基于GIS的土壤侵蚀因子分析与信息提取实验.docx
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基于GIS的土壤侵蚀因子分析与信息提取实验
基于GIS的土壤侵蚀因子分析与信息提取
一、实验目的
1、要求握地理信息系统软件(ArcView)的基本原理和操作方法;
2、掌握使用该软件进行土壤侵蚀因子的分析和信息提取的方法。
二、实验原理
Arc/View的空间分析模块是解决地理空间问题的工具。
它主要包括距离制图、计算密度、统计分析、邻域分析、数据的重分类、表面生成、等高线生成、坡度提取、坡向提取、光照模型的生成、流域的划分等功能。
利用Arc/View的空间分析模块解决空间问题,首先要把问题空间化、模型化,然后利用Arc/View提供的各种功能的组合来完成。
Arc/View的空间分析模块主要是基于栅格数据模型的。
栅格数据是通过将地表分隔成不同的单元来表示地理特征及其变化的,对栅格数据的存储只是通过存储栅格的原点、栅格单元的尺寸、距离原点的单元数和每个栅格单元的值。
对栅格数据影响最大的是栅格单元的尺寸。
单元尺寸越大,则对地理特征的描述越粗糟,越不精确,但产生的数据量会越小,处理速度会越快。
相反,单元尺寸越小,则描述越精确,但数据量会越大,运算速度越慢。
三、操作步骤
地形指标是最基本的自然地理要素,也是对人类的生产和生活影响最大的自然要素。
地形特征制约着地表物质和能量的再分配,影响着土壤与植被的形成和发育过程,影响着土地利用的方式和水土流失的强度。
地形指标的提取对水土流失、土地利用、土地资源评价等方面的研究起着重要的作用。
1加载dem
图1加载dem
2提取坡向
在Dem基础上提取坡向的步骤如下:
✧在视图目录表中添加dem并激活它。
✧从【Surface】菜单中选择【DeriveAspect】命令。
✧显示并激活生成的坡向主题AspectofDem(如图2)。
图2提取坡向
3提取坡度
采用Dem数据提取坡度的步骤如下:
1.添加Dem数据并激活它。
2.从【Surface】菜单中选择【DeriveSlope】命令。
3.生成新的坡度主题slopeofDem。
4.双击左边的图例,在弹出的LegendEditor对话框中可重新调整坡度分级(如图3)。
图3提取坡度
3提取等值线
生成等高线的步骤如下:
1.在视图目录表中添加dem并激活它。
2.从【Surface】菜单中选择【CreateContours】命令。
3.在出现的ContoursParameters对话框(如图3-4)中输入等高距Contourinterval200和基础等高线的值BaseContours0。
4.生成等高线主题ContoursofDem(图4)。
图4提取等高线
图5提取单根等高线
4水文分析
Fillsinks的操作步骤如下:
1.激活视图目录表中的Dem。
2.从【Hydro】菜单中选择【Fillsinks】命令。
3.在视图目录表中显示生成的FilledDem,既为填充过洼地的Dem数据(如图6)。
图6填充洼地后的Dem数据
在Arcview中提取水流方向的步骤如下:
1.从视图目录表中激活FilledDem。
2.从【Hydro】菜单中选择【FlowDirection】命令。
3.显示新生成的水流流向数据FlowDirection(见图3-7)。
图7提取水流方向
在Arcview中,计算流水累积量的步骤如下:
1.从视图目录表中激活FlowDirection。
2.从【Hydro】菜单中选择【FlowAccumulation】命令。
3.显示新生成的流水累积量数据主题FlowAccumulation。
双击此主题的图例,在出现的LegendEditor对话框(见图3-8)中,单击Classify按钮,在出现的Classification对话框中选择标准偏差StandardDeviation为分类类型,单击OK。
提取的FlowAccumulation主题(见图9)显示了地面水系的分布状况。
图9FlowAccumulation主题
提取水网密度的步骤如下:
1.从视图目录表中激活FlowDirection。
2.从【Hydro】菜单中选择【StreamNetworkasLineShape】命令。
3.在出现的StreamNetwork对话框(见图3-10)中输入计算水网密度的最小河流长度200,其单位为栅格数。
4.在Hydro.StreamNetwork对话框(见图3-11)中选择水流方向FlowDirection主题,单击OK。
5.生成新的主题StreamNetworkShape即为水网密度分布图。
水网密度如下图(图10)所示:
图10水网密度
图地形起伏度
5、计算地形起伏度
地形起伏度是指在一个特定的区域内,最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。
它是描述一个区域地形的一个宏观性的指标。
地形起伏度的具体提取方法如下:
1、激活DEM数据,在【Analysis】菜单中使用【Neighborhoodstatistics】命令,设置statistic值为最大值,邻域的类型为矩形(也可以为圆),邻域的大小为100个Map units(这个值也可以根据自己的需要进行改变),则可得到一个邻域为100*100的矩形的最大值层面,记为A;如下图(图11所示)
图11NbrMaxDem
对DEM数据采用同样的方法,只是把statistic值设置为最小值,即可得到DEM数据的最小值层面,记为B;如下图(图12所示)
图12NbrMinDem
在【Analysis】菜单下使用【MapCalculator】命令,公式为[A-B],即可得到一个新层面,其每个栅格的值是以这个栅格为中心的确定邻域的地形起伏值。
