1、 农业遥感综合实习农业遥感综合实习 土地生产潜力研究土地生产潜力研究南京信息工程大学遥感学院南京信息工程大学遥感学院 遥感是地球系统研究中应用非常广泛的一门科学与遥感是地球系统研究中应用非常广泛的一门科学与技术，遥感信息因为具有周期性、现实性，宏观性和技术，遥感信息因为具有周期性、现实性，宏观性和系统性方面的优势，已广泛应用于地球系统的气象、系统性方面的优势，已广泛应用于地球系统的气象、农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域，正在向产业化、业务化的发展方向不断推进。等领域，正在向产业化、业务化的发展方向不断推进。各个部门对遥感专业人才
2、的需求也日益凸显，对于培各个部门对遥感专业人才的需求也日益凸显，对于培养遥感人才的高校面临着如何高质量的培养适合社会养遥感人才的高校面临着如何高质量的培养适合社会需求的遥感人才考验。遥感作为一门技术性很强的专需求的遥感人才考验。遥感作为一门技术性很强的专业，加强实习实践环节教学是非常必要的。本研究设业，加强实习实践环节教学是非常必要的。本研究设计了一个遥感和计了一个遥感和GISGIS软件综合应用实例。软件综合应用实例。一、实习目的 遥感软件和遥感软件和GIS软件的有机结合，针对农业遥软件的有机结合，针对农业遥感的重要研究内容土地遥感，通过系统学习感的重要研究内容土地遥感，通过系统学习一种遥感软
3、件，并结合地理信息系统软件对一种遥感软件，并结合地理信息系统软件对遥感数据进行处理、分析、应用实现遥感专遥感数据进行处理、分析、应用实现遥感专业实习内容的系统化，通过一个综合实习来业实习内容的系统化，通过一个综合实习来实习土地生产潜力评价，并建立土地生产潜实习土地生产潜力评价，并建立土地生产潜力遥感反演模型。力遥感反演模型。二、原理与方法选择县级区域基于数字高程模型选择县级区域基于数字高程模型(DEM)数据和气数据和气象站观测资料，在遥感、象站观测资料，在遥感、GIS技术支持下，首先技术支持下，首先对起伏地形条件下的温度、降水等生态环境因子对起伏地形条件下的温度、降水等生态环境因子进行空间插值
4、生成空间网格数据。综合考虑光照、进行空间插值生成空间网格数据。综合考虑光照、温度、水分、土壤等因子，依据光能利用率模型，温度、水分、土壤等因子，依据光能利用率模型，通过对光合生产潜力通过对光合生产潜力光温生产潜力光温生产潜力气候生产气候生产潜力潜力土地生产潜力几个阶段的逐步订正来建立土地生产潜力几个阶段的逐步订正来建立适宜县级土地生产潜力评价模型；对典型县级区适宜县级土地生产潜力评价模型；对典型县级区域进行土地生产潜力评价，最后通过遥感作物长域进行土地生产潜力评价，最后通过遥感作物长势分析对模型结果进行验证，并建立遥感反演土势分析对模型结果进行验证，并建立遥感反演土地生产潜力定量模型。地生产潜
5、力定量模型。本实习具体内容：本实习具体内容：1、遥感图像处理中的图像校正、图像增强、图像分类、遥感图像处理中的图像校正、图像增强、图像分类、植被指数计算等。植被指数计算等。2、定量遥感中涉及到的某个参数的定量反演。、定量遥感中涉及到的某个参数的定量反演。3、数字高程模型中所涉及到的、数字高程模型中所涉及到的DEM的建立及相关分析。的建立及相关分析。4、地图学及实习所涉及到的地图数字化、地图制图等。、地图学及实习所涉及到的地图数字化、地图制图等。5、遥感影像投影定义与转换。、遥感影像投影定义与转换。6、地理信息系统及其实习所涉及到的、地理信息系统及其实习所涉及到的GIS空间分析。空间分析。7、点
6、、点面的各种插值方法。面的各种插值方法。8、地统计分析与、地统计分析与GIS相结合，进行空间统计分析。相结合，进行空间统计分析。二、原理与方法二、原理与方法方法：首先将气象站点的温度，降水等数据进行空方法：首先将气象站点的温度，降水等数据进行空间插值，形成栅格数据；依次计算出光合、光温、间插值，形成栅格数据；依次计算出光合、光温、气候生产潜力；考虑土壤因素计算出土壤有效系数气候生产潜力；考虑土壤因素计算出土壤有效系数（由于时间的限制，土壤有效系数在本实习中给出（由于时间的限制，土壤有效系数在本实习中给出结果数据，但在实习中仍然给出计算过程）；根据结果数据，但在实习中仍然给出计算过程）；根据气候
