特征地形要素，主要是指對(duì)地形在地表的空間分布特征具有控制作用的點(diǎn)、線或面狀要素。特征地形要素構(gòu)成地表地形與起伏變化的基本框架。與地形指標(biāo)的提取主要采用小范圍的鄰域分析不同的是，特征地形要素的提取更多地應(yīng)用較為復(fù)雜的技術(shù)方法，如山谷線、山脊線、溝沿線等的提取采用了全局分析法(global process)，成為柵格數(shù)據(jù)地學(xué)分析中很具特色的數(shù)據(jù)處理內(nèi)容。
特征地形要素從表示的內(nèi)容上可分為地形特征點(diǎn)和特征線兩大類。地形特征點(diǎn)主要包括山頂點(diǎn)(peak)、凹陷點(diǎn)(pit)、脊點(diǎn)(ridge)、谷點(diǎn)(channel)、鞍點(diǎn)(pass)，平地點(diǎn)(plane)等。利用DEM提取地形特征點(diǎn)，可利用一個(gè)12×12或更大的柵格窗口，通過中心格網(wǎng)點(diǎn)與8個(gè)鄰域格網(wǎng)點(diǎn)的高程關(guān)系來進(jìn)行判斷獲取。
一方面，山脊線和山谷線構(gòu)成了地形起伏變化的分界線 (骨架線)，因此它對(duì)于地形地貌研究具有重要的意義。另一方面，對(duì)于水文物理過程研究而言，由于山脊、山谷分別表示分水性與匯水性，山脊線和山谷線的提取實(shí)質(zhì)上也是分水線與匯水線的提取。
自動(dòng)提取山脊線和山谷線的主要方法都是基于規(guī)則格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)的，從算法設(shè)計(jì)原理上來分，大致可以分為以下五種：
1.基于圖像處理技術(shù)的原理；
2.基于地形表面幾何形態(tài)分析的原理；
3.基于地形表面流水物理模擬分析原理；
4.基于地形表面幾何形態(tài)分析和流水物理模擬分析相結(jié)合的原理；
5.平面曲率與坡形組合法。
其中，平面曲率與坡形組合法提取的山脊、山谷的寬度可由選取平面曲率的大小來調(diào)節(jié)，方法簡(jiǎn)便，效果好，具體為什么好你得先看完操作過程我才好跟你解釋哈，希望各位看官仔細(xì)閱讀，受益無窮哦，哈哈哈哈哈哈哈哈哈。
(1) 我在上一篇文章詳細(xì)講解了無誤差的平面曲率的含義以及提取方法，本次不再闡述哦，文章鏈接：超詳細(xì)講解ArcGIS中地形指標(biāo)的提取
最終提取的SOA數(shù)據(jù)如下圖所示：
(2) 點(diǎn)擊初始DEM數(shù)據(jù)，使用【Spatial Analysis工具】【鄰域分析】【焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)】工具；設(shè)置統(tǒng)計(jì)類型為平均值(MEAN)，鄰域的類型為矩形(也可以為圓)，鄰域的大小為12×12(這個(gè)值也可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行改變)，則可得到一個(gè)鄰域?yàn)?2×12的矩形的平均值數(shù)據(jù)層，記為MEAN；
(3)使用【柵格計(jì)算器】計(jì)算，公式ZFDX=“DEM”-“MEAN”，即可求出正負(fù)地形分布區(qū)域，結(jié)果圖層如下圖所示：
小編給大家解釋一下這個(gè)正負(fù)地形值的范圍是什么意思，意思就是在12*12像元范圍內(nèi)平均高程和其他高程的最大差就是19至-20，而不是整個(gè)柵格數(shù)據(jù)內(nèi)的高程極差，整個(gè)柵格內(nèi)的高程極差如下圖所示哦：
（4）使用【柵格計(jì)算器】計(jì)算，公式為shanji=(“ZFDX”＞0)&(“SOA”＞80)即可提取出山脊線，結(jié)果圖如下所示：
綠色部分是符合條件的柵格像元，值為1，其余黑色的都不符合要求，所以值都為0，這樣看起來感覺不出山脊線，為此我們進(jìn)行重分類，將值為0的柵格像元設(shè)置為NoData，得到結(jié)果后疊加到山體陰影上面，山體陰影設(shè)置和最終展示結(jié)果如下圖所示：
