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如何通过Python从DEM文件生成坡度和坡向数据

news 2025/6/14 14:18:51

一般来说，DEM地形数据转坡度和坡向的操作，都是通过ArcGIS来完成。

但是（这里有一个Big BUT），主包真是觉得ArcGIS的很多软件设计和操作方法不太方便，所以就想用Python来替代以下，而且直觉上也完全是可以完成的，不就是数学计算吗。

所以，我就开始了尝试......

跑通之后，总结一下整体步骤为后续有需要的同学做点小贡献。

其实操作起来不难，就是需要选择好合适的工具：

首先，就是库文件选择与安装（最关键步骤）。

坡度和坡向数据计算库文件主要有如下几类：richdem、GDAL、arcpy

RichDEM

首先，richdem，我个人不建议使用，我就是为了搞定这个库文件浪费了很多时间最后走不通，因为RichDEM的核心功能是用高性能C++ 编写的（特别是地形分析算法），Python只是一个"外壳"，实际计算由C++模块_richdem.pyd执行，所以安装起来比较麻烦。

感兴趣的同学也可以自己尝试，反正我安装的时候就是各种报错......

GDAL

GDAL相对来说最容易操作，这是一个非常强大的开源库，可以处理各种栅格和矢量数据格式。Python 中可通过 osgeo 模块来使用 GDAL。

import os
from osgeo import gdal
from osgeo import gdalconst

ArcPy

我自己选择的是arcpy，没有什么有说服力的理由，只是因为这是ArcGIS自带的库文件，所以我觉得它的计算精度或者可靠性更高一点（纯主观，未验证）。

但是，这个操作起来其实也有一点点麻烦，因为arcpy 并不是一个可以通过 pip 或 conda install 从公共仓库（如 PyPI、conda-forge）直接安装的库。

arcpy 是 ESRI ArcGIS 软件自带的 Python 模块，它是一个专有的（Proprietary）库。 这意味着：

必须安装了 ArcGIS Desktop (ArcMap) 或 ArcGIS Pro 软件。
arcpy 模块会随 ArcGIS 软件一起安装，并集成到其自带的 Python 环境中。
不能像安装其他 Python 库一样，在任意的 Conda 环境或通过 pip 命令来安装 arcpy。

所以在使用arcpy进行坡度坡向计算时，必须得在ArcGIS自带库文件的环境中去运行代码。

下面仔细说一下如何配置ArcGIS的环境：

找到 ArcGIS Pro 自带的 Python 环境：
- 默认情况下通常在：C:\Program Files\ArcGIS\Pro\bin\Python\envs\arcgispro-py3
- 如果在 ArcGIS Pro 中创建了新的环境，其路径可能类似：C:\Users\<YourUsername>\AppData\Local\ESRI\conda\envs\<YourCustomEnvName>

方法 A: 直接激活并使用该环境
- 打开命令行工具（如 Anaconda Prompt 或 PowerShell）。
- 直接切换到 ArcGIS Pro 自带的 Python 环境：
  - 如果 ArcGIS Pro 默认环境路径是 C:\Program Files\ArcGIS\Pro\bin\Python\envs\arcgispro-py3
  - 您不能直接用 conda activate arcgispro-py3 (除非手动将其添加到conda已知环境列表中，但这不常见)。
  - 最直接的方式是使用该环境的完整路径来执行 Python 脚本，或者直接运行该环境中的 python.exe。

"C:\Program Files\ArcGIS\Pro\bin\Python\envs\arcgispro-py3\python.exe" your_script.py

方法 B: 在 IDE (如 VS Code, PyCharm) 中配置解释器
- 打开IDE，我用的时VS Code。
- 找到项目或工作区的 Python 解释器设置。
- 选择或添加解释器，并指定 ArcGIS Pro 自带的 python.exe 路径（例如：C:\Program Files\ArcGIS\Pro\bin\Python\envs\arcgispro-py3\python.exe）。
- 这样，在 IDE 中运行脚本时，就会使用这个包含 arcpy 的环境。

然后输入C:\Program Files\ArcGIS\Pro\bin\Python\envs\arcgispro-py3即可，具体路径是什么得看自己的配置，选到arcgispro-py3这一级就行。

配置好后，就可以开始写代码运行了，这一部分还需要注意几个问题。

导入arcpy的时候，要把Slope和Aspect都单独导入，不然函数