上机四-地形分析和构建技术

上机四：地形分析和构建技术一、地形的坡度坡向分析1.1、坡度分析1、对TIN数据的坡度分析步骤1：启动ArcMap，将TIN数据【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\原始地表面】加载到当前地图文档。加载“3DAnalyst”3D分析扩展模块。步骤2：在【目录】面板中，浏览到【工具箱\系统工具箱\3DAnalysisTools\表面三角化\表面坡度】，双击该工具，启动【表面坡度】对话框。设置【输入表面】为【原始地表面】。设置【输出要素类】为【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\三维建模.mdb\分析过程数据\地表面坡度1】。设置【坡度单位】为【DEGREE】，即“度”。另一个可选项是【PERCENT】，即“百分比”。认可其它默认设置，点【确定】开始计算。计算结果是一个多边形要素类，其【SlopeCode】属性记录的是坡度的分级，具体分为1~9级，1级对应0~10度，每级递升10度。对它作基于【SlopeCode】的【唯一类型值】符号化显示。2、对栅格地表面的坡度分析步骤1：启动ArcMap，将栅格数据【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\三维建模.mdb\原始地表面】加载到当前地图文档。步骤2：在【目录】面板中，浏览到【工具箱\系统工具箱\3DAnalysisTools\栅格表面\坡度】，双击该工具，启动【坡度】对话框。设置【输入栅格】为【原始地表面】。设置【输出栅格】为【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\三维建模.mdb\地表面坡度2】。设置【坡度单位】为【DEGREE】，即“度”。点【确定】开始计算。计算结果是一个连续的栅格数据，它的【Value】值是每个栅格点的坡度值，对其做【分级符号化】显示。1.2坡向分析1、对TIN数据的坡向分析步骤1：启动ArcMap，将TIN数据【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\原始地表面】加载到当前地图文档。加载“3DAnalyst”3D分析扩展模块。步骤2：在【目录】面板中，浏览到【工具箱\系统工具箱\3DAnalysisTools\表面三角化\表面坡向】，双击该工具，启动【表面坡向】对话框。设置【输入表面】为【原始地表面】。设置【输出要素类】为【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\三维建模.mdb\分析过程数据\地表面坡向1】。认可其它默认设置，点【确定】开始计算。计算结果是一个多边形要素类，其【AspectCode】属性记录的是坡向的分级，具体分为-1、1、2~9级，分别代表平面、北、东北、东……西、西北、北。对它作基于【AspectCode】的【唯一类型值】符号化显示。2、对栅格地表面的坡向分析步骤1：启动ArcMap，将栅格数据【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\三维建模.mdb\原始地表面】加载到当前地图文档。步骤2：在【目录】面板中，浏览到【工具箱\系统工具箱\3DAnalysisTools\栅格表面\坡向】，双击该工具，启动【坡向】对话框。设置【输入栅格】为【原始地表面】。设置【输出栅格】为【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\三维建模.mdb\地表面坡向2】。点【确定】开始计算。计算结果是一个连续的栅格数据，它的【Value】值是每个栅格点的坡向值，其中-1代表平面，0~22.5代表北向，22.5~67.5代表东北，67.5~112.5代表东向，以此类推。