数字模型

ArcGIS系列教程（⼀）：DEM数字⾼程模型数据的⽣成

⼀、写在前⾯

现在GIS在规划⾏业的使⽤逐渐流⾏起来，多规合⼀、地理设计、甚⾄还有⼤数据、编程设计等等各种⾼⼤上⽆不与

GIS多少有点关系，然⽽⼤多数⾏业⼩伙伴作为⼀个普通的规划师，只是想⽤GIS做做地形分析都不会，⽹上的教程⼀

⼤堆，看了半天还是很迷茫，要么是操作步骤讲的不够细致，要么是⽤⾃⼰的数据按教程步骤总是做不出想要的成果。

也经常有⼩伙伴或是问我或是直接找我帮忙做地形分析，其实⽅法是很简单的，也多次教过⽅法，但是每到下⼀次要做

的时候都说⼜不会了，总是记不住，或者就是每次都会遇到各种不同的问题，⼜做不出来了！正好赶上周末闲暇，那就

结合⾃⼰的经验，写个详细点的实⽤教程吧。

本教程是只是⼀个实⽤教程，不是专门的技术⽂档，更不是什么学术论⽂，所以⼝⽔话⽐较多，主要是便于初学者能看

懂，专业的⼤咖请绕道勿喷，本教程只适合GIS基础薄弱但⼜需要在规划项⽬中通过ArcGIS（本教程以下⾮特别说明统

⼀简称GIS）做初步简单的地形处理和分析的童鞋，当然最好有⼀定GIS基础，起码要知道GIS是⼲嘛的吧，本⽂不负责

介绍GIS软件的理论知识。学习本教程建议安装ArcGISforDesktop10.0以上中⽂版本，如果没有可找我索要安装包。本

教程尽量结合⾃⼰的⼀点经验，把可能遇到的问题或难点以及相应的解决办法也写清楚，也是⾃认为区别于⽹上其他⼀

些教程的特点吧。

申明：本教程所涉及程序、软件及相应知识产权均归对应软件公司及原作者所有，本⽂仅作技术交流学习使⽤，转载请

注明来源并保留原作者。

⼆、基本分析⽅法

GIS做地形分析的基本步骤其实是⾮常简单的，⽹上也有⾮常多的教程进⾏阐述，其实⼤家按这个步骤也基本能做出

来，但问题就出现在每个⼈所使⽤的基础数据都多多少少有不同的问题，因此在操作过程中就不同程度的受阻，因此本

教程先列出最基本的操作步骤，再对所使⽤的数据及各操作步骤可能出现的问题进⾏分析并逐⼀列出解决⽅法。

GIS地形分析的基本步骤如下：

1.整理并添加带有⾼程属性的CAD等⾼线或者⾼程点；

2.将导⼊的等⾼线或⾼程点数据转换为GIS可编辑的Shapefile⽂件；

3.进⼀步整理、检查、修正Shapefile⽂件中的数据错误；

4.使⽤整理好的Shapefile⽣产数字⾼程三⾓模型TIN⽂件；

5.将TIN⽂件转换为栅格数字⾼程模型DEM⽂件；

6.基于DEM即可进⼀步进⾏基于地形的坡度、坡向、起伏度、汇⽔特征等专项分析了。

三、关于⼏类主要数据

GIS地形分析的核⼼是数字⾼程模型DEM数据，基于地形的⾼程、坡度、坡向、起伏度、汇⽔分析等都是基于DEM数据

的，所以本教程⾸先重点介绍如何⽣成获得DEM数据，后续再介绍基于DEM的其他相关分析。

DEM的全称是DigitalElevationModel，⾮常直接的翻译，就是“数字”、“⾼程”、“模型”三个词的直接拼接，可谓是简单

粗暴好理解，可到底什么是“数字⾼程模型”这个概念可能是经常困扰⼤家的问题，貌似很⾼⼤上，尤其是⼀些学术论

⽂，经常只写其英⽂名，还是简称——DEM，可谓是故作⾼深，搞得不明真相的童鞋越发糊涂。其实很简单，⾼程这个

概念不⽤说，“数字模型”就是把⾼程数字化后的模型嘛，数字化就是在电脑⾥⾯显⽰就是数字化咯，数字⾼程模型就是

在电脑⾥⾯进⾏显⽰的⾼程数据嘛。我们搞建筑规划的童鞋肯定都是知道现状地形图⾥⾯的⾼程点、等⾼线的，从某种

程度上来说⾼程点、等⾼线就是⾼程数据的⼀种数字模型，DEM只是把⾼程进⾏连续⾯状数字化了，那对应的等⾼线就

是线状⾼程数字化模型，⾼程点就是点状⾼程数字化，这样就明⽩为什么我们可以⽤等⾼线或者⾼程点⽣成DEM了吧。

