地形指标的提取

地形指标是最基本的一些地理自然要素信息，地形指标的提取有利于对水土流失、土地利用、土地资源评价等进行分析。
本篇主要包括坡度变率、坡向变率、地形起伏度、地面粗糙度四个基本地形指标的提取操作介绍。

1.坡度变率：

坡度变率是地面坡度的变化率，也就是坡度的坡度（SOS），坡度变率在一定程度上反映了坡面曲率的信息。
提取操作如下：

• 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→表面分析→坡度】工具，得到坡度数据层Slope。

• 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→表面分析→坡度】工具，对坡度数据层Slope提取坡度，得到坡度变化率数据层SOS。

2.坡向变率：

坡向变率是指在提取坡向数据的基础上提取坡向的变化率，也就是坡向之坡度（SOA），坡向变率可以很好地反映等高线的弯曲程度。
SOA在提取过程中在背面坡将会有误差产生（北面坡坡向值范围是0°_90°和270°360°，在正北方向附近如15°~345°两个坡向差值只有30°，而计算结果却是330°），因此需要将北坡向的坡向变率进行误差纠正处理。

• 选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡向】工具，提取原始DEM的坡向数据。

• 选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡度】工具，提取上一步得到的坡向数据层的坡度数据，得到坡向变率数据层SOA1。

• 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→数学分析→减】工具，使用原始DEM中的最大值减去原始栅格，得到反地形DEM栅格图像。

• 然后依次选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡向】工具和选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡度】工具，得到坡向变率数据层SOA2。

• 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入(("SOA_1" + "SOA_2") - Abs("SOA_1" - "SOA_2")) / 2地图代数公式，得到没有误差的DEM的坡向变率SOA。

3.地形起伏度：

地形起伏度是指区域范围内，最高点与最低点的海拔差值，描述该区域宏观性地形特征信息。

• 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→邻域分析→焦点统计】工具，设置统计类型为MAXIMUM最大值，邻域范围为11×11的矩形区域，得到最大值数据层MAX_DEM。

• 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→邻域分析→焦点统计】工具，设置统计类型为MINIMUM最小值，邻域范围为11×11的矩形区域，得到最大值数据层MIN_DEM。

• 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入"MAX_DEM" - "MIN_DEM"地图代数公式，得到地形起伏度数据层Fluctuations。

4.地面粗糙度：

地面粗糙度是指区域范围内地球表面积与其投影面积之比，描述该区域宏观性地形特征信息。

• 选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡度】工具，得到坡度数据层Slope。

• 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入1 / Cos("Slope" * 3.14159 / 180)地图代数公式（因为ArcGIS中求得的坡度值为角度值，在计算时需要将其转为弧度值），得到地面粗糙度数据层Roughness。

Reference：
《ArcGIS10地理信息系统空间分析实验教程（第二版）》