中国科学院计算机技术研究所教育中心ArcGIS培训8D

中国科学院计算技术研究所教育中心TIN、DEM、三维制作和分析闫磊2019年8月20日中国科学院计算技术研究所教育中心Page2讲解内容1.基本含义2.TIN、DEM制作3.空间内插方法4.空间表面分析中国科学院计算技术研究所教育中心Page31.1、DEM是什么DEM是“数字高程模型（DigitalElevationModel）”的英文简写。数字高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型（DigitalTerrainModel，简称DTM）的一个分支。一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等。在ArcGIS中一般都是表面surface，ArcGis中表面有两种，一种是Rastersurface，一种就是Tinsurface而Grid是ESRI自己的基于文件系统的栅格影像格式，等同与tif,jpeg等等中国科学院计算技术研究所教育中心Page41.2DEM和GRID区别DEM和GRID都是栅格数据而TIN是矢量数据连续的栅格数据是没有属性表的或者是简单的栅格单元的统计，离散的栅格数据才带属性表tin可以生成dem（tintoraster）。在arcgis里面建议选用grid格式的栅格文件两者转换方法：一：先用等值线或特征点生成TIN，在用TIN生成GRID，在转换输出DEM。二：用已有的DEM文件（其它软件生成的）转换成GRID，或TIN。使用空间分析工具，生成等高线。GRID的渲染一般采用ArcGIS里的符号自动分级即可中国科学院计算技术研究所教育中心Page51.3表面模型（GRID和TIN）的区别GRID和TIN是常用的两种表示表面的模型，ArcGIS中表面分析就是对GRID和TIN的分析。真实的表面是连续变化的，要想记录所有定义表面的位置是不可能，因而都是用一种非常接近表面的模型来替代。一般都是从真实表面上抽取一些样点，然后用插值的方法来求出样点之间的值则构成了表面模型。其中GRID是用规则的空间格网点来表示表面，格网中间任何一点的值可以通过加权平均的方法来估计。TIN是用相互比邻的、互不重叠的三角面来表示表面，三角面上任一点的值可以通过加权平均附近三角形顶点值的方法来求得。这两种模型各有优缺点，相比而言，GRID模型比较简单、高效，TIN模型比较精确，数据量，耗内存大。所以，一般GRID模型多用于区域性的、小比例尺的应用，而TIN模型则更常用于精细的、大比例尺的应用。中国科学院计算技术研究所教育中心Page62.1创建TIN1、使用等值线和离散点（有一个字段标注高程值）加载等值线，一定要选高程字段打开3Danalysis工具,creatTIN,设置参数，Hardline提供Z值，那么构建出来的Tin也就会在Hardline处生成节点，表示表面上的不连续性，Softline在参与构Tin时，本身不提供Z值，表示线性要素但并不改变表面坡度的边。比如，要标出当前分析区域的边界，masspoints离散点，生成的TIN没有线（softline和hardline），用于点生成tin中国科学院计算技术研究所教育中心Page72.1两块等高线创建TIN–Tin的剪裁数据位置：9dem\dgx两块等高线创建TIN，按照下面的方法，创立Tin，这不是我们需要？？？中国科学院计算技术研究所教育中心Page82.1两块等高线创建TIN–Tin的剪裁使用矢量和栅格clip、split都不可以的，只有在创建Tin，加入剪裁的面，一起参与创建tin，面的参数设置，如下，使用hardclip多边形参与tin四种方式裁切多边形：定义插值的边界，处于裁切多边形之外的输入数据将不参与插值与分析操作。删除多边形：定义插值的边界，与裁切多边形的不同之处在于多边形之内的输入数据将不参与插值与分析操作。替换多边形：可对边界与内部高度设置相同值，可用来对湖泊或斜坡上地面为平面的开挖洞建模。填充多边形：它的作用是对落在填充多边形内所有的三角形赋予整数属性值。表面的高度不受影响，也不进行裁切或删除。中国科学院计算技术研究所教育中心Page92.2Tin-DEM然后convertTINtoraster,生成DEM,直接使用经纬坐标的无法生成grid，Elevaton按原来的值、下面坡度、坡向，Cellsize默认值是图形外接矩形最短边除以250，单位和地图坐标定义，是地理坐标是度为单位，其他以米为单位，一个像素点代表的矢量的大小（高度*宽度），Cellsize越大，粒度越大，影像越小（行数row，col越少），数据精度越低，Cellsize可以浮点数，可以小于1的中国科学院计算技术研究所教育中心Page102.3对没有等高值的点填等高值通过Dem给点层赋值ExtractValuestoPoints一定要设置输出的范围，范围可和当前显示窗口一致，造成根本原因grid的坐标系统有问题中国科学院计算技术研究所教育中心Page112.3对没有等高值的点填等高值通过Dem给点层赋值ExtractValuestoPoints也可以Sample，不同是这个工具生成只有一个属性表，需要通过数据表建立点层。中国科学院计算技术研究所教育中心Page12使用已有DEM对等高线赋高程1.获得等高线一个点FeaturetoPoint2.对获得点赋高程ExtractValuestoPoints3.线连接（join）点中国科学院计算技术研究所教育中心Page133、空间内插方法空间插值常用于将离散的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法是一种通过已知点的数据推求同一区域其它未知点数据的计算方法；空间外推算法则是通过已知区域的数据，推求其它区域数据的方法。插值是利用有限数目的样本点来估计未知样本点的值，插值的前提是空间地物具有一定的空间相似性，距离较近的地物，其值更为接近，如气温、高程，污染等。