当然DEM不只是⽤⾼程点或者等⾼线⽣产的，还有卫星遥感数据等渠道可以获取，这个后⾯会讲到。在ArcGIS⾥⾯⽤

⾼程点或等⾼线⽣成DEM也不是直接⽣成，需要通过先⽣产TIN⽂件，在将TIN⽂件装换为DEM。

↑↑↑图3.1数字⾼程模型DEM灰度可视化⽰意图

有童鞋可能要问TIN⽂件⼜是什么⿁，为什么不能直接⽣成DEM，⽽⾮要先⽣成TIN⽂件呢？！

TIN的全称是TriangulatedIrregularNetwork，翻译过来就是它的中⽂名——“不规则三⾓⽹”，其实也是⼀种数字模型，

当然,TIN⽂件可以是表达⾼程的数字模型，也可以是表达其他数据的数字模型本⽂⾥⾯的TIN⽂件当然就是表达⾼程的

数字模型了，它和DEM的区别就在于他是⽮量的，⽽DEM是栅格的！为什么会这样呢？因为我们知道CAD⾥⾯的⾼程

点和等⾼线都是⽮量的，我们把它们导⼊GIS后依然还是⽮量的，我们要把⽮量的点状⾼程点或者线状等⾼线⾼程数据

转换为连续⾯状的DEM⾼程数据模型是需要插值的（什么是插值？简单理解就是在空⽩地⽅增加数据，点状、线状转换

为⾯状就是要增加数据的过程！），⽽这个插值过程是不能直接将⽮量插值为栅格数据的，所以要先插值⽣成TIN格式

的⽮量数字三个⽹络模型，再将其转化为栅格数字⾼程模型DEM⽂件。

↑↑↑图3.2不规则三⾓⽹模型TIN⽂件的可视化效果

好了，关于GIS地形分析⾥⾯两个核⼼数据TIN和DEM已经说清楚了，再来看看我们熟悉⼜让⼈琢磨不透的CAD⾼程数

据吧。

我们常见的CAD⾼程数据基本就两种：⾼程点、等⾼线。做GIS地形分析对CAD⾼程点和等⾼线的要求都是必须带有⾼

程属性！

⾼程点的⾼程属性⽐较简单，如图3.3所⽰，我们在CAD现状地形图中的⼤部分⾼程点都是如图这种⾼程点图块，图块

带有⼀个⾼程点及其⾼程值标注，此时我们双击这个⾼程点标注⽂字是不能像传统⽂字那样编辑的。GIS也是不能直接

识别CAD中这样的图块，所以我们不能直接将这⼀的⾼程点导⼊GIS,需要我们进⾏处理——炸块！但要注意的是此处的

炸块不是⽤CAD中的X命令，如果⽤X命令对这个块进⾏炸裂，会发现整个图块就消失了，这是很多童鞋在处理这样⾼

程点时会遇到的问题，正确的做法是通过湘源控规（请⾃⾏安装）⾥⾯的“⼯具-图块-炸属性块”对⾼程点图块进⾏炸块处

理（图3.3）。输⼊这个⼯具命令后，会提⽰是删除还是保留隐藏属性，这⾥可以默认即可。炸属性块后根据不同情况

会有不同显⽰，但标注⾼程点的⽂字肯定是会单独显⽰的,我们通过双击也发现是可以像传统⽂字那样进⾏编辑修改了，

这正是我们需要⽤到的数据。

↑↑↑图3.3常见CAD⾼程点⽰意图

↑↑↑图3.4湘源控规炸属性块⼯具⽰意图

等⾼线的属性数据相对复杂⼀些，如图3.5所⽰，图中绿⾊的线即是我们需要提取使⽤的地形等⾼线，其中⽐较细的等

⾼线叫做基本等⾼线，也叫⾸曲线，是⼀副地形图中按基本等⾼距绘制出的等⾼线；其中⽐较粗的等⾼线叫加粗等⾼

线，也叫计曲线，是按每隔五条基本等⾼线加粗的⼀条等⾼线，主要是为了便于判读和计算⾼程使⽤。如图xx所⽰，两

根计曲线的⾼程差为2.5⽶，则基本等⾼线的⾼程差为0.5⽶。

↑↑↑图3.5CAD等⾼线数据⽰意图

各条等⾼线的⾼程查看⽅法为，在CAD中选中需要查看⾼程的等⾼线打开进⼊其属性查看Elevation属性值即为其⾼

程。CAD查看图元属性可以通过PR（Properties）命令、Ctrl+1打开属性对话框或者通过LI（List）命令调取图元属性列

表等⽅法，如图3.6。

↑↑图3.6CAD等⾼线⾼程属性查询

如果我们所拿到的CAD现状图中具有以上特征的⾼程点或等⾼线，那我们基本就能导⼊GIS正确⽣成地形分析所需要的