二、道路纵断面分析和设计步骤1：启动ArcMap，将TIN数据【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\原始地表面】和栅格数据【chap06\练习数据\坡度坡向和纵断面分析\三维建模.mdb\用地规划图】加载到当前地图文档。加载“3DAnalyst”3D分析扩展模块。步骤2：显示【3DAnalyst】工具条。在任意工具条上点击右键，在弹出的菜单中选择【3DAnalyst】，显示【3DAnalyst】工具条。步骤3：绘制两条代表道路中心线的3D线。在【3DAnalyst】工具条中，将【图层】栏设置为【原始地表面】。点击【线插值】工具，然后在图中偏南边从左到右描出一号方案的道路选线。点击【选择要素】工具，然后双击描出的道路中心线，显示【属性】对话框，将颜色改为蓝色，宽度改为【3】。类似地，再绘制一条偏北边的二号方案的道路选线，将颜色改为【红色】，宽度改为【3】步骤4：生成现状纵断面图。点击【选择要素】工具，选中两条道路中心线（按住Ctrl键不放，可以允许选择多个要素）。点击【创建剖面图】工具，显示【剖面图标题】对话框。图中X轴代表长度，Y轴代表高程。从图中，可以非常明显低看到两个方案的坡度差异。右键点击【剖面图标题】对话框中的区域，在弹出菜单中选择【高级属性…】，点击左侧列表中的【Data】（资料）项，右侧表格中显示了道路纵断面数据。三、构建规划地表面和场地填挖分析目前在进行竖向规划时，规划师主要通过标高值在头脑中想象规划后的地貌，这对于山地丘陵地形的设计容易出现设计缺陷（例如挡土墙过高、场地平整难度过大等）。如果能利用ArcGIS模拟出场地的规划地表面，就可以直观地看到规划后的地形情况，并可以一边分析一边调整，直至达到满意的效果。目前常规的基于CAD的土方计算软件适用于较小范围内的土方计算。对于较大范围的计算，这些软件效率不高。相比之下，ArcGIS提供的填挖方计算功能可以很好地适用于大范围的土方填挖计算。要分析填挖方首先要有两套地表面，例如现状地表面和规划地表面，之后才能进行比对分析。本练习仍然使用上机练习三构建的地表面，在它的基础上构建铁路站场区域的规划地表面。3.1构建规划地表面构建规划地表面的基本思路是：首先勾出场地边界线；然后清除场地边界线内的地形；接下来根据竖向规划，绘制所有二维的标高控制线，并将其叠加到现状地表面以形成现状的三维标高控制线；之后，逐折点调整标高控制线的折点标高至规划标高；最后，用规划的三维标高控制线更新地形即可。步骤1：准备工作。启动ArcMap，新建一个空白地图。复制【原始地表面】成【规划地表面】。在【目录】面板中，找到并右键点击TIN数据【chp06\练习数据\规划地表面构建\原始地表面】，在弹出菜单中选择【复制】，然后再右键点击【规划地表面构建】目录，在弹出菜单中选择【粘贴】，重命名复制的数据为【规划地表面】。加载TIN数据【规划地表面】，并在【内容列表】面板中，点击该图层下的【硬边】前的符号，显示【符号选择器】对话框，将硬边的【颜色】改为黑色，宽度改为【2】，使其更清楚地显示。加载栅格数据【chp06\练习数据\规划地表面构建\三维建模.mdb\用地规划图】，并将其置于【规划地表面】图层之上。调整【用地规划图】图层的透明度。打开【图层属性】对话框，调整其【显示】选项卡的【透明度】为【50】，此时透过【用地规划图】图层可以看到地形。步骤2：启动【TIN编辑】工具条。在任意工具条上点击右键，在弹出菜单中选择【TIN编辑】，显示【TIN编辑】工具条。步骤3：指定要编辑的TIN数据。在【3DAnalyst】工具条的【图层】栏选择【规划地表面】，注意该步骤切不可少（如果该工具条没有显示，可以在任意工具条上点击右键，在弹出的菜单中选择【3DAnalyst】，显示【3DAnalyst】工具条。）步骤4：启动编辑【规划地表面】TIN。在【TIN编辑】工具条中，点击【TIN编辑】按钮，在弹出菜单中选择【开始编辑TIN】，之后该工具条上所有的工具被激活。步骤5：添加场地外边界线。场地外边界用于规定地形改变的外边界，例如边坡或挡土墙的外边界。场地外边界拥有原始地形的高程，在TIN模型中是硬断线类型。点击【TIN编辑】工具条中的【添加TIN线】按钮，显示【添加TIN线】，设置【线类型】为【硬断线】，设置【高度源】为【自表面】。