实际中，通常不可能对研究区内的每个点的属性值都进行测量。一般选择一些离散的样本点进行测量，通过插值得出未采样点的值。采样点可以是随机选取、或则选取特征样点，但必须保证这些点代表了区域的总体特征。可以插值生成连续且规则的栅格面。通常采样点数目越多，分布地越均匀，插值效果就会越好。中国科学院计算技术研究所教育中心Page143、空间内插方法类型1.反距离权重插值（InverseDistanceWeighting简称IDW）2.样条函数插值（Spline）3.克里格插值（kriging）4.自然邻域法（NaturalNeighbor）注意：1-4必须是点层数据中国科学院计算技术研究所教育中心Page153.1反距离权重插值IDW这种方法的假设前提是每个采样点间都有局部影响，并且这种影响与距离大小成反比。就是离目标点近的点其权值就比远的点大。这种方法适用于变量影响随距离增大而减小的情况。如计算某一超市的消费者购买力权值，由于人们通常喜欢就近购买，所以距离越远权值越小。如辐射，或者污染源，距离越远，影响越小。中国科学院计算技术研究所教育中心Page163.1反距离权重插值IDWZvaluefield用来插值的属性数据字段Power即距离的指数。幂越大，点的距离对影响越小。幂越小，表面越平滑。合理范围是0.5~3Searchradiustype:搜索半径类型,有可变和类型两种，定半径插值时，使用指定搜索半径内所有的点作为输入点。如果在搜索半径内没有任何点，这时将自动增加栅格单元的搜索半径，直到达到指定的最少点数为止。Maximumudistance：指定最大搜索半径，没有指定是整个地图范围Numberofpoints：最大搜索半径内用作输入的点数Usebarierpolylines：插值障碍中国科学院计算技术研究所教育中心Page173.2样条函数插值（Spline）它采用样本点拟合光滑曲线，且其曲率最小。通过一定的数学函数对采样点周围的特定点进行拟合，且结果通过所有采样点。该方法适用于渐变的表面属性，如高程、水深、污染聚集度等。不适合在短距离内属性值有较大变化的地区，那样估计结果会偏大。中国科学院计算技术研究所教育中心Page183.2样条函数插值（Spline）Zvaluefield用来插值的属性数据字段Splinetype：样条函数类型张力（Tension）、规则（Regularized）张力（Tension）样条中的加权值，是用来调整表面弹力的值。当加权值为0时，为标准的薄板样条插值。加权值越大，表面弹性越大。典型的加权值为0、1、5和10），规则样条（Regularized）中的权重值用来控制表面的平滑度。权重指定三阶导数的系数，以使表面的曲率最小。权重值越大，表面越平滑，一阶导数（坡度）表面也越平滑。通常，权重值取0~0.5。中国科学院计算技术研究所教育中心Page193.3克里格插值（kriging）此方法的假设前提是采样点间的距离和方向可反映一定的空间关联，并用它们来解释空间变异。克里格利用一定的数学函数对特定点或是给定搜索半径内的所有点进行拟合来估计每个点的值。该方法适用于已知数据含距离和方向上的偏差的情况，常用于社会科学研究及地质学中。克里格（kriging）不同高斯—克吕格（Gauss-Kruger)，前者是插值方法，后者是投影方法。中国科学院计算技术研究所教育中心Page203.3克里格插值（kriging）Zvaluefield用来插值的属性数据字段Krigingmethod:插值方法，有ordinary（普通），universal（泛），普通克里格是应用最普遍的，它假定均值是未知的常数。泛克里格用于已知数据趋势的情况，并能够对数据进行科学的判断来描述它。Semivariogrammodels：模式方法Circular（圆形）Spherical(球形）、Exponential（指数）、Gaussian（正态分布，高斯分布）、Linear（线形）中国科学院计算技术研究所教育中心Page213.4自然邻域法（NaturalNeighbor）邻域插值将TIN的一些方法与栅格插值方法结合起来。栅格表面使用输入数据点及其邻近栅格单元进行插值。首先，为输入数据点创建一个Delauney三角形，输入的样本数据点作为三角形的结点，并且每个三角形的外接圆不能够包含其它结点。对每个样本点，邻域为其周围相邻多边形形成的凸集中最小数目的结点。每个相邻点的权重，通过评价其影响范围的Thiessen/Voroni技术计算出来。类似于反距离权重法，是一种权平均算法。但是它并不利用所有的距离加权来计算插值点。邻域法对每个样本点做delaunay三角形，选择最近的点形成一个凸集，然后利用所占面积的比率来计算权重。该方法适用于样本点分布不均的情况，较为常用。中国科学院计算技术研究所教育中心Page223.4自然邻域法（NaturalNeighbor）heighsource是数据源字段，cellsize是分辨率，单位是地图单位。中国科学院计算技术研究所教育中心Page234.空间表面分析1.等值线(Contour)2.坡度(Slope)3.坡向(Aspect)4.山体阴影(hillshade)5.可视范围(Viewshed)6.计算土方量工具(Cut/Fill)7.容积和面积计算（areaandvolume)表面分析，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还和grid的分辨率有关中国科学院计算技术研究所教育中心Page24基本按钮介绍①在屏幕上创建等高线，是Element，操作在屏幕上点一下②屏幕可视分析，操作是屏幕上划线，绿色是可视、红色是不可视③画点④画线⑤画面⑥断面分析，先划线中国科学院计算技术研究所教育中心Page254.1.等值线1、等值线(Contour)，可以是从TIN-Contour,或DEM-Contour,相对TIN生成等高线质量好一些，毕竟tin是矢量的。可以用来等高线的加密（度）和抽稀