TIN⽂件和DEM数字⾼程模型，并做进⼀步的相关分析了。

四、⽣成DEM的具体操作步骤

⾼程点和等⾼线的添加

如前⽂所述，需要在CAD中准备好带⾼程的⾼程点和等⾼线数据。通常我们的现状地形图是多种图层叠加的，需要⾸先

将这两个数据所在图层单独分离出来（也有是所有图元被合并在⼀个图层的，这种⽐较⿇烦些，后⾯会讲怎么操作），

图层的分离可以在CAD⾥⾯提前做好了再导⼊GIS，也可以导⼊GIS转换为Shapefile后再做分层处理，此处主要讲⼀下

如何导⼊GIS后做分层处理（CAD⽐较简单，直接单独按图层单独选择并写块即可，但是如果数据量⼤的话在CAD⾥⾯

会⽐较卡顿，所以建议先导⼊GIS再做分离）

⾸先需要在CAD⾥⾯明确⾼程点和等⾼线各⾃的图层名，如本教程所采⽤数据对应的图层名分别为GCD、DGX。打开

ArcGISforDesktop中的其中⼀个软件ArcMAP，添加准备好的CAD现状地形图。

步骤为：

⽅法⼀：点击菜单栏“⽂件-添加数据-添加数据”；（图4.1.1）

↑↑↑图4.1.1ArcMAP中添加数据⽅法⼀

⽅法⼆：在菜单栏空⽩处点击⿏标右键确认标准⼯具栏打开，点击标准⼯具栏⾥的数据添加⼯具进⾏添加；（图4.1.2）

↑↑↑图4.1.2ArcMAP中添加数据⽅法⼆

⽅法三：打开ArcCatalog（在ArcGIS启动⽬录下）或者在标准⼯具栏⾥打开⽬录⼯具，找到对应的地形CAD⽂件直接

拖⼊即可。（图4.1.3）

↑↑↑图4.1.3ArcMAP中添加数据⽅法三

⾼程点和等⾼线的提取

CAD添加进GIS后的数据列表如图4.2.1所⽰，我们可以看到⼀个CAD⽂件添加进GIS后会出现5个⽂件，分别是

Annontation、Point、Polyline、Polygon、Multipatch（具体是什么后⾯会另外再讲，这⾥不展开，有兴趣的⼩伙伴也

可以先⾃⾏百度），我们分别对⾼程点和等⾼线所属的Annotation和Polyline⽂件进⾏分离提取并⽣成对应的Shapefile

⽂件。（注意：这⼀步是⾮常重要的⼀步）

↑↑↑图4.2.1CAD导⼊GIS后的数据列表

操作步骤：

（1）通过标准⼯具栏打开⼯具箱（ArcToolbox）窗⼝，并依此展开⾄“分析⼯具-提取分析-筛选”（图4.2.2）

↑↑↑图4.2.2CAD导⼊GIS后的数据列表

（2）双击“筛选”⼯具，在弹出的筛选⼯具窗⼝的输⼊栏选中Annotation数据；输出要素类位置可默认，也可按⾃⼰需要

输⼊对应⽂件位置；表达式⼀栏点击后侧SQL表达式图标弹出表达式输⼊框，按图4.2.3依此双击各参数并单击相应按

钮，此处的表达式含义就是将CAD中图层（Layer）名为“GCD”的⾼程点数据提取出来。（前⾯说了要明确⾼程点和等

⾼线的图层名就是此处要⽤到！）完成后点击确定即可⽣成对应的⾼程点Shapefile⽂件Annotation_Select1。

↑↑↑图4.2.3通过属性筛选⼯具提取GCD图层数据⽰意

按相同的⽅法将等⾼线对应的Polyline⽂件进⾏提取分离，这次的表达式为"Layer"="DGX",对应⽣成等⾼线Shapefile⽂

件Polyline_Select1。

3.⾼程数据的初步修正

通过上述1、2步的操作，我们已经成功的将CAD格式的⾼程点和等⾼线数据添加到ArcGIS中并将其各⾃转换为ArcGIS

可编辑的Shapefile格式，对应的⽂件分别为Aannotation_Select1、Polyline_Select1。

按⼀般的正常步骤到了这⼀步即可开始⽣成TIN⽂件了，但是通常我们导⼊的数据或多或少都有些问题，尤其是⾼程值

不正常会导致⽣成的TIN⽂件出现错误，下⾯就介绍⼀下如何检查⾼程值的错误以及修复⽅法。

