空間分析實例實驗一、山頂點的提取應用柵格數據空間分析模塊中的等高線提取功能，分別提取等高距為 15 米和75 米的等高線圖，并按標準地形圖繪制等高線方法繪制等高線，作為山頂點提取的地形背景通過鄰域分析和柵格計算器提取山頂點（實驗數據：“F:2012_work國家海洋監測中心國家海洋監測中心培訓空間分析表面分析”）操作步驟：1、 加載Spatial Analyst 模塊和DEM 數據2、單擊ArcToobox，彈出ArcTooblox窗口，點擊Spatical Analyst-表面分析-等值線，提取等高距為 15 米的等高線數據，輸出圖層為Contour_dem15：3、同上，修改Contour interval 為75 米，提取等高距為75 米的等高線，輸出文件名為Contour_dem75。修改圖例顏色以區別等高線顯示效果，單擊contour15 數據層線狀圖例，彈出symbol selector對話框，選擇顯示顏色為灰度60（可任意選擇），并點擊ok。4、點擊Spatical Analyst-表面分析-山體陰影，設置輸出文件名為Hillshade，其他參數取默認值，提取該地區光照暈渲圖，作為等高線三維背景。5、點擊Spatical Analyst-地圖代數-柵格計算器，輸入計算公式：DEM=0，輸出柵格為back，單擊ok。提取有效數據區域，作為等高線三維背景掩膜。雙擊 back 數據層，在彈出的屬性對話框的“顯示”屬性頁設置透明度為60，在“符號化”屬性框中設置其顯示顏色為Gray50，單擊ok6、按contour_dem75、contour_dem15、back、Hillsha_dem 次序放置數據層，生成三維立體等高線圖，如下：7、點擊Spatical Analyst-鄰域分析-焦點統計，設置參數如下，單擊ok，提取1111 分析窗口最大值。8、點擊Spatical Analyst-地圖代數-柵格計算器，輸入計算公式：maxpoint - dem = 0，輸出柵格為“SD”，提取山頂點區域。9、點擊Spatical Analyst-重分類-重分類，對SD數據進行重分類，設置如下，提取值為1的數據，其他值設為NoData，輸出柵格為SD1；10、選擇SD1 數據層，點擊轉換工具由柵格轉出柵格轉點，參數設置如下，則可輸出矢量山頂點數據PickPeaker。符號化顯示如下：三角形就是提取的山體頂點實驗二、水系提取從DEM 中自動提取自然水系的算法過程：依據水總是沿斜坡最陡方向流動的原理, 確定DEM 中每一個高程數據點的水流方向；然后根據高程數據點的水流方向數據來計算每一個高程數據點的上游給水區, 再根據上游給水區高程數據, 用閾值法確定屬于水系的高程數據點；最后, 根據水流方向數據, 從水系源頭開始, 將整個水系追索出來。（實驗數據：“F:2012_work國家海洋監測中心國家海洋監測中心培訓空間分析水文分析”）操作步驟：1、無洼地DEM 生成DEM 是比較光滑的地形表面模型，但由于DEM 誤差以及一些真實地形或特殊地形的影響，使得DEM 表面存在一些凹陷的區域。在進行水流方向計算時，由于這些區域的存在，往往得到不合理的甚至錯誤的水流方向。因此，在進行水流方向的計算之前，應該首先對原始DEM 數據進行洼地填充，得到無洼地的DEM。洼地填充的基本過程是先利用水流方向數據計算出 DEM 數據中的洼地區域，并計算洼地深度，然后依據這些洼地深度設定填充閾值進行洼地填充。1.1 水流方向提取水流的流向是通過計算中心格網與鄰域格網的最大距離權落差來確定。對于每一格網。水流方向指水流離開此網格的指向。在ARCGIS 中，通過對中心柵格的1、2、4、8、16、32、64、128 等8個鄰域柵格編碼，中心柵格的水流方向便可有其中的某一值來確定。例如，若中心柵格的水流流向左邊，則水流方向賦值16。啟動 ArcToolbox，應用水文分析模塊(Hydrology) 下的流向確定(Flow Direction ) 命令,生成8方向水流流向圖： 水流方向圖1.2 洼地計算洼地區域是水流方向不合理的地方，可以通過水流方向來判斷哪些地方是洼地，并進行填充。但是，并非所有的洼地區域都是由于數據的誤差造成的，有很多洼地是地表形態的真實反映。因此在進行洼地填充之前，必須計算洼地深度，判斷哪些地區是由于數據誤差造成的，而哪些地區又是真實的地表形態。然后，在洼地填充時，設置合理的填充閾值。基本過程先分別雙擊水文工具集中的匯（Sink）、分水嶺（Watershed）工具計算出洼地區域圖、洼地貢獻區域圖，打開Spatial Analyst工具箱中的“區域分析”工具集，分別利用“分區統計”、“區域填充”工具計算每個洼地所形成的貢獻區域的最低高程，及計算每個洼地貢獻區域出口的最低高程，然后在柵格計算器中輸入公式zonalmax-zonalmin，輸出柵格sinkdep，計算出洼地深度圖。