ENVI入门系列 20.地形分析与可视化 数据可视化入门

版权声明:本教程涉及到的数据仅供练习使用,禁止用于商业用途。

目录

地形分析与可视化

1.概述

2.地形模型和特征提取

2.1地形模型提取

2.2地形特征提取

3.通视域分析

3.1点观测源

3.2线观测源

3.3面观测源

4.三维地形可视化

1. 概述

数字高程模型(Digital ElevationModel),简称DEM,它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM除了包括地面高程信息外,可以派生地貌特性,包括坡度、坡向、阴影地貌图、地表曲率等;可以计算地形特征参数,包括山峰、山脊、平原、位面、河道和沟谷等;作为通视域分析和三维地形可视化的基础数据。

本课题学习从DEM数据中提取地貌特性和地形特征,以及使用通视域分析工具(Viewshed AnalysisWorkflow)学习在地形起伏较大区域进行可视分析。最后简单学习下使用3D SurfaceView工具进行三维地形可视化。

使用8米的DEM数据和4米的正射影像图,数据情况如下。

表1.1 例子数据

文件

说明

DEM.tif

8米空间分辨率的DEM数据

Orthoimagery.tif

4米空间分辨率的航空正射影像数据

Orthoimagery.hdr

头文件

2. 地形模型和特征提取

2.1 地形模型提取

ENVI可以从DEM上计算一些地形模型,包括:

ENVI地形模型工具作用在图像格式的DEM文件。

(1)启动ENVI,并打开DEM.tif文件

(2)在Toolbox中,启动/Terrain/Topographic Modeling,在Topo Model InputDEM对话框中,选择DEM.tif文件,然后单击OK,打开Topo Model Parameters对话框。

(3) 在Topo ModelParameters对话框中,选择地形核大小(Topographic KernelSize)为5。可以使用不同的变化核提取多尺度地形信息,变换核越大处理速度越慢。

(4) 通过在"SelectTopographic Measures to Compute"列表中点击,选择要计算的地形模型。

(5) 如果选择了"ShadedRelief",需要输入或计算太阳高度角和方位角。单击Compute Sun Elevation andAzimuth按钮,在Compute Sun Elevation andAzimuth对话框中,输入日期和时间,GMT为9:0:0,Lat(纬度)为40度,Lon(经度)为105度。单击OK按钮,ENVI会自动地计算出太阳高度角和方位角。

(6)选择输出路径及文件名,单击OK按钮,执行地形模型计算。

(7)得到的结果是一个多波段图像文件,每一个地形模型组成一个波段。

图:Topo ModelParameters对话框

图:计算太阳高度角和方位角

2.2 地形特征提取

ENVI能够在从DEM中提取地形特征,包括山顶(Peak)、山脊(Ridge)、平原(Pass)、水平面(Plane)、山沟(Channel)和凹谷(Pit)。

(1)在Toolbox中,启动/Terrain/Topographic Features,在Topographic FeatureInput DEM对话框中,选择DEM.tif文件,点击OK,打开Topographic FeaturesParameters对话框,需要设置一些参数。

(2) 坡度容差(SlopeTolerance):1。以度为单位;曲率容差(CurvatureTolerance):0.1。两个容差决定各个特征的分类,划分为peak, pit,和pass的像元对应坡度值必须小于坡度容差,并且垂直方向曲率必须大于曲率容差。增加坡度容差和减少曲率容差能增加peak, pit,和pass的划分数量。

(3)地形核大小(Topographic Kernel Size):7.