如下图(图13所示)
图14地形起伏度
2、如果还想知道更大范围或整个区域、整个图幅的地形起伏度,则可通过【Theme】下的【Editlegend】中的statistics来查看,其内容包括地形起伏的最大值、最小值、均值等。
提取的结果如图15。
图15地形起伏属性表
地形起伏的最大值为250.91、最小值为0、均值为146.13。
6、计算地面粗糙度:
地面粗糙度是指在一个特定的区域内,地球表面积与其投影面积之比。
它也是反映地表形态的一个宏观指标。
1、提取DEM层的坡度α;
2、在【Analysis】菜单下使用【MapCalculator】命令,公式为:
((([SlopeofDem]*3.14159/180).cos))Pow(-1))
即可得到地面粗糙度的层面。
结果如图16所示。
图16地表粗糙度
7、沟壑密度:
沟壑密度的提取可通过水文分析方法提取沟壑,然后通过统计查询,查出沟壑的长度,再除以区域面积,则可得到区域的沟壑密度。
其关键是确定沟壑的标准。
具体方法如下:
1、激活DEM数据,在【Hydro】菜单下使用【Fill】命令,对DEM数据中的高程为0的栅格进行填充,得到新的层面,记为A;如图17所示
图17FilledDem
2、对A层使用【Hydro】菜单的【Flowdirection】命令,提取水流方向;如图18;
图18水流方向
3、对水流方向层再用【Hydro】菜单的【Flowaccumulation】命令,得到水流的累积量层;如图19所示
图19水流累积量层
4、用【Mapquery】命令,提取出水流累积量大于500(此值需根据研究区域的土壤、植被、地形等特征及研究目的来确定)的值,即可得到提取出的沟壑层;如图20所示
图20沟壑层
5、通过【Editlegend】编辑沟壑层的图例,通过其中的statistics项,可以查出沟壑层中构成沟壑的栅格单元数为,则得出沟壑的长度为“沟壑的栅格单元数*栅格单元的长度”,区域的总面积可通过此统计项中的count数来算出,为“count数*每个栅格单元的面积”,最后,把单位换算成公里,则沟壑密度=沟壑的栅格单元数/(区域总的栅格单元数*栅格单元的长度*0.001)
计算如下
沟壑的栅格单元数为39522,总的栅格单元数为1766498,栅格单元的分辨率为1米,则最后的沟壑密度=39522/(1766498*5*0.001)=22.37公里/平方公里。
图21沟壑层属性值
其次,对流域的坡度组成进行统计。
1.从【Analysis】菜单选取【Mapquery】命令。
在MapQuery对话框中构建查询表达式(([SlopeofDem]<=b))and([SlopeofDem]>a)即可提取坡度(a,b)的数据
2.激活提取坡度分布图打开属性值表,如下图所示
3.重复上述步骤从坡度主题Slope中提取各坡度的数据
4.依次计算各坡度在流域所面积占的比例
图22提取流域坡度在0—3°的分布图及其属性值
图23提取流域坡度在3—5°的分布图及其属性值
图24提取流域坡度在5—8°的分布图及其属性值
图25提取流域坡度在8—15°的分布图及其属性值
图26提取流域坡度在15—25°的分布图及其属性值
图27提取流域坡度在25—35°的分布图及其属性值
图27提取流域坡度在35—60°的分布图及其属性值
图28提取流域坡度在60—90°的分布图及其属性值
四、实验结果
1.计算给定流域地表粗糙度。
2.计算给定流域沟谷密度。
计算如下
沟壑的栅格单元数为39522,总的栅格单元数为1766498,栅格单元的分辨率为1米,则最后的沟壑密度=39522/(1766498*5*0.001)=22.37公里/平方公里。
图21沟壑层属性值
3.计算给定流域坡度百分比,并计算相应的面积。
表1流域坡度组成
坡度分级
面积(m2)
面积百分比(%)
0—3°
17251
0.98
3—5°
25808
1.46
5—8°
57030
3.23
8—15°
190390
10.78
15—25°
404349
22.89
25—35°
497488
28.16
35—60°
564007
31.93
60—90°
10175
0.58
合计
1766498
100
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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日 期:
指导教师签名:
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本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
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日 期:
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期:
年月日
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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。
尽我所知,除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者(本人签名):
年月日
学位论文出版授权书
本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”),愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊(光盘版)电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版,并同意编入CNKI《中国知识资源总库》,在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播,同意按“章程”规定享受相关权益。
