基于DEM的坡度坡向分析

本文介绍了坡度和坡向的概念,以及它们在地理信息系统中的计算方法,主要使用拟合曲面法。文章提到了ArcGIS和python-gdal库进行分析,并提供了相关资源链接及测试数据。

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坡度坡向分析方法

坡度(slope)是地面特定区域高度变化比率的量度。坡度的表示方法有百分比法、度数法、密位法和分数法四种,其中以百分比法和度数法较为常用。本文计算的为坡度百分比数据。如当角度为45度(弧度为π/4)时,高程增量等于水平增量,高程增量百分比为100%。

坡向(aspect)是指地形坡面的朝向。坡向用于识别出从每个像元到其相邻像元方向上值的变化率最大的下坡方向。坡向可以被视为坡度方向。坡向是一个角度,将按照顺时针方向进行测量,角度范围介于 0(正东)到 360(仍是正东)之间,即完整的圆。不具有下坡方向的平坦区域将赋值为-1(arcgis处理时为-1,其他可能为0)。

坡度、坡向计算一般采用拟合曲面法。拟合曲面一般采用二次曲面,即3×3的窗口,如下图所示。每个窗口的中心为一个高程点。图中的中心点e坡度和坡向计算过程如下。

参考链接:

[1]https://blog.youkuaiyun.com/zhouxuguang236/article/details/40017219

[2]https://blog.youkuaiyun.com/weixin_4556135

### 如何使用 ArcGIS 进行 DEM 数据的坡度提取 在 ArcGIS 中进行坡度提取是一项常见的地形分析任务。以下是关于如何完成这一过程的具体说明: #### 工具准备 为了执行坡度提取,需确保已启用 **Spatial Analyst 扩展模块**[^3]。如果未激活该扩展模块,在尝试运行任何空间分析工具时可能会遇到错误。 #### 加载数据 启动 ArcMap 或 ArcGIS Pro 后,加载目标 DEM 数据作为基础栅格文件。这可以通过拖放或通过菜单栏中的 `Add Data` 功能实现。 #### 使用坡度工具 1. 打开 **ArcToolbox** 工具箱。 2. 导航至以下路径: **Spatial Analyst Tools → Surface → Slope** 3. 配置参数窗口: - 输入栅格(Input Raster):选择先前加载的 DEM 文件。 - 输出栅格(Output Raster):指定保存位置并命名输出坡度栅格文件。 - 设置 Z 因子(Z Factor):此选项取决于 DEM 的坐标系单位。如果是投影坐标系(单位为米),则保留默认值即可;若是地理坐标系(单位为度),应根据纬度调整合适的 Z 因子。例如,对于位于赤道附近的区域,建议设置 Z 因子为 0.00000898。 #### 调整 Z 因子的重要性 由于地球表面曲率的影响,当处理地理坐标系下的 DEM 数据时,如果不适当地设定 Z 因子,可能导致计算结果失真。因此,务必依据实际地理位置选取恰当的校正系数表来优化最终成果的质量。 ```python import arcpy from arcpy.sa import * arcpy.CheckOutExtension("Spatial") inRaster = r"C:\path\to\your\dem_data" outSlope = r"C:\path\for\saving\slope_result" slopeResult = Slope(inRaster, "DEGREE", zFactor=0.00000898) slopeResult.save(outSlope) ``` 以上脚本展示了 Python 脚本方式调用 ArcPy 库来进行自动化批量处理多个 DEM 文件的情况。 ---
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