ARCGIS地理信息系统空间分析实验教程第九章 三维分析（2021年）.docxVIP

第九章 三维分析 相当长的一段时间里，由于 GIS 理论方法及计算机软硬件技术所限，GIS 以描述二维 空间为主，同时发展了较为成熟的基于二维空间信息的分析方法。但是将三维事物以二维 的方式来表示，具有很大的局限性。在以二维方式描述一些三维的自然现象时，不能精确 地反映、分析和显示有关信息，致使大量的三维甚至多维空间信息无法加以充分利用。随 着 GIS 技术以及计算机软硬件技术的进一步发展，三维空间分析技术逐步走向成熟。三维 空间分析相比二维分析，更注重对第三维信息的分析。其中第三维信息不只是地形高程信 息，已经逐步扩展到其它更多研究领域，如降雨量、气温等。 ArcGIS 具有一个能为三维可视化、三维分析以及表面生成提供高级分析功能的扩展模 块 3D Analyst，可以用它来创建动态三维模型和交互式地图，从而更好地实现地理数据的 可视化和分析处理。 利用三维分析扩展模块可以进行三维视线分析和创建表面模型（如 TIN）。任 何 ArcGIS 的标准数据格式，不论二维数据还是三维数据都可通过属性值以三维形式来显示。例如， 可以把平面二维图形突出显示成三维结构、线生成墙、点生成线。因此，不用创建新的数 据就可以建立高度交互性和可操作性的场景。如果是具有三维坐标的数据，利用该模块可 以把数据准确地放置在三维空间中。 ArcScene 是 ArcGIS 三维分析模块 3D Analyst 所提供的一个三维场景工具，它可以更 加高效地管理三维 GIS 数据、进行三维分析、创建三维要素以及建立具有三维场景属性的 图层。 此外，还可以利用 ArcGlobe 模型从全球的角度显示数据，无缝、快速地得到无限量 的虚拟地理信息。ArcGlobe 能够智能化地处理栅格、矢量和地形数据集，从区域尺度到全 球尺度来显示数据，超越了传统的二维制图。 利用交互式制图工具，可以在任何比例尺下进行数据筛选、查询和分析，或者把比例 尺放大到合适的程度来显示感兴趣区域的高分辨率空间数据，例如航空相片的细节。 本章主要介绍如何利用 ArcGIS 三维分析模块进行创建表面、进行各种表面分析及在 ArcScene 中数据的三维可视化。此外，还包括数据转换的介绍，包括二维要素三维化、将 栅格数据转换为矢量数据以及将 TIN 表面数据转换为矢量要素数据。最后，设计了多个实 例与练习以帮助读者掌握常用的 ArcGIS 三维分析的理论与方法。 9.1 创建表面 具有空间连续特征的地理要素，其值的表示可以借鉴三维坐标系统 X、Y、Z 中的 Z 值来表示，一般通称为 Z 值。在一定范围内的连续 Z 值构成了连续的表面。由于表面实际 上包含了无数个点，在应用中不可能对所有点进行度量并记录。表面模型通过对区域内不 1 同位置的点进行采样，并对采样点插值生成表面，以实现对真实表面的近似模拟。图 9.1 为某区域大气污染指数的表面模型，图中黑点为大气污染指数的采样点。 利用ARCGIS 三维分析模块可以从现有数据集中创建新的表面，它允许以规则空间格 网（栅格模型）或不规则三角网（TIN 模型）两种形式来创建表面以适合于某些特定的数 据分析。创建表面模型主要有两种方法： 插值法和三角测量法。主要的插值方法 包括： 1. 反距离权重插值 2. 克里格插值 3. 自然邻体法（点插值成面） 4. 样条函数插值 5. 拓扑栅格插值（拓扑纠正表面生成） 6. 趋势面插值 欲建立三角网表面，可以用矢量要 图 9.1 某区域大气污染指数表面模型 素生成不规则三角网（包括硬或软断线、 集群点等等），也可通过向现有表面中添加要素来创建。 在ARCGIS 中，还可以实现栅格表面和TIN 表面的相互格式转换。 创建了表面模型数据之后，可用之进行进一步分析，包括诸如设置阴影地貌的可视化 增强；或者进行诸如从一个特定的位置或路径设置可视化的更高级别的分析。 9.1.1 栅格表面 1. 由点创建栅格面 插值是利用有限数目的样本点来估计未知样本点的值，这种估值可用于高程、降雨量、 化学污染程度、噪声等级、湖泊水质等级等连续表面。插值的前提是空间地物具有一定的 空间相似性，距离较近的地物，其值更为接近，如气温、水质等。实际中，通常不可能对 研究区内的每个点的属性值都进行测量。一般选择一些离散的样本点进行测量，通过插值 得出未采样点的值。采样点可以是随机选取、分层选取或规则选取，但必须保证这些点代 表了区域的总体特征。例如某一地区的气象观测站，一般都是在该地区内具有一定控制意 义的观测点，由它们采集所得到的温度、气压、大气污染指数等数据是在空间上离散的点， 同时代表了该地区内这种指标的总体特征，因此可以插值生成连续且规则的栅格面。点插 值的一个典型的例子是利用一组采样点来生成高程面，每个采样点高程值由某种测量手段 得到，区域