7、生产力跟土壤有效系数计算耕地区域的土地生气候生产力跟土壤有效系数计算耕地区域的土地生产潜力，然后用产潜力，然后用NDVI指数验证结果，并求出遥感反指数验证结果，并求出遥感反演模型，通过模型对土地生产潜力进行定量反演演模型，通过模型对土地生产潜力进行定量反演（事实上是不能这样反演，但因为时间的限制我们（事实上是不能这样反演，但因为时间的限制我们只能通过这种办法让学生进行操作）。只能通过这种办法让学生进行操作）。空间化空间化太阳辐射 温度 降水气象站点数据土壤属性参数土壤属性参数土壤养分遥感影像处理遥感影像处理波段合成几何纠正图像增强投影转换解译耕地土壤普查数据坡度高程坡向DEM数据等高线数字化等
8、高线数字化气象参数获取土 壤 有效 系 数获取地形参数获取典型区域气候生产潜力空间分布图遥感定量反演遥感定量反演影像波段运算影像波段运算植被指数TM数据土地生产潜力模型建立模型验证图图1 1 综合实习技术路线设计综合实习技术路线设计 三、实习仪器与数据三、实习仪器与数据n计算机，TM遥感影像、土地利用、NDVI数据、DEM、气象站点数据（日照、气温、降水）4.1 4.1 TMTM遥感影像处理遥感影像处理 TMTM遥感影像处理，用于目视解译耕地。涉及的技术有：遥感遥感影像处理，用于目视解译耕地。涉及的技术有：遥感影像校正、增强处理、图像目视解译以及地图数字化、制图等。影像校正、增强处理、图像目视
9、解译以及地图数字化、制图等。4.4.1 4.4.1 遥感图像的几何校正遥感图像的几何校正 1）ERDASERDAS图标面板工具条：点击图标面板工具条：点击DataPrepDataPrep图标，图标，Image Image Geometric Correction Geometric Correction 打开打开Set Geo-Correction Input FileSet Geo-Correction Input File对话框（图对话框（图2 2）。）。四、软件实现步骤软件实现步骤图图2 Set Geo-Correction Input File2 Set Geo-Correction
10、Input File对话框对话框 在在Set Geo-Correction Input FileSet Geo-Correction Input File对话框（图对话框（图2 2）中，需要确）中，需要确定校正图像。定校正图像。2 2）图像几何校正的计算模型（）图像几何校正的计算模型（Geometric Correction ModelGeometric Correction Model）ERDASERDAS提供的图像几何校正模型有提供的图像几何校正模型有7 7种，具体功能如下：种，具体功能如下：表表1 1 几何校正计算模型与功能几何校正计算模型与功能模型模型功能功能AffineAffine图
11、像仿射变换（不做投影变换）图像仿射变换（不做投影变换）PolynomialPolynomial多项式变换（同时作投影变换）多项式变换（同时作投影变换）ReprojectReproject投影变换（转换调用多项式变换）投影变换（转换调用多项式变换）Rubber SheetingRubber Sheeting非线性变换、非均匀变换非线性变换、非均匀变换CameraCamera航空影像正射校正航空影像正射校正LandsatLandsatLantsatLantsat卫星图像正射校正卫星图像正射校正SpotSpotSpotSpot卫星图像正射校正卫星图像正射校正3 3）图像校正的具体过程）图像校正的具体
12、过程 第一步：显示图像文件（第一步：显示图像文件（Display Image FilesDisplay Image Files）首先，在首先，在ERDASERDAS图标面板中打开两个视窗图标面板中打开两个视窗 （Viewer1/Viewer2Viewer1/Viewer2），并将两个视窗平铺放置，操作过程如），并将两个视窗平铺放置，操作过程如下：下：ERDASERDAS图表面板菜单条：图表面板菜单条：SessionTitleSessionTitle Viewers Viewers 然后，在然后，在Viewer1Viewer1中打开需要校正的图像；中打开需要校正的图像；在在Viewer2View
13、er2中打开作为地理参考的校正过的图像。中打开作为地理参考的校正过的图像。第二步：启动几何校正模块（第二步：启动几何校正模块（Geometric Correction ToolGeometric Correction Tool）Viewer1Viewer1菜单条：菜单条：Raster Geometric CorrectionRaster Geometric Correction打开打开Set Geometric ModelSet Geometric Model对话框（对话框（2 2）选择多项式几何校正模型：选择多项式几何校正模型：PolynomialOKPolynomialOK同时打开同时打开