（1）⾼程点错误数据的修正

在内容列表⾥右键点击Aannotation_Select1图层，选择“打开属性表”，在属性表⾥我们找到Elevation、Text两列属性

值，其中Elevation即为⾼程点对应的⾼程值，Text即为CAD⾥⾯标注的⾼程值，此处的Elevation值是真实值我们可以

⽤，但是如果此处的Elevation值为空或者全部为零我们就不能⽤这个值来计算TIN⽂件了，就需要⽤到Text来间接计

算，⽅法见后续章节。我们实验数据⾥的Elevation值⾮空（图4.3.1），可以使⽤，但要检查数据的准确性，⼀是要检

验其数据的正确性，检验⽅法是通过和Text数据列对⽐，如果基本是能⼀⼀对应的，那数据也就基本是准确的（图

4.3.1）；另外是要检查是否有错误值，检查⽅法是在表头处双击（啥是表头？就是显⽰Elevation这⼀列表的名字的地

⽅！），切换数据按⾼低顺序显⽰，如图4.3.2，我们可以看到当Elevation数据列按从⾼到低排列后，出现了部分数据

出现严重偏差，和Text数据列所标注⾼程不对等的情况，数据值为0甚⾄是负数，这是明显的错误⾼程值，需要对错误

的⾼程点筛选出来进⾏修正，⽅法如下：

↑↑↑图4.3.1检查⾼程点数据中Elevation和Text属性值的差异性

↑↑↑图4.3.2Elevation和Text属性值存在偏差的部分

①点击属性表-表选项-按属性选择，打开属性选择对话框，如图4.3.3。

↑↑↑图4.3.3在属性表中打开属性选择⼯具

②在属性框中按图4.3.4所⽰操作顺序输⼊属性选择表达式“Elevation<=100”，点击应⽤。

↑↑↑图4.3.4属性选择⼯具对话框

③在Elevation处右键点击“字段计算器”，打开字段计算器列表，图4.3.5，注意此时选中字段呈现浅蓝⾊背景表⽰第②步

的数据选择成功，否则不要进⾏下⼀步操作，请移步第②步重新操作直⾄成功选中需要修正的数据项，否则会出现该列

数据全部北替换且⽆法撤退的严重错误，切记！

↑↑↑图4.3.5在属性表中打开字段计算器

④在打开的字段计算器对话框中按图4.3.6所⽰，双击Text字段名，使得Elevation=Text，其含义是将Text字段的⾼程值

赋值给Elevation字段缺失的列表项。点击确认完成。

↑↑↑图4.3.6在字段计算器中将Text字段值赋予Elevation字段

按以上步骤我们对⼩于100的错误⾼程值进⾏了修正，完成之后我们再在Elevation表头双击，让列表按从⾼到底的顺序

再做排序查看，我们通过和Text数据列的对⽐发现有⼏个较⾼的⾼程值仍然是不对的，对此，我们重复上述操作步骤①

⾄④完成对该类错误数据的修复。

⾄④完成对该类错误数据的修复。

⾄此我们将Elevation中错误的⾼程值筛选出来并更新为Text字段中正确的⾼程值。

（2）等⾼线错误数据的修正

类似对⾼程点的操作步骤，在内容列表⾥右键点击Polyline_Select1图层，同样选择“打开属性表”，此处我们只看

Elevation属性列，该列数据即为等⾼线的⾼程值，同样在表头双击进⾏排序检查错误⾼程值，此处没有Text字段进⾏对

⽐，其检查⽅法就是查看明显具有较⼤跨度的⾼程值⼀般都是错误的，⽐如我们的实验数据中，基本的⾼程都是分布在

790-1042⽶之间，那通过排序我们发现⾥⾯出现了⾼程值为0和91600这样极低和极⾼的⾼程值都是明显的错误值，对

等⾼线的这种明显的错误值建议的处理⽅法是直接删除。

删除⽅法：

①按⾼程点筛选错误数据的⽅法筛选出等⾼线中错误⾼程值；

②在菜单栏空⽩处右键，勾选编辑器⼯具，点击编辑器-开始编辑，进⼊等⾼线编辑状态；（图4.3.7）

↑↑↑图4.3.7通过编辑器开始编辑等⾼线数据

