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乾貨|ArcGIS地形分析不來學學嗎？

2021/12/25

yidianzixun

arcgis作為地理信息系統的主要工具，在景觀設計中主要是用來做地形分析和權值疊加分析

今天我們來講講Arcgis地形分析

ArcGIS地形分析的基本步驟如下：

1. 整理並添加帶有高程屬性的CAD等高線或者高程點；

2. 將導入的等高線或高程點數據轉換為GIS可編輯的Shapefile文件；

3. 使用整理好的Shapefile生產數字高程三角模型TIN文件；

4. 將TIN文件轉換為柵格數字高程模型DEM文件；

5. 基於DEM即可進一步進行基於地形的坡度、坡向、起伏度、匯水特徵等專項分析了。

放輕鬆，按教程一步步來

先來解釋兩個名詞

1.DEM

DEM的全稱是Digital Elevation Model，非常直接的翻譯，就是「數字」、「高程|」、「模型」三個詞的直接拼接，可謂是簡單粗暴好理解，可到底什麼是「數字高程模型」。這個概念可能是經常困擾大家的問題，貌似很高大上，尤其是一些學術論文，經常只寫其英文名，還是簡稱——DEM。其實很簡單，高程這個概念不用說，「數字模型」就是把高程數字化后的模型嘛，數字化就是在電腦裡面顯示就是數字化咯，數字高程模型就是在電腦裡面進行顯示的高程數據嘛。

從某種程度上來說高程點、等高線就是高程數據的一種數字模型，DEM只是把高程進行連續面狀數字化了，那對應的等高線就是線狀高程數字化模型，高程點就是點狀高程數字化，這樣就明白為什麼我們可以用等高線或者高程點生成DEM了吧

2.TIN

TIN的全稱是Triangulated Irregular Network，翻譯過來就是它的中文名——「不規則三角網」，其實也是一種數字模型，當然,TIN文件可以是表達高程的數字模型，也可以是表達其他數據的數字模型本文裡面的TIN文件當然就是表達高程的數字模型了，它和DEM的區別就在於他是矢量的，而DEM是柵格的！為什麼會這樣呢？因為我們知道CAD裡面的高程點和等高線都是矢量的，我們把它們導入GIS后依然還是矢量的，我們要把矢量的點狀高程點或者線狀等高線高程數據轉換為連續面狀的DEM高程數據模型是需要插值的（什麼是插值？簡單理解就是在空白地方增加數據，點狀、線狀轉換為面狀就是要增加數據的過程！），而這個插值過程是不能直接將矢量插值為柵格數據的，所以要先插值生成TIN格式的矢量數字三個網路模型，再將其轉化為柵格數字高程模型DEM文件。

不懂也沒事

按下面的教程來~

1整理CAD等高線或者高程點

我們常見的CAD高程數據基本就兩種：高程點、等高線。做GIS地形分析對CAD高程點和等高線的要求都是必須帶有高程屬性！

高程點的高程屬性比較簡單，如下圖所示，我們在CAD現狀地形圖中的大部分高程點都是如圖這種高程點圖塊，圖塊帶有一個高程點及其高程值標註，此時我們雙擊這個高程點標註文字是不能像傳統文字那樣編輯的。GIS也是不能直接識別CAD中這樣的圖塊，所以我們不能直接將這樣的高程點導入GIS,需要我們進行處理——炸塊！但要注意的是此處的炸塊不是用CAD中的X命令，如果用X命令對這個塊進行炸裂，會發現整個圖塊就消失了，這是很多童鞋在處理這樣高程點時會遇到的問題，正確的做法是通過湘源控規（請自行安裝）裡面的「工具-圖塊-炸屬性塊」對高程點圖塊進行炸塊處理（圖3.3）。輸入這個工具命令后，會提示是刪除還是保留隱藏屬性，這裡可以默認即可。炸屬性塊后根據不同情況會有不同顯示，但標註高程點的文字肯定是會單獨顯示的,我們通過雙擊也發現是可以像傳統文字那樣進行編輯修改了，這正是我們需要用到的數據。