14、Geo Correction ToolsGeo Correction Tools对话框（对话框（3 3）和）和Polynomial Polynomial Model PropertiesModel Properties对话框（对话框（4 4）。）。在在Polynomial Model PropertiesPolynomial Model Properties对话框中，定义多项式模对话框中，定义多项式模型参数以及投影参数：型参数以及投影参数：定义多项式次方（定义多项式次方（Polynomial OrderPolynomial Order）:2:2定义投影参数：（定义投影参数：（PROJECTIO
15、NPROJECTION）:略略ApplyCloseApplyClose打开打开GCP Tool ReferenseGCP Tool Referense Setup Setup 对话框（对话框（5 5）图图3 Set Geometric Model3 Set Geometric Model对话框对话框图图4 Geo Correction Tools4 Geo Correction Tools对话框对话框 图图5 5 Polynomial PropertiesPolynomial Properties对话框对话框 图图6 6 GCP Tool ReferenseGCP Tool Referense
16、 Setup Setup 对话框对话框 第三步：启动控制点工具（第三步：启动控制点工具（Start GCP ToolsStart GCP Tools）图图7 Viewer Selection Instructions7 Viewer Selection Instructions 首先，在首先，在GCP Tool ReferenseGCP Tool Referense Setup Setup对话框（图对话框（图5 5）中选择采点模式：）中选择采点模式：选择视窗采点模式：选择视窗采点模式：Existing ViewerOKExisting ViewerOK打开打开Viewer Selection
17、InstructionsViewer Selection Instructions指示器（图指示器（图2-62-6）在显示作为地理参考图像在显示作为地理参考图像panAtlantapanAtlanta，imgimg的的Viewer2Viewer2中点击左键中点击左键打开打开reference Map Information reference Map Information 提示框（图提示框（图2-72-7）；）；OKOK此时，整个屏幕将自动变化为如图此时，整个屏幕将自动变化为如图7 7所示的状态，表明控制点工具所示的状态，表明控制点工具被启动，进入控制点采点状态。被启动，进入控制点采点状态。
18、图图8 8 reference Map Information reference Map Information 提示框提示框 第四步：采集地面控制点（第四步：采集地面控制点（Ground Control PointGround Control Point）GCPGCP的具体采集过程：的具体采集过程：在图像几何校正过程中，采集控制点是一项非常重要和繁在图像几何校正过程中，采集控制点是一项非常重要和繁重的工作，具体过程如下：重的工作，具体过程如下：1 1、在在GCPGCP工具对话框中，点击工具对话框中，点击Select GCPSelect GCP图表，进入图表，进入GCPGCP选择状态；选择状
19、态；2 2、在在GCPGCP数据表中，将输入数据表中，将输入GCPGCP的颜色设置为比较明显的黄色。的颜色设置为比较明显的黄色。3 3、在在Viewer1Viewer1中移动关联方框位置，寻找明显的地物特征点，作为输入中移动关联方框位置，寻找明显的地物特征点，作为输入GCPGCP。4 4、在在GCPGCP工具对话框中，点击工具对话框中，点击Create GCPCreate GCP图标，并在图标，并在Viewer3Viewer3中点击左键中点击左键定点，定点，GCPGCP数据表将记录一个输入数据表将记录一个输入GCPGCP，包括其编号、标识码、，包括其编号、标识码、X X坐标和坐标和Y Y坐坐标