③直接按Delete键即可删除，完成后点击编辑器中的“保存编辑内容”、“停⽌编辑”。

⾄此我们也完成了对⾼程点和等⾼线错误数据的初步修正，下⼀步我们可以进⾏TIN⽂件的⽣成了。之所以只是初步修

正，是因为在现阶段数据基础上⽣产的TIN⽂件不⼀定百分百正确，我们只是对我们在这个阶段能检查到的处于极⾼和

极低的明显错误⾼程进⾏修复，其实在内部也可能存在⼀些我们看似正确其实是错误的⾼程值，⽐如某条等⾼线正常应

该是100⽶，但是其中有⼀段被错误赋值为200⽶了，这样的错误我们在这个阶段是发现不了的，必须通过⽣成TIN⽂件

后才能看出来，这个我们在后⾯讲解如何修复。

4、⽣成TIN⽂件

基于上述处理好的⾼程点和等⾼线我们即可⽣成TIN⽂件了，由于使⽤⾼程点和等⾼线⽣成TIN⽂件的⽅法是⼀样的，此

处为了避免重复，选⽤等⾼线进⾏⽰范操作讲解。

（1）如图4.4.1，在ArcToolbox中依此展开“3DAnalyst-数据管理-TIN-创建TIN”，打开创建TIN⼯具；

↑↑↑图4.4.1创建TIN⼯具所在ArcToolbox⼯具箱列表中的位置

（2）在创建TIN窗⼝按图4.4.2进⾏设置；

↑↑↑图4.4.2创建TIN窗⼝的设置

（3）点击确认即可⽣成TIN⽂件，图4.4.3；

↑↑↑图4.4.3⽣成的TIN⽂件可视化效果

说明：

（1）输出TIN的路径可根据需要⾃定义；

（2）坐标系暂时可不管，后续教程再讲如何设置正确的坐标系；

（3）⾼程字段请选择我们前⾯步骤修正后的⾼程字段，即Elevation字段；

（4）在图层列表⾥⾯TIN⽂件对应的图层名上双击可进⼊“符号系统”对其进⾏图⽰化设置，此处不展开讲解，后续再做

图⽰化表达专题。

5、⽣成DEM⽂件

将第4步⽣成的TIN⽂件转换成DEM⽂件，⽅法⽐较简单，操作步骤为：

（1）在ArcToolbox中依此展开“3DAnalyst⼯具-转换-由TIN转出-TIN转栅格”，双击打开“TIN转栅格”⼯具；（图4.5.1）

↑↑↑图4.5.1TIN转栅格⼯具所在ArcToolbox⼯具箱列表中的位置

（2）如图xx，在“TIN转栅格”⼯具对话框中输⼊TIN⽂件选择第4步⽣成的TIN⽂件，采样距离选择CELLSIZE，其值设

置为1。（注：此处的CELLSIZE的意思可以理解为⽣成DEM的精度，其取值默认不是1，设置为1的时候精度最⾼，当

然对应数据量也最⼤，如果地形范围不⼤，建议此处尽量设置为1，如果地形范围太⼤可适当设置为5、10等数值）

↑↑↑图4.5.2TIN转栅格⼯具对话框窗⼝选项设置

（3）点击确定，等待转换完成即可⽣产DEM栅格数据了，图5.5.3所⽰的createtin1_T图层即是我们⽣成的DEM原始效

果，图例中945.5-1042的数值即是⾼程值的范围，通过双击图层进⼊符号系统可对其进⾏进⼀步的图⽰化表达。

↑↑↑图4.5.3⽣成的DEM⽂件原始效果

⾄此我们成功通过ArcGIS将CAD中的⾼程数据（⾼程点、等⾼线）转换⽣成了我们在GIS中做地形分析所需要的DEM

⽂件，后续我们常规的⾼程、坡度、坡向分析都是基于这个DEM⽂件进⾏的，该部分内容留作下次再讲解。

5、总结

本次教程的核⼼是讲解如何通过CAD⾼程数据⽣产GIS地形分析的核⼼数据——数字⾼程模型DEM⽂件，基于DEM的

⾼程、坡度、坡向等其他相关地形分析在后续教程再做讲解。

从教程来看，⽣产DEM的核⼼是前期基础数据的处理，只要前⾯的数据处理好了，后⾯的⽣成操作是⾮常简单的，但是

数据处理是⼀个相对⿇烦的过程，尤其是不同来源的数据都有各⾃不同的问题，⽂中已经把我们常见的基本问题作了分

析讲解，如果⼤家在⾃⼰操作中仍然出现了其他问题欢迎私信交流探讨。