（5）同理，使用【柵格計(jì)算器】計(jì)算，公式為shangu=(“ZFDX”＜0)&(“SOA”>80)即可求出山谷線，其他后續(xù)重分類和上文提取山脊線一致，最終展示結(jié)果如下圖所示：
看到這里發(fā)現(xiàn)山脊線和山谷線的提取都比較精確，但是有小伙伴就會(huì)問，為什么ZFDX>0&SOA>70就是山脊線，我換成其他數(shù)值不行嗎？你先不急哈，小編先解釋一下這簡(jiǎn)單的判斷語句為什么要這樣判斷，首先我們知道山脊線肯定是在正負(fù)地形圖層中大于0的正地形區(qū)域里面提取，所以要求ZFDX>0，那么正地形范圍很大，怎么判斷里面的山脊線呢？劃重點(diǎn)了哈，這個(gè)很關(guān)鍵的，考試必考。我們前面提取的平面曲率，一個(gè)像元平面曲率很大說明什么？說明這個(gè)像元的相鄰像元的朝向變化很大，朝向變化大說明什么，說明等高線很曲折呀，如下圖所示：
可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)山谷和山脊都是等高線向一個(gè)方向彎曲的，高中地理這個(gè)經(jīng)常考的哦！所以在凹陷地區(qū)（負(fù)地形）內(nèi)等高線最曲折的那部分應(yīng)該就是山谷了，而在凸起地區(qū)（正地形）內(nèi)等高線最曲折的那部分應(yīng)該就是山脊了。
提取山頂點(diǎn)
（1）單擊【Spatial Analyst 工具】|【鄰域分析】【焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)】
設(shè)置統(tǒng)計(jì)類型為最大值(MAXIMUM)，鄰域的類型為矩形(也可以為圓)，鄰域的大小為12×12(這個(gè)值也可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行改變)，則可得到一個(gè)鄰域?yàn)?2×12的矩形的最大值數(shù)據(jù)層，記為max；
（2）選擇【Spatial Analyst 工具】【地圖代數(shù)】【柵格計(jì)算器】，入計(jì)算公式：“max”-“dem”==0，得到二值柵格；
結(jié)果圖層中對(duì)計(jì)算結(jié)果為真的像元賦予值1，即“max”-“dem”==0，其余不滿足條件的都為0，這時(shí)候有的小伙伴就會(huì)問了，為什么“max”-“dem”==0的像元就是山頂點(diǎn)？那么小編就跟大家詳細(xì)解釋一下這個(gè)山頂點(diǎn)的提取原理吧。我們知道山頂點(diǎn)都是某個(gè)小山地的最高點(diǎn)，那么我讓每個(gè)像元都變成鄰域范圍內(nèi)的最高值，其減去原始像元高程等于0的說明原始像元高程就是那個(gè)鄰域范圍內(nèi)的最高值，必然就是該地區(qū)的最高點(diǎn)了，如果大于0說明該像元原始高程是小于鄰域范圍內(nèi)的最高值，那就不是山頂點(diǎn)了，這個(gè)值不可能小于0，因?yàn)榍懊驵徲蚍治鲋薪y(tǒng)計(jì)類型是MAXIMUM，所以“max”總是大于或者等于“dem”。
（3）對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行重分類，選擇【Spatial Analyst工具】【重分類】將值為0的像元都設(shè)置為NoData，然后疊加到“dem”數(shù)據(jù)上。
（4）將重分類后的柵格轉(zhuǎn)換為矢量點(diǎn)，在ArcToolbox中選擇【轉(zhuǎn)換工具】【由柵格轉(zhuǎn)出】【柵格轉(zhuǎn)點(diǎn)】，轉(zhuǎn)點(diǎn)后如下所示：
由于受到鄰域分析中分析窗口大小的影響，窗口越大提取的點(diǎn)越少，但是窗口過大的話，將會(huì)漏掉一些重要的山頂點(diǎn)，為此需要設(shè)置合適的窗口大小，對(duì)提取的結(jié)果，可人工判斷刪除一些不符合條件的山頂點(diǎn)，最后進(jìn)行符號(hào)化，結(jié)果如圖所示：
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