20、。标。5 5、在在GCPGCP对话框中，点击对话框中，点击Select GCPSelect GCP图标，重新进入图标，重新进入GCPGCP选择状态。选择状态。6 6、在在GCPGCP数据表中，将参考数据表中，将参考GCPGCP的颜色设置为比较明显的红色，的颜色设置为比较明显的红色，7 7、在在Viewer2Viewer2中，移动关联方框位置，寻找对应的地物特征点，作为参中，移动关联方框位置，寻找对应的地物特征点，作为参考考GCPGCP。8 8、在在GCPGCP工具对话框中，点击工具对话框中，点击Create GCPCreate GCP图标，并在图标，并在Viewer4Viewer4中点击左肩中
21、点击左肩顶巅，系统将自动将参考点的坐标（顶巅，系统将自动将参考点的坐标（X X、Y Y）显示在）显示在GCPGCP数据表中。数据表中。9 9、在、在GCPGCP对话框中，点击对话框中，点击SelectGCPSelectGCP图标，重新进入图标，重新进入GCPGCP选择状态，并将光选择状态，并将光标移回到标移回到Viewer1Viewer1中，准备采集另一个输入控制点。中，准备采集另一个输入控制点。1010、不断重复、不断重复1-91-9，采集若干控制点，采集若干控制点GCPGCP，直到满足所选定的几何模型为止，直到满足所选定的几何模型为止，尔后，没采集一个尔后，没采集一个InputGCPInp
22、utGCP，系统就自动产生一个，系统就自动产生一个Ref.GCPRef.GCP，通过移动，通过移动Ref.Ref.GCPGCP可以优化校正模型。可以优化校正模型。第五步：采集地面检查点（第五步：采集地面检查点（Ground Check PointGround Check Point）以上采集的以上采集的 GCPGCP的类型均为控制点，用于控制计算，建的类型均为控制点，用于控制计算，建立转换模型及多项式方程。下面所要采集的立转换模型及多项式方程。下面所要采集的GCPGCP类型是检查点。类型是检查点。（略）（略）第六步：计算转换模型（第六步：计算转换模型（Compute Transformatio
23、nCompute Transformation）在控制点采集过程中，一般是设置为自动转换计算模型。在控制点采集过程中，一般是设置为自动转换计算模型。所以随着控制点采集过程的完成，转换模型就自动计算生成。所以随着控制点采集过程的完成，转换模型就自动计算生成。在在Geo-Correction ToolsGeo-Correction Tools对话框中，点击对话框中，点击Display Display Model Properties Model Properties 图表，可以查阅模型。图表，可以查阅模型。第七步：图像重采样（第七步：图像重采样（Resample the ImageResample
24、 the Image）重采样过程就是依据未校正图像的像元值，计算生成一重采样过程就是依据未校正图像的像元值，计算生成一幅校正图像的过程。原图像中所有删格数据层都要进行重采幅校正图像的过程。原图像中所有删格数据层都要进行重采样。样。ERDAS IMAGE ERDAS IMAGE 提供了三种最常用的重采样方法。略提供了三种最常用的重采样方法。略图像重采样的过程：图像重采样的过程：首先，在首先，在Geo-Correction ToolsGeo-Correction Tools对话框中选择对话框中选择Image Resample Image Resample 图标。图标。然后，在然后，在Image R
25、esampleImage Resample对话框中，定义重采样参数；对话框中，定义重采样参数；输出图像文件明（输出图像文件明（OutputFileOutputFile）:rectify.img:rectify.img选择重采样方法（选择重采样方法（Resample MethodResample Method）:Nearest Neighbor:Nearest Neighbor定义输出图像范围：定义输出图像范围：定义输出像元的大小：定义输出像元的大小：设置输出统计中忽略零值设置输出统计中忽略零值:定义重新计算输出缺省值。定义重新计算输出缺省值。第八步：保存几何校正模式（第八步：保存几何校正模式（