(4) 在SelectFeature to Classify列表中选择所有的地形特征。

(5)选择输出路径及文件名,单击OK执行地形特征提取。

(6)得到的结果是ENVI的分类图像。

图:TopographicFeatures Parameters对话框

3. 通视域分析

本章节是使用Viewshed Analysis Workflow工具,设置点、线、面作为观测源进行可视域分析。

3.1 点观测源

(1)在Toolbox中,启动/Terrain/Viewshed Analysis Workflow,打开文件选择面板FileSelection;

(2) 分别选择对应的文件DEMFile:DEM.tif;Image File:Orthoimagery.tif,单击Next进入ViewshedAnalysis面板;

图:FileSelection面板

(3) 在ViewshedAnalysis面板中,设置以下几个参数:

(4)默认鼠标的状态是绘制"点注记",在正射影像上绘制几个观测点。如果鼠标当前状态是其他,可在工具栏中选择对应的工具绘制:,绘制4个点;

【ENVI入门系列】20.地形分析与可视化 数据可视化入门

(5) 选择AnySource(四个观测点的并集),勾选Preview预览结果,绿色表示可视区域,红色表示不可视区域;

(6) 分别选择AllSources(四个观测点的交集),预览结果;

(7)单击Next进入Viewshed Export面板,可以将通视分析结果输出为矢量和图像结果。

图:绘制的几个点观测源

图:AnySource预览结果

3.2 线观测源

(1)在Toolbox中,启动/Terrain/Viewshed Analysis Workflow,打开文件选择面板FileSelection;

(2) 分别选择对应的文件DEMFile:DEM.tif;Image File:Orthoimagery.tif,单击Next进入ViewshedAnalysis面板;

图:FileSelection面板

(3) 在ViewshedAnalysis面板中,设置以下几个参数:

(4) 缩放到一条道路的范围内,在工具栏中选择线段绘制工具:;

(5)沿着路单击鼠标左键绘制折线,右键选择Accept。

注:可以绘制多条折线。

(6) 选择All PointsWithin Sources(折线上所有均匀分布的观测点),勾选Preview预览结果,绿色表示可视区域,红色表示不可视区域;

(7)单击Next进入Viewshed Export面板,可以将通视分析结果输出为矢量和图像结果。

图:参数设置与预览结果

3.3 面观测源

(1)在Toolbox中,启动/Terrain/Viewshed Analysis Workflow,打开文件选择面板FileSelection;

(2) 分别选择对应的文件DEMFile:DEM.tif;Image File:Orthoimagery.tif,单击Next进入ViewshedAnalysis面板;

图:FileSelection面板

(3) 在ViewshedAnalysis面板中,设置以下几个参数:

(4) 缩放到一条道路的范围内,在工具栏中选择线段绘制工具:,绘制一个多边形,右键选择Accept。

注:可以绘制多个多边形。

(5) 选择AnySource,勾选Preview预览结果,绿色表示可视区域,红色表示不可视区域;

(6)单击Next进入Viewshed Export面板,可以将通视分析结果输出为矢量和图像结果。

4. 三维地形可视化

ENVI的三维可视化功能可以将DEM数据以网格结构(wire frame)、规则格网(ruledgrid)或点的形式显示出来,或者将一幅图像叠加到DEM数据上构建简单的三维地形可视化场景。使用鼠标,实时地对三维场景进行旋转、平移或者放大缩小等浏览操作。

下面以正射影像图和相应地区的DEM数据为例子,介绍三维场景的生成步骤。

(1)分别将Orthoimagery.tif和DEM数据文件DEM.tif打开。

(2)在Toolbox中,选择/Terrain/3DSurfaceView。选择Orthoimagery.tif图像文件的RGB三个波段,之后选择对应的DEM.tif文件。

(3) 在3DSurfaceView Input Parameters对话框中,需要设置一些参数:

(4) 单击OK按钮,创建三维场景。

图:3D SurfaceViewInput Parameters对话框

图:三维场景效果

(5)通过鼠标的三个键可以交互操作三维场景。

教程下载:http://pan.baidu.com/s/1kTolTIZ

数据下载:http://pan.baidu.com/s/1o66wHmi

视频下载:http://pan.baidu.com/s/1eQAGLXK

http://pan.baidu.com/s/1kT5gRER

http://pan.baidu.com/s/1hqf49Li

  

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