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互助,、共享、學(xué)習(xí) 一共十八章（第一章緒論,、第二章坐標(biāo)系統(tǒng),、第三章矢量數(shù)據(jù)模型、第四章柵格數(shù)據(jù)模型,、第五章GIS數(shù)據(jù)獲取,、第六章幾何變換、第七章空間數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和質(zhì)量,、第八章屬性數(shù)據(jù)管理,、第九章數(shù)據(jù)顯示與地圖編制、第十章數(shù)據(jù)探查,、第十一章矢量數(shù)據(jù)分析,、第十二章柵格數(shù)據(jù)分析,、第十三章地形制圖與分析、第十四章視域和流域,、第十五章空間插值,、第十六章地理編碼和動態(tài)分段、第十七章最小耗費路徑分析和網(wǎng)絡(luò)分析,、第十八章GIS模型與建模。）綿延起伏的地形是GIS用戶所熟悉的現(xiàn)象,。如,，等高線、暈渲法,、分層設(shè)色,、三維透視圖。地形定量化科學(xué)和地貌量計學(xué),。
用于地形制圖與分析的數(shù)據(jù)介紹內(nèi)容為：數(shù)字高程模型（DEM）,、不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）。
地形制圖與分析的兩種常用輸入數(shù)據(jù)是：基于柵格的DEM和基于矢量的TIN,。
DEM表示高程點的規(guī)則排列。DEM的數(shù)據(jù)源包括地形圖,、航空照片,、衛(wèi)星圖像（包括主動和被動系統(tǒng)）、激光雷達和無人機系統(tǒng)基于攝影測量和地面激光掃描所采集的數(shù)據(jù),。不管DEM的來源如何,，為了進行地形制圖與分析，基于點的DEM數(shù)據(jù)必須首先轉(zhuǎn)化成柵格數(shù)據(jù)格式,，把每個高程點置于高程柵格的像元中心,，因而，DEM和高程柵格可以相互轉(zhuǎn)換,。
TIN是指用一系列無重疊的三角形來近似模擬陸地表面，從而構(gòu)成不規(guī)則的三角網(wǎng),。高度值（z）連同x,、y坐標(biāo)一起存儲在節(jié)點(node)，再由這些節(jié)點構(gòu)成三角形,。與DEM對比,，TIN是基于高程點的不規(guī)則分布。
DEM通常是經(jīng)轉(zhuǎn)換過程來編制初始TIN的主要數(shù)據(jù)源,，但是TIN還可利用其他數(shù)據(jù)源,。外加的點數(shù)據(jù)可包括實測高程點,、GPS數(shù)據(jù)和雷達數(shù)據(jù)等；線數(shù)據(jù)可包括等高線和斷線,，斷線（breaklines）是表示河流,、岸線、山脊和道路等陸地表面變化的線要素,；面數(shù)據(jù)可包括湖泊和水庫,。
最大z容差（maximum z-tolerance）算法是從一個高程柵格選點來構(gòu)建一個TIN，要求達到：對于高程柵格上的每個點,。以初始高程與TIN的估算高程之差小于指定的最大z容差為選點依據(jù),。該算法采用迭代過程：首先，構(gòu)建一個候選的TIN,。然后,，對這個TIN的每個三角形，計算每個柵格點與閉合三角形面的高差,。該算法確定最大差值的點,。如果差值大于指定的z容差，算法就對該點標(biāo)記為加到TIN的點,。在當(dāng)前的TIN上每個三角形都被檢測以后,，用選上的附加點計算新的三角形。該過程反復(fù)進行,，直至柵格里所有點都在指定的最大z容差之內(nèi),。（德朗奈三角測量法，由該算法形成的三角形具有以下特征：所有結(jié)點（高程點）與最近相鄰點連接構(gòu)成三角形,；三角形盡量等角,，或盡量密集。）
地形制圖介紹內(nèi)容為：等高線法,、垂直剖面法,、地貌暈渲圖、分層設(shè)色法,、透視圖,。等高線法是地形制圖的常用方法,。等高線將高程值相等的點連接起來。等高距表示等高線之間的垂直距離,。基準(zhǔn)等高線是開始計算高程的等高線,。等高線的排列和模式是地形的反映。
等高線的自動繪制需要遵循兩個基本步驟：1,、檢查等高線與柵格像元或三角形是否交叉,；2,、通過柵格像元或三角形繪出等高線。垂直剖面表示沿一條線的高度變化,，如遠足小道,、道路或河流。手工方法一般包括以下幾個步驟：
2、標(biāo)記等高線與剖面線的每個交叉點,，并記錄其高程；垂直剖面的自動繪制的步驟相同，只是用高程柵格或TIN替代等高線地圖,。
地貌暈渲圖（又稱陰影地形圖）是指模擬太陽光與地表要素相互作用下的地形容貌。面光的山坡明亮而背光的山坡陰暗,。地貌暈渲圖有助于看圖者更好認(rèn)識地形要素的形態(tài),。地貌暈渲圖的更普遍用途是作為地形或?qū)ｎ}地圖的背景。
以往地貌暈渲的制作均由有天賦的藝術(shù)家完成,，現(xiàn)今計算也能制作出高質(zhì)量的暈渲圖,。影響地貌暈渲視覺效果的因子有4個：太陽方位角、太陽高度角,、坡度和坡向,。太陽方位角，是光線進來的方向,，變化范圍為順時針方向0°-360°,。一般來說，默認(rèn)的太陽方位角為315°,。當(dāng)光源由地貌暈渲圖的左上角射入時,，地物陰影投向觀察者，這樣可避免反體效果,。太陽高度角是射入光線與地平面的夾角,，變化范圍為0°-90°,。坡度變化范圍為：0°-90°，坡向為0°-360°,。