（1） 洼地提取根據“匯”工具把水流方向圖洼地區域，輸出匯柵格為Sink。 洼地區域圖（2）洼地深度計算A.計算洼地的貢獻區域（通過分水嶺生成洼地貢獻區域圖）洼地共享區域圖B.計算每個洼地所形成的貢獻區域的最低高程（Zonalmin）每個洼地所形成的貢獻區域的最低高程圖C.計算每個洼地貢獻區域出水口的最低高程即洼地水口高程（Zonalmax）每個洼地貢獻區域出口的最低高程圖D.計算洼地深度，進行地圖柵格計算，公式為Zonalmax-Zonalmin，輸出柵格為sinkdep。洼地深度圖1.3 洼地填充經過洼地提取后，可以確定原始 DEM 上是否存在洼地，若有洼地，須進行填充。而洼地深度的計算為填充閾值的設置提供了依據，系統默認條件下是不設閾值，即所有的洼地區域都將被填平。參考洼地深度圖，結合小流域的實際地形，不斷調試將閾值設為2500。方法是雙擊水文分析工具集中的填洼（FILL）工具，選擇需要進行洼地填充的原始DEM數據，經過洼地填充生成的無洼地DEM。經洼地填充生成的無洼地DEM2、匯流累積量計算在地表徑流模擬過程中，匯流累積量是基于水流方向數據計算得到的。首先基于無洼地DEM 生成水流方向圖，利用該數據，雙擊水文分析工具集中的流量（Fill Accumulation）工具計算出匯流累積量數據。（1） 基于無洼地DEM生成水流方向圖無洼地DEM 水流方向圖（2） 基于無洼地DEM計算匯流累積量數據匯流累積量圖3、水流長度計算水流長度指地面上一點沿水流方向到流向起點（或終點）間的最大地面距離在水平面上的投影長度。它分為順流計算及溯流計算兩種，可通過雙擊水文分析工具集中的水流長度（Flow Length）工具實現，其中計算方向分別選擇順流計算Downstream 或溯流計算Upstream。水流長度的提取和分析在水文學或水土保持工作中均具有很重要意義，因為水流長度直接影響地面徑流的速度，進而影響地面土壤的侵蝕力。(1) 順流計算的水流長度，點擊空間分析-水文分析-水流長度，選擇順流方向（DOWNSTREAM）順流計算出的水流長度圖(2) 溯流計算的水流長度，同上方法選擇逆流方向（UPSTREAM）溯流計算出的水流長度圖4、河網的提取目前河網提取方法主要采用地表徑流漫流模型。假設每一個柵格攜帶一份水流，那么柵格的匯流累積量就代表該柵格的水流量。因而，當匯流量達到一定值時，就會產生地表水流，所有匯流量大于臨界值的柵格就是潛在的水流路徑，由這些水流路徑構成的網絡，就是河網。4.1、河網的生成河網的生成基于匯流累積量數據，利用空間分析-地圖代數-柵格計算器中的Con 命令進行有條件地查詢可以得到，分別將閾值設為100 及1000。(1) 生成閾值為100 的河網生成的streamnet100如下圖柵格河網（閾值為100）以上操作也可以利用柵格計算器的運算，以閾值設為1000 為例：柵格河網（閾值為1000）（2）柵格河網矢量化通過柵格河網矢量化矢量河網4.2、Stream Link 的生成Stream Link 記錄河網中結點之間的連接信息，它主要是記錄河網的結構信息，其中每一條弧段連接著兩個作為出水點或匯合點的結點。Stream Link 的生成可以通過雙擊水文分析工具集中的河流鏈接（Stream Link）工具實現，其屬性表中記錄著每個片段所包含的柵格個數信息。Stream Link 示意圖及屬性表4.3 河網分級不同級別的河網所代表的匯流累積量不同，級別越高，匯流累積量越大，一般是主流，而級別較低的河網一般則是支流。點擊水文分析工具集的Stream Order 工具，可提供兩種常用的河網分級方法：Strahler 分級和Shreve 分級。（1） 河網Strahler 分級河網Strahler 分級結果圖（2） 河網Shreve 分級河網Shreve 分級結果圖5、 流域的分割流域（watershed）又稱集水區域，是指流經其中的水流和其他物質從一個公共的出水口排出從而形成的一個集中的排水區域。流域可以通過流域盆地（basin）、集水盆地（catchment）來描述。5.1、流域盆地的確定流域盆地是由分水嶺分割而成的匯水區域，可利用水流方向確定出所相互連接并處于同一流域盆地的柵格區域。點擊水文分析工具集中的盆域分析工具可以計算出流域盆地圖。流域盆地圖5.2、集水流域的生成除用流域盆地來描述外，在水文分析中，經常基于更小的流域單元進行分析，首先通過水文分析工具集中的捕捉傾瀉點（Snap Pour Point）工具尋找小級別流域的出水口位置，然后結合水流方向，點擊水文分析工具集中的分水嶺（Watershed）工具，分析搜索出該出