等高線的屬性數據相對複雜一些，如下圖所示，圖中綠色的線即是我們需要提取使用的地形等高線，其中比較細的等高線叫做基本等高線，也叫首曲線，是一副地形圖中按基本等高距繪製出的等高線；其中比較粗的等高線叫加粗等高線，也叫計曲線，是按每隔五條基本等高線加粗的一條等高線，主要是為了便於判讀和計算高程使用。兩根計曲線的高程差為2.5米，則基本等高線的高程差為0.5米。

各條等高線的高程查看方法為，在CAD中選中需要查看高程的等高線打開進入其屬性查看Elevation屬性值即為其高程。CAD查看圖元屬性可以通過PR（Properties）命令、Ctrl+1打開屬性對話框或者通過LI（List）命令調取圖元屬性列表等方法，如下圖。

如果我們所拿到的CAD現狀圖中具有以上特徵的高程點或等高線，那我們基本就能導入GIS正確生成地形分析所需要的TIN文件和DEM數字高程模型，並做進一步的相關分析了。

接著

2將數據轉換為GIS可編輯的Shapefile文件

通常我們的現狀地形圖是多種圖層疊加的，需要首先將這兩個數據所在圖層單獨分離出來（也有是所有圖元被合併在一個圖層的，這種比較麻煩些，後面會講怎麼操作），圖層的分離可以在CAD裡面提前做好了再導入GIS，也可以導入GIS轉換為Shapefile后再做分層處理，此處主要講一下如何導入GIS后做分層處理（CAD比較簡單，直接單獨按圖層單獨選擇並寫塊即可，但是如果數據量大的話在CAD裡面會比較卡頓，所以建議先導入GIS再做分離）

首先需要在CAD裡面明確高程點和等高線各自的圖層名，如本教程所採用數據對應的圖層名分別為GCD、DGX。打開ArcGIS for Desktop中的其中一個軟體ArcMAP，添加準備好的CAD現狀地形圖。

1.點擊菜單欄「文件-添加數據-添加數據」

2.CAD高程點和等高線的提取

CAD添加進GIS后的數據列表如下圖所示，我們可以看到一個CAD文件添加進GIS後會出現5個文件，分別是Annontation、Point、Polyline、Polygon、Multipatch（具體是什麼後面會另外再講，這裡不展開，有興趣的小夥伴也可以先自行百度），我們分別對高程點和等高線所屬的Annotation和Polyline文件進行分離提取並生成對應的Shapefile文件。（注意：這一步是非常重要的一步）

操作步驟：

（1）通過標準工具欄打開工具箱（ArcToolbox）窗口，並依此展開至「分析工具-提取分析-篩選」

（2）雙擊「篩選」工具，在彈出的篩選工具窗口的輸入欄選中Annotation數據；輸出要素類位置可默認，也可按自己需要輸入對應文件位置；表達式一欄點擊后側SQL表達式圖標彈出表達式輸入框，按下圖依此雙擊各參數並單擊相應按鈕，此處的表達式含義就是將CAD中圖層（Layer）名為「GCD」的高程點數據提取出來。（前面說了要明確高程點和等高線的圖層名就是此處要用到！）完成後點擊確定即可生成對應的高程點Shapefile文件Annotation_Select1。