论文密级:
□公开□保密(___年__月至__年__月)(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)
作者签名:
_______导师签名:
_______
_______年_____月_____日_______年_____月_____日
独创声明
本人郑重声明:
所呈交的毕业设计(论文),是本人在指导老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。
尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
二〇一〇年九月二十日
毕业设计(论文)使用授权声明
本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定。
本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版,同意学校保存学位论文的印刷本和电子版,或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计(论文);同意学校在不以营利为目的的前提下,建立目录检索与阅览服务系统,公布设计(论文)的部分或全部内容,允许他人依法合理使用。
(保密论文在解密后遵守此规定)
作者签名:
二〇一〇年九月二十日
致谢
时间飞逝,大学的学习生活很快就要过去,在这四年的学习生活中,收获了很多,而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。
首先非常感谢学校开设这个课题,为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验,奠定了基础。
本次毕业设计大概持续了半年,现在终于到结尾了。
本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。
经过这次毕业设计,我的能力有了很大的提高,比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。
这期间凝聚了很多人的心血,在此我表示由衷的感谢。
没有他们的帮助,我将无法顺利完成这次设计。
首先,我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导,在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导,为我理清了设计思路和操作方法,并对我所做的课题提出了有效的改进方案。
郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。
从他身上,我学到了许多能受益终生的东西。
再次对周巍老师表示衷心的感谢。
其次,我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求,感谢他们对我学习上和生活上的帮助,使我了解了许多专业知识和为人的道理,能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。
另外,我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持,与他们一起学习、生活,让我在大学期间生活的很充实,给我留下了很多难忘的回忆。
最后,我要感谢我的父母对我的关系和理解,如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持,我将无法顺利完成今天的学业。
四年的大学生活就快走入尾声,我们的校园生活就要划上句号,心中是无尽的难舍与眷恋。
从这里走出,对我的人生来说,将是踏上一个新的征程,要把所学的知识应用到实际工作中去。
回首四年,取得了些许成绩,生活中有快乐也有艰辛。
感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲,对我成长的关心和爱护。
学友情深,情同兄妹。
四年的风风雨雨,我们一同走过,充满着关爱,给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。
在我的十几年求学历程里,离不开父母的鼓励和支持,是他们辛勤的劳作,无私的付出,为我创造良好的学习条件,我才能顺利完成完成学业,感激他们一直以来对我的抚养与培育。
最后,我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。
是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励,给了我很多解决问题的思路,在此表示衷心的感激。
老师们认真负责的工作态度,严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。
他无论在理论上还是在实践中,都给与我很大的帮助,使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助,感谢他耐心的辅导。
在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助,帮助解决了不少的难点,使得论文能够及时完成,这里一并表示真诚的感谢。
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