意味着绘制的TIN硬断线将跟着地形走。按照下图所示绘制场地外边界线。注意尽量一次完成，ArcGIS在该功能中没有回退功能。步骤6：清除场地外边界线内的所有TIN断线。点击【TIN编辑】工具条中的【删除TIN结点】工具旁的下拉按钮，选择【按区域删除TIN结点】。然后沿着场地外边界线内绘制一个多边形，多边形内部的所有TIN结点将被删除。进一步删除边界线内的剩余TIN断线。点击【删除TIN断线】工具，逐条删除边界线内的剩余TIN断线，删除过程中TIN会实时更新。步骤7：绘制规划的二维标高控制线。竖向规划一般用道路的控制点标高来控制地形，因此我们主要沿道路绘制规划的二维标高控制线。在【chp06\练习数据\规划地表面构建\三维建模.mdb\分析过程数据】下新建要素类【标高控制线（无标高）】，注意要在【新建要素类】对话框中勾选【坐标包括Z值（Z）。用于存储3D数据。】。编辑【标高控制线（无标高）】要素类。按照下图中所示绘制标高控制线。这些控制线主要是道路中线或边线、坡脚线、坡顶线。步骤8：生成现状的三维标高控制线。在【目录】面板中，浏览到【工具箱\系统工具箱\3DAnalysisTools\功能性表面\插值Shape】，双击该工具，启动【插值Shape】对话框。设置【输入表面】为【原始地表面】，因为要获取原始地表面的标高。设置【输入要素类】为【标高控制线（无标高）】。设置【输出要素类】为【chp06\练习数据\规划地表面构建\三维建模.mdb\分析过程数据\标高控制线（带高程）】。勾选【仅插值折点】，否则系统将每隔一段距离新添一个折点并赋予它标高。点【确定】后将生成要素类【标高控制线（带高程）】。步骤9：设置每个标高控制线折点的规划标高。启动编辑【标高控制线（带高程）】。点击编辑工具，双击某条标高控制线，进入编辑折点状态，显示【编辑折点】工具条。点击【草图属性】工具，显示【编辑草图属性】对话框，在该对话框中可以逐个折点地编辑其坐标和标高（Z）。参考下图所示标高逐个折点修改器Z值。点击列表中任意行的【#】列，图形中对应的折点会闪烁，从而确定其位置。必要的情况下可以点击工具增加折点。步骤10：用【标高控制线（带高程）】更新规划地形。在【目录】面板中，浏览到【工具箱\系统工具箱\3DAnalysisTools\TIN管理\编辑TIN】，双击该工具，启动【编辑TIN】对话框。设置如下图所示。其中【SF_type】设置为【硬断线】，【height_field】设置为【SHAPE】，【use_z】设置为【true】，意味着用几何的Z值作为高程属性。点【确定】后得到更新好的规划地形。在ArcScene下查看完成后的规划地表面。3.2填挖方分析本小节将根据上节构建的【规划地表面】和【原始地表面】TIN，进行填挖方分析。步骤1：启动ArcMap，加载之前构建的【规划地表面】和【原始地表面】，也可以直接加载示例数据“chp06\练习数据\填挖方分析\规划地表面（最终效果）”。步骤2：填挖方计算。在【目录】面板中，浏览到【工具箱\系统工具箱\3DAnalysisTools\表面三角化\表面差异】，双击该工具，启动【表面差异】对话框。设置【输入表面】为【规划地表面（最终效果）】，设置【输入参考面】为【原始地表面】，设置【输出要素类】为【chp06\练习数据\规划地表面构建\三维建模.mdb\分析过程数据\填挖分析】。点击【确定】，之后将生成一个多边形要素类【填挖分析】。打开【填挖分析】要素类的属性表。其中【体积】字段代表每个多边形的填挖量，【编码】字段代表填或挖，其值为0代表没有填挖，1代表填，-1代表挖。步骤3：制作填挖分析图。对【填挖分析】图层进行【唯一值类别】的符号化，【值字段】取【编码】。调整其透明度为50%，得到最终效果图。步骤4：计算填挖量。打开【填挖分析】要素类的属性表，对【编码】字段作分类汇总。右键点击【编码】字段，在弹出菜单中选择【汇总…】，对【体积】字段求总和，打开汇总表。从汇总表中可以看出，填方有140万方，挖方有74万方，场地内不可能填挖平衡，需要在其它区域取土，或者修改竖向规划。此外，对于栅格地表面