等值线工具的工作原理

需要 Spatial Analyst 许可。

需要 3D Analyst 许可。

等值线是连接栅格数据集中等值位置的线,表示连续现象,例如高程、温度、降水、污染或大气压力。 线要素将连接输入中具有常量值的像元。 等值线通常称为等值线,但也可以其他特定术语,具体取决于测量的对象。 例如表示压力的称为等压线图,表示温度的称为等温线图而表示降雨量的称为等降雨量线图。

等高线的分布显示了值在表面上的变化。 如果值变化很小,则线之间的间距会较大。 值上升或下降得越快,线的间距就越小。

等值线创建工具:等值线等值线列表含障碍的等值线均可基于输入栅格创建折线要素数据集。

为什么创建等值线?

通过随沿特定等值线的折线,可以标识具有相同值的位置。 等值线也是一种呈现表面的有效形式,因为它们可同时呈现出平坦的和陡峭的区域(等值线间的距离)以及山脊和山谷(收敛和发散折线 (polyline))。

以下示例显示了输入高程数据集和输出等值线数据集。 等值线较接近的区域指示较陡峭的位置。 它们对应于高程较高的区域(在输入高程数据集中显示为白色)。

基于输入表面生成的等值线示例

等值线属性表中包含每一条等值线的高程属性。

显示等值线如何创建的示例图

要了解如何创建等值线,请考虑九个像元的栅格示例,其中像元中心的值如下所示,您要为其创建 830 米高程的等值线。 第一步是使用双线性插值法来计算每组四个相邻像元的中心值。 对于位于左上角的四个像元的组,该值的计算方法如下:(799 + 802 + 825 + 828) / 4 = 813.5,然后四舍五入为 814。 完成后,即可用现有像元中心的值和新的交叉点位置来确定特定等值线的路径。 要创建高程为 830 米的等值线,可使用点之间的线性插值来确定该值沿相应的垂直线、水平线和对角线的位置。 等值线将通过连接这些交叉点来进行构建。

外推不用于内插外角值,因此等值线不会延伸到栅格的边缘。

说明等值线如何创建的示例图。
如何计算 830 米等值线

等值线质量

等值线工具可生成高质量的等值线,从而为栅格表面做出精确的诠释。 等值线的总体精度取决于创建输入栅格所用数据对于实际表面的反映程度。

所用栅格像元的大小将影响输出等值线的外观。 像元尺寸较大会导致等值线粗糙不均匀。

在少数情况下,等值线可能出现交叉、看上去相交或形成一个未闭合的分支线。 交叉等值线可能出现在恰好位于等值线间距上的鞍形区域中。 在其他情况下,等值线可能彼此非常接近,以致于其看起来相交。 当相交山脊恰好落在等值线间距上时,可能会出现分支等值线。 这些都是表面的有效解释,制图人员通常会出于美观考虑而对其进行修改。

控制等值线质量

有时,可能会创建具有方形或块状轮廓的等值线,看起来像随沿栅格像元边界。 当栅格值为整数并且恰好落在等值线上时,将会出现这种情况。 这并不是个问题,该等值线不过是原样呈现数据而已。

如果希望等值线更平滑,可行的方法包括对源数据进行平滑处理或调整起始等值线。

对数据进行平滑处理

如果您拥有 ArcGIS Spatial Analyst 扩展模块许可,那么最简单的平滑方法是使用焦点统计工具,通过平均值统计对输入栅格进行预处理。

另一种方法是略微调整 z 值,由此等值线将不再精确地穿过栅格的像元中心。 您将再次使用焦点统计工具,但是这次要用到自定义加权核文件以及总和统计。 核文件的结构如下:

3 3
.005 .005 .005
.005 .960 .005
.005 .005 .005

因为 z 值的调节量非常小,且被赋予较大权重以支持中心栅格像元,所以等值线的精度不会受到明显影响。

调整起始等值线

调整起始等值线涉及偏移起始等值线,使得等值线不再精确地通过像元中心。 该偏移量可以非常小;如 0.0001 这样小的偏移值便可达到效果。

注:

要将该方法应用到等值线列表工具,需要调整等值线列表中的值。 例如,不使用 600650700 等值,而使用 600.001650.001700.001 等值。

USGS DEM 的数据问题

旧版本:

测试表明,根据一些较旧的美国地质调查局 (USGS) 7.5 分数字高程模型 (DEM) 创建的栅格生成的等值线可能不具有与 USGS 提供的相应地图图幅上显示的相同细节层次。 这似乎是由于 DEM 固有的采样间隔造成的。 USGS 7.5 分 DEM 以 30 米间隔进行采样,而地图图幅上的等值线似乎直接根据更高细节层次的立体模型进行数字化。 USGS 中较新的 SDTS 格式 DEM 不会出现此问题。

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