26、Save rectification ModelSave rectification Model）在在Geo-Correction ToolsGeo-Correction Tools对话框中点击对话框中点击ExitExit按钮，推出几何校正过按钮，推出几何校正过程，按照系统提示，选择保存图像几何校正模式，并定义模式文件，以程，按照系统提示，选择保存图像几何校正模式，并定义模式文件，以便下一次直接利用。便下一次直接利用。第九步：检验校正结果（第九步：检验校正结果（Verify rectification ResultVerify rectification Result）基本方法：同时在两个视窗
27、中打开两幅图像，一幅是矫正以后的图基本方法：同时在两个视窗中打开两幅图像，一幅是矫正以后的图像，一幅是当时的参考图像，通过视窗地理连接功能，及查询光标功能像，一幅是当时的参考图像，通过视窗地理连接功能，及查询光标功能进行目视定性检验。进行目视定性检验。4.4.2 4.4.2 遥感图像的增强处理遥感图像的增强处理 通过上机操作，了解空间增强、辐射增强几种遥感图象增强处理的通过上机操作，了解空间增强、辐射增强几种遥感图象增强处理的过程和方法，加深对图象增强处理的理解。过程和方法，加深对图象增强处理的理解。ERDAS IMAGEERDAS IMAGE图像解译模块主要包括了图像的空间增强、辐射增强、图
28、像解译模块主要包括了图像的空间增强、辐射增强、光谱增强、高光谱工具、傅立叶变换、地形分析以及其他实用功能。光谱增强、高光谱工具、傅立叶变换、地形分析以及其他实用功能。空间增强技术是利用像元自身及其周围像元的灰度值进行运算，达空间增强技术是利用像元自身及其周围像元的灰度值进行运算，达到增强整个图像之目的。卷积增强（到增强整个图像之目的。卷积增强（ConvolutionConvolution）是空间增强的一种）是空间增强的一种方法。方法。卷积增强（卷积增强（ConvolutionConvolution）时将整个像元分块进行平均处理，用于）时将整个像元分块进行平均处理，用于改变图像的空间频率特征改变
29、图像的空间频率特征 。卷积增强（。卷积增强（ConvolutionConvolution）处理的关键是卷）处理的关键是卷计算子计算子-系数矩阵的选择。该系数矩阵又称卷积核（系数矩阵的选择。该系数矩阵又称卷积核（KernalKernal）。）。ERDAS IMAGINEERDAS IMAGINE将常用的卷计算子放在一个名为将常用的卷计算子放在一个名为default.klbdefault.klb的文件中，的文件中，分为分为3 3*3 3，5 5*5 5、7 7*7 7三组，每组又包括三组，每组又包括“EdgeDetectEdgeDetect/Low/Low Pass/Horizontal/Vert
30、ical/Summary”Pass/Horizontal/Vertical/Summary”等七种不同的处理方式。具体执等七种不同的处理方式。具体执行过程如下：行过程如下：ERDASERDAS图标面板菜单条：图标面板菜单条：MainImage InterpreterSpatial MainImage InterpreterSpatial enhancementconvolutionconvolutionenhancementconvolutionconvolution对话框。对话框。图图9 9 ConvolutionConvolution对话框对话框 几个重要参数的设置：几个重要参数的设置：边
31、缘处理方法：（边缘处理方法：（Handle Edges byHandle Edges by）：）：ReflectionReflection卷积归一化处理：卷积归一化处理：Normalize the KernelNormalize the Kernel4.2 4.2 遥感图像目视解译遥感图像目视解译 涉及的技术有：遥感图像目视解译，数字化与地图制图等。涉及的技术有：遥感图像目视解译，数字化与地图制图等。主要通过主要通过ArcViewArcView GIS 3.2 GIS 3.2数字化提取耕地类型。数字化提取耕地类型。4.2.1 4.2.1 数字化数字化1 1、建面状图层、建面状图层打开遥感影像打