分層設(shè)色法用高程描繪地球塊體的分布。分層設(shè)色法（hypsometric tinting）是用不同顏色符號表示不同的高度分區(qū),。選用搭配合理的顏色有助于顯示高程的漸變,，這點對于小比例尺地圖尤其突出。分層設(shè)色也可用于強調(diào)特殊的高程分區(qū),。
透視圖是地形的三維視圖，（如飛機上某個角度所見的地形容貌——鳥瞰圖等）三維視圖容貌受以下4個參數(shù)控制： （1）觀察方位,，自觀察者到地表面的方向,，變化范圍為順時針方向0°-360°。（2）觀察角度,，觀察者所在高度與地平面的夾角,，總是在0°-90°。（3）觀察距離,，觀察者與地表面的距離,。（4）Z-比例系數(shù)，垂直比例尺與水平比例尺的比率,，又稱為垂直縮放因子,。
ArcGis的3D Analyst擴展模塊提供了用于設(shè)置觀察參數(shù)的圖形界面。具體如何打開3D擴展模塊請參看：什么是 ArcGIS 3D Analyst 擴展模塊,？
坡度與坡向介紹內(nèi)容為：用柵格計算坡度和坡向的算法,、用TIN計算坡度和坡向的算法、影響坡度和坡向量算的因子,。坡度是地表位置上高度變化率的量度,，坡度可表達為百分?jǐn)?shù)或者度數(shù)。其中,，百分?jǐn)?shù)坡度等于提升的垂直距離與所歷經(jīng)的水平距離之比率乘以100,，度數(shù)坡度是垂直距離與水平距離之比的反正切（Arc tangent）。
坡向是斜坡方向的量度,，量綱是度,，從正北為0°開始,，順時針移動，回到正北以360°結(jié)束,。坡向是圓的度量,。坡向10°比30°更靠近360°。因此,，用坡向做數(shù)據(jù)分析之前,，我們經(jīng)常需對坡向進行轉(zhuǎn)換。常用方法是將坡向分為北,、東,、南、西共4個基本方向,，或者北,、東北、東,、東南,、南、西南,、西、西北共8個基本方向,，并把坡向作為類別數(shù)據(jù),。
坡度和坡向過去往往是在野外測得或從等高線地圖經(jīng)手工獲取?，F(xiàn)今,，在GIS中計算坡度和坡向共有三種辦法：1、由Fleming和Hoffer（1979）及Ritter(1987)提出的,，采用與中心像元直接鄰接的4個像元,，估算中心像元的坡度與坡向；2,、在ArcGis中采用Horn算法計算坡度和坡向（1981）.Horn算法使用8個鄰接像元,，4個直接鄰接像元的權(quán)重值取2，4個對角像元的權(quán)重值取為1,；3,、Sharpnack和Akin算法（1969）.該方法也是采用8個鄰接像元，但對每個像元的權(quán)重相同,。
假設(shè)三角形的3個節(jié)點分別為A（x1，y1,，z1）,、B（x2,，y2，z2）和C（x3,，y3,，z3），標(biāo)準(zhǔn)矢量分別是矢量AB[(x2-x1),，(y2-y1),，(z2-z1)]和AC[(x3-x1)，(y3-y1),，(z3-z1)]的向量積,。該標(biāo)準(zhǔn)向量的3個分量是： nx=(y2-y1)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1)
ny=(z2-z1)(x3-x1)-(z3-z1)(x2-x1) (1)
nz=(x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1)
影響坡度和坡向量算的因子共有四個：1,、用于生成坡度和坡向的DEM數(shù)據(jù)的空間分辨率,；2、DEM數(shù)據(jù)中的量測錯誤,；3,、算法的量測異同；4,、局部地形,。
用以確定某一個像元位置表面是向上凸還是向下凹,。剖面曲率是沿著最大坡度方向進行估算,。平面曲率是沿著垂直于最大坡度方向進行估算。而曲率是以上兩者的差值,，即剖面曲率-平面曲率,。一個像元的曲率值為正值，表明該像元面向上凸出,；像元曲率值為負值,，則是下凹；像元曲率值為0,，表明該表面是平的,。
柵格或TIN常用于地形制圖與分析,。GIS允許使用高程柵格或TIN,，并可將兩種數(shù)據(jù)模型相互轉(zhuǎn)換。
兩者區(qū)別在于：1,、數(shù)據(jù)靈活性：使用TIN的主要好處在于輸入數(shù)據(jù)來源的靈活性,。可用DEM、等高線,、GPS數(shù)據(jù),、LiDRA數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)來構(gòu)建TIN。還可把高程點的精確位置添加到TIN上,，或者添加斷線（如河流,、道路、山脊線和岸線）以定義地表的不連續(xù)處,。而一個高程柵格的像元大小是固定的,，因此無法對高程柵格添加新采樣點來提高其地表準(zhǔn)確度。假定柵格的生成方法相同,，改善柵格質(zhì)量的唯一方法只能是提高分辨率,，如從30m提高到10m。2,、計算效率高：采用柵格進行地形分析的主要優(yōu)點是計算效率高,。其簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使得比較容易在一個高程柵格上完成鄰域操作。因此,，用高程柵格計算坡度,、坡向、表面曲率,、相對輻射和其他地形變量更快捷,。相比之下，隨著三角形數(shù)目的增加,，用TIN的計算量顯著增加,。對于一些地形分析操作，GIS軟件包實際上是先將TIN轉(zhuǎn)換成高程柵格,，再進行數(shù)據(jù)分析,。
其他,，每章最后均有名詞解釋以及相應(yīng)的練習(xí)題（原理理論回顧以及實際操作應(yīng)用）,。建議課后復(fù)習(xí)題、應(yīng)用可以學(xué)習(xí)實操,。
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