3使用Shapefile生產數字高程三角模型TIN文件

基於上述處理好的高程點和等高線我們即可生成TIN文件了，由於使用高程點和等高線生成TIN文件的方法是一樣的，此處為了避免重複，選用等高線進行示範操作講解。

（1）如圖下圖，在ArcToolbox中依此展開「3D Analyst-數據管理-TIN-創建TIN」，打開創建TIN工具；

（2）在創建TIN窗口按圖4.4.2進行設置；

（3）點擊確認即可生成TIN文件

說明

（1）輸出TIN的路徑可根據需要自定義；

（2）坐標系暫時可不管，後續教程再講如何設置正確的坐標系；

（3）高程欄位請選擇我們前面步驟修正後的高程欄位，即Elevation欄位；

（4）在圖層列表裡面TIN文件對應的圖層名上雙擊可進入「符號系統」對其進行圖示化設置，此處不展開講解，後續再做圖示化表達專題。

4將TIN文件轉換為柵格數字高程模型DEM文件

（1）在ArcToolbox中依此展開「3D Analyst工具-轉換-由TIN轉出-TIN轉柵格」，雙擊打開「TIN轉柵格」工具；

（2）如圖xx，在「TIN轉柵格」工具對話框中輸入TIN文件選擇第4步生成的TIN文件，採樣距離選擇CELLSIZE，其值設置為1。（註：此處的CELLSIZE的意思可以理解為生成DEM的精度，其取值默認不是1，設置為1的時候精度最高，當然對應數據量也最大，如果地形範圍不大，建議此處盡量設置為1，如果地形範圍太大可適當設置為5、10等數值）

（3）點擊確定，等待轉換完成即可生產DEM柵格數據了，下圖所示的createtin1_T圖層即是我們生成的DEM原始效果，圖例中945.5-1042的數值即是高程值的範圍，通過雙擊圖層進入符號系統可對其進行進一步的圖示化表達。

4坡度、坡向、起伏度、匯水特徵等專項分析

高程分析

在內容列表雙擊DEM圖層打開其屬性設置對話框圖，點擊「符號系統」標籤，在顯示欄下選擇「已分類」，在右側點擊「分類」按鈕，進入分類設置對話框，在分類方法中設置「定義的間隔」，將間隔大小設置為「5」，此處的含義即為將高程顯示定義為每5米一個間隔。點擊確認，繼續在圖層屬性設置窗口中的色帶選擇需要顯示的顏色色帶，點擊確定，我們即可得到按特定高程分段進行圖示化表達后的DEM高程效果。

目前為止，我們基本的高程數據已經形成，但這和我們傳統看到的高程分析似乎有點不一樣，缺乏立體感！立體感的效果不能通過對DEM進行直接圖示化設置進行顯示，需要我們基於DEM生成一個專門的山體陰影數據（如前文所述，地形相關的其他分析都是基於DEM數據的！），並將其疊置於設置半透明后的DEM下面，這樣就能讓我們的高程分析顯示立體效果了，緊接上一步我們來生成山體陰影數據。

在ArcToolbox中依此展開「3D Analyst-柵格表面-山體陰影」，打開山體陰影工具。

在山體陰影工具對話框中按下圖進行設置。其中將輸入柵格勾選當前文檔中的DEM，也即我們需要生成對應山體陰影的數字高程，其他選項可以默認。

點擊確認，即可生成對應的山體陰影數據（HillSha_crea1）。

完成以上步驟我們就要回到高程數據對其進行立體化的圖示化表達了。如下圖，首先在內容列表中調整DEM和山體陰影圖層（HillSha_crea1），讓DEM位於最上層顯示。雙擊DEM圖層打開圖層屬性對話框，在「顯示」標籤下將透明度修改為50。

點擊確定，得到有立體感顯示的高程分析圖。

坡度分析

坡度分析是我們在做基地地形分析中需要考慮的另外一個重要因素，對應地面的坡度我們一般有兩種度量方法，一種是斜坡和水平面之間的夾角度數，單位為度（°）；另一種是是該夾角的正切值，用百分比表示（具體理論解釋請自行百度）。因此，在GIS的坡度分析中對應也可以生成兩種不同的結果，具體操作方法如下：

1、如下圖，在ArcToolbox中依此展開並打開「3D Analyst-柵格表面-坡度」工具。

2、如下圖，在坡度工具對話框中的「輸入柵格」欄選擇DEM數字高程數據，「輸出柵格」欄可根據自己需要設置路徑（新版GIS在自定義輸出路徑后容易出錯，建議就用默認路徑，如果實在需要自定義路徑，建議在自定義的路徑下新建一個GDB或者MDB資料庫進行保存不容易出錯），「輸出測量單」欄有兩個選項可選，分別為「DEGREE」和"PERCENT_RISE",對應的就是前文所述的兩種坡度表示方法，分別為度數和百分比，根據需要自行選擇。