32、开遥感影像ArcViewArcView GIS 3.2 GIS 3.2CancelCancelNewNewAdd ThemeAdd Theme路径路径Image Image Data SourceData Source遥感影像遥感影像OkOk建立图层建立图层 ViewViewNew ThemeNew Theme（PolygonPolygon）路径路径名称名称图图10 10 建立图层建立图层 2 2、数字化提取影像图中的耕地要素，保存要素与属性值。、数字化提取影像图中的耕地要素，保存要素与属性值。数字化数字化:用面数字画工具提取出耕地类型；用面数字画工具提取出耕地类型；图图11 11 数字化工具
33、数字化工具 打开属性表打开属性表Open Theme TableOpen Theme Table，输入属性值；，输入属性值；保存数字化结果保存数字化结果Save editsSave edits路径路径名称。名称。4.2.2 4.2.2 进行图例设计、地图注记进行图例设计、地图注记1 1、对数字化面要素图例进行按图中特征进行设计，并保存图例、对数字化面要素图例进行按图中特征进行设计，并保存图例在图层上双击，打开在图层上双击，打开Edit LegendEdit Legend对话框，设计图例。对话框，设计图例。Edit LegendEdit Legend对话框，用对话框，用SaveSave保存图例文
34、件。保存图例文件。图图1212 图例设计图例设计 2 2、按着所给图注记进行地图注记。、按着所给图注记进行地图注记。用用theme theme Stop EditingStop Editing退出编辑状态。退出编辑状态。用用Text toolText tool图标进行注记。图标进行注记。4.2.3 4.2.3 进行图例设计、地图注记进行图例设计、地图注记输出输出JPEGJPEG格式图，要求有图例、指北针、比例尺（单位为米）。格式图，要求有图例、指北针、比例尺（单位为米）。设置单位设置单位View PropertiesView Propertiesmetersmeters。viewviewLay
35、outLayout进入制图窗口，进行图名、图例、指北针、比例进入制图窗口，进行图名、图例、指北针、比例尺编辑。尺编辑。FileFileExportExport输出输出JPEGJPEG格式图。格式图。4.3 DEM4.3 DEM模型的建立模型的建立 涉及的技术有：等高线数字化，建立涉及的技术有：等高线数字化，建立DEMDEM模型及其地形参数分模型及其地形参数分析等；数字化等高线同目视解译耕地数字化类似，只是建立的是析等；数字化等高线同目视解译耕地数字化类似，只是建立的是线状图层。线状图层。地形因子提取地形因子提取 常用的地形因子可以划分为微观地形因子与宏观地形因子两常用的地形因子可以划分为微观地
36、形因子与宏观地形因子两种基本类型。按照提取地形因子差分计算的阶数，又可将地形因种基本类型。按照提取地形因子差分计算的阶数，又可将地形因子分为一阶地形因子、二阶地形因子和高阶地形因子（图子分为一阶地形因子、二阶地形因子和高阶地形因子（图1313和和1414）。）。图图13 13 依据空间区域范围的坡面因子分类体系依据空间区域范围的坡面因子分类体系图图14 14 基于提取算法的坡面因子分类体系基于提取算法的坡面因子分类体系 1.1.坡度的提取坡度的提取 地表面任一点的坡度（地表面任一点的坡度（SlopeSlope）是指过该点的切平面与水平地面的）是指过该点的切平面与水平地面的夹角。坡度表示了地表面
37、在该点的倾斜程度。夹角。坡度表示了地表面在该点的倾斜程度。实际应用中，坡度有两种表示方式方法：实际应用中，坡度有两种表示方式方法：（1 1）坡度坡度(degree of slope)(degree of slope)：既水平面与地形面之间夹角。：既水平面与地形面之间夹角。（2 2）坡度百分比（坡度百分比（percent slopepercent slope）：既高程增量与水平增量之）：既高程增量与水平增量之比的百分数。比的百分数。（3 3）ArcGISArcGIS中坡度的提取过程为：中坡度的提取过程为：（4 4）在在Spatial AnalystSpatial Analyst下拉菜单中选择下拉
38、菜单中选择Surface analysis,Surface analysis,在弹出的下一级菜单中点击在弹出的下一级菜单中点击SlopeSlope，出现，出现SlopeSlope对话框，如图对话框，如图1515，以下所有设置如图中所示。以下所有设置如图中所示。（5 5）在在Input SurfaceInput Surface的下拉菜单中选择用来生成坡度的表面；的下拉菜单中选择用来生成坡度的表面；（6 6）选择一种坡度表示方法，在此分别用两种方法做了坡度。选择一种坡度表示方法，在此分别用两种方法做了坡度。（7 7）在在Z factorZ factor栏中设定高程变换系数；栏中设定高程变换系数；（
