地表局部微小范围内坡向的最大变化情况)53.1.4提取地表起伏度(地表起伏度是指特定的区域内，最高点海拔与最低点海拔之间的差值，它是描述一个区域地形特征的宏观性指标。)3.2地形特征信息的提取3.2.3运用栅格计算器求得山脊线（左）和山谷线（右）山脊线公式为shanji=[c]0&soa70山谷线公式为shanji=[c]0&soa703.3表面创建及景观图制作运用DEM数据构建TIN模型63.4爆炸范围分析3.4.1根据爆炸源和爆炸范围设置爆炸影响范围3.4.2将爆炸范围转化为三维矢量数据,得如下图所式的爆炸范围分析图结束语：7由于三维数据本身可以降维到二维，因此三维GIS自然能包容二维GIS的空间分析功能。三维GIS最有特色的也许是其基于三维数据的复杂分析能力，如计算空间距离、表面积、体积、通视性与可视域等。结合物理化学模型提供一些更具增值价值的真三维空间分析功能，如水文分析、视性分析、日照分析与视觉景观分析等已成为三维GIS分析研究的重要内容之一，并正积极朝结合属性数据和其他专题数据开发知识发现的新方法、“面向解决与空间有关的问题”提供定量与定性结合的空间决策支持方向发展。致谢：感谢朱睿老师的指导，感谢帮我修改文稿的同学。[参考文献][1]黄杏元马劲松.地理信息系统概论[M].北京：高等教育出版社，2008年7月[2]吴信才.地理信息系统原理与方法[M].北京：电子工业出版社，2014年6月[3]汤国安杨昕等.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京：科学出版社，2011年12月[4]百度百科.三维地理信息系统.[OL].[5]百度百科.三维分析.[OL].[6]Jenifer的博客.ArcGIS三维分析[J].[7]3echo.ArcGIS三维分析之三维浏览.[L].