39、8 8）在在Output cell sizeOutput cell size栏中设定栅格大小；栏中设定栅格大小；（9 9）在在Output rasterOutput raster栏中指定输出坡度的存放路径与文件名。栏中指定输出坡度的存放路径与文件名。（1010）点击点击OKOK按钮。按钮。图图15 15 坡度计算坡度计算 2.2.坡向的提取坡向的提取 坡向指地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过该坡向指地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过该点的正北方向的夹角。对于地面任何一点来说，坡向表征了该点点的正北方向的夹角。对于地面任何一点来说，坡向表征了该点高程值改变量的最大变化
40、方向。在输出的坡向数据中，坡向值有高程值改变量的最大变化方向。在输出的坡向数据中，坡向值有如下规定：正北方向为如下规定：正北方向为0 0度，按顺时针方向计算，取值范围为度，按顺时针方向计算，取值范围为0 0360360。ArcGISArcGIS中坡向的提取过程为：中坡向的提取过程为：（1 1）在在Spatial AnalystSpatial Analyst下拉菜单中选择下拉菜单中选择Surface analysis,Surface analysis,在弹出的下一级菜单中点击在弹出的下一级菜单中点击AspectAspect，出现，出现AspectAspect对话框，如图对话框，如图8.408.4
41、0，以下所有设置如图中所示。，以下所有设置如图中所示。（2 2）在在Input SurfaceInput Surface的下拉菜单中选择用来生成坡向的表面；的下拉菜单中选择用来生成坡向的表面；（3 3）在在Output cell sizeOutput cell size栏中设定栅格大小；栏中设定栅格大小；（4 4）在在Output rasterOutput raster栏中指定输出坡向的存放路径与文件名。栏中指定输出坡向的存放路径与文件名。图图16 16 坡向计算坡向计算 4.4 4.4 气象站点数据空间插值气象站点数据空间插值 涉及的技术有：点涉及的技术有：点面的插值方法。面的插值方法。在在
42、ArcGISArcGIS中，表面分析的主要功能有：查询表面值、从表面中，表面分析的主要功能有：查询表面值、从表面获取坡度和坡向信息、创建等值线、分析表面的可视性、从表面获取坡度和坡向信息、创建等值线、分析表面的可视性、从表面计算山体的阴影、确定坡面线的高度、寻找最陡路径、计算面积计算山体的阴影、确定坡面线的高度、寻找最陡路径、计算面积和体积、数据重分类、将表面转化为矢量数据等。在本实习中主和体积、数据重分类、将表面转化为矢量数据等。在本实习中主要介绍要介绍ArcGISArcGIS表面分析中的栅格插值，坡度、坡向等基本地形因表面分析中的栅格插值，坡度、坡向等基本地形因子的提取等基本分析功能。子的
43、提取等基本分析功能。一般情况下采集到的数据都是以离散点的形式存在的，只有一般情况下采集到的数据都是以离散点的形式存在的，只有在这些采样点上才有较为准确的数值，而其它未采样点上都没有在这些采样点上才有较为准确的数值，而其它未采样点上都没有数值。然而，在实际应用中却很可能需要用到某些未采样点的值，数值。然而，在实际应用中却很可能需要用到某些未采样点的值，这个时候就需要通过已采样点的数值来推算未采样点值。这样的这个时候就需要通过已采样点的数值来推算未采样点值。这样的一个过程也就是栅格插值过程。插值结果将生成一个连续的表面，一个过程也就是栅格插值过程。插值结果将生成一个连续的表面，在这个连续表面上可以
44、得到每一点的值。栅格插值包括简单栅格在这个连续表面上可以得到每一点的值。栅格插值包括简单栅格表面的生成和栅格数据重采样。表面的生成和栅格数据重采样。在在ArcGISArcGIS 9 9 栅格分析模块中，通过栅格插值运算生成表面主栅格分析模块中，通过栅格插值运算生成表面主要有三种实现方式：反距离权重插值，样条函数插值和克里格插要有三种实现方式：反距离权重插值，样条函数插值和克里格插值，如图值，如图1717所示。所示。图图17 17 栅格插值方法栅格插值方法 下面以一组土壤元素下面以一组土壤元素PHPH值的插值来逐一说明在值的插值来逐一说明在Spatial AnalystSpatial Analy
45、st中三种中三种表面生成插值的实现过程。表面生成插值的实现过程。1.1.反距离权重插值（反距离权重插值（IDWIDW）（1 1）在在Spatial AnalystSpatial Analyst下拉菜单中选择下拉菜单中选择Interpolate to RasterInterpolate to Raster，在弹出的下一级菜单中点击在弹出的下一级菜单中点击Inverse Distance WeightedInverse Distance Weighted命令命令,弹出弹出IDWIDW对话框，如图对话框，如图8.258.25。（2 2）在在Input pointsInput points的下拉菜单中
46、选择被用来进行插值的离散点数的下拉菜单中选择被用来进行插值的离散点数据；据；（3 3）在在Z value fieldZ value field的下拉菜单中选择要加入的字段；的下拉菜单中选择要加入的字段；（4 4）在在PowerPower栏中填入进行插值计算的幂值；幂值就是距离的指数。栏中填入进行插值计算的幂值；幂值就是距离的指数。如幂指数为如幂指数为2 2时则进行反向距离平方插值。幂指数是一个正实数，其缺时则进行反向距离平方插值。幂指数是一个正实数，其缺省值为省值为2 2。（5 5）在在Search radius type Search radius type 栏中选择一种搜索半径设置类型；栏
47、中选择一种搜索半径设置类型；1)1)VariableVariable：当选择此项时：当选择此项时,搜索半径由下面两搜索半径由下面两Maximum distanceMaximum distance。首先。首先在在Number of pointsNumber of points中输入搜索的最近点的个数（缺省值为中输入搜索的最近点的个数（缺省值为1212），然），然后在后在Maximum distanceMaximum distance中输入一个控制距离。如果最近点的个数超出中输入一个控制距离。如果最近点的个数超出控制距离，则将会以控制距离为限制来选取较少的点；控制距离，则将会以控制距离为限制来选取
48、较少的点；2)Fixed 2)Fixed，DistanceDistance和和Minimum number of pointsMinimum number of points。首先在。首先在DistanceDistance中输入搜索半径距离（缺省值是输出栅格大小的五倍），中输入搜索半径距离（缺省值是输出栅格大小的五倍），然后在然后在Minimum number of pointsMinimum number of points中输入控制插值点个数的最小整中输入控制插值点个数的最小整数值。如果搜索半径距离内的点个数小于插值点个数的最小整数值，数值。如果搜索半径距离内的点个数小于插值点个数的最小整
49、数值，则搜索半径自动增大。则搜索半径自动增大。（6 6）Use barriers polylineUse barriers polyline为可选项，输入一个中断线文件。为可选项，输入一个中断线文件。barriersbarriers是在插值中，如有某些地方出现异常，（如某些断裂带），是在插值中，如有某些地方出现异常，（如某些断裂带），而要求插值时考虑到这样的因素，所设置的选项。它是一个打断表而要求插值时考虑到这样的因素，所设置的选项。它是一个打断表面的线特征。这一线特征没有面的线特征。这一线特征没有Z Z值。悬崖，峭壁，堤岸或某些障碍值。悬崖，峭壁，堤岸或某些障碍都是典型的都是典型的barri
50、ersbarriers。barriersbarriers限制了插值计算，它使得计算只在限制了插值计算，它使得计算只在线的两侧各自进行。而落在线上的点则会同时参与线两侧的计算。线的两侧各自进行。而落在线上的点则会同时参与线两侧的计算。（7 7）Output cell sizeOutput cell size：指定输出结果的栅格大小；：指定输出结果的栅格大小；（8 8）Output rasterOutput raster：为输出结果指定目录及名称；：为输出结果指定目录及名称；（9 9）点击点击OKOK按钮。按钮。2 2、样条函数插值（、样条函数插值（SPLINESPLINE）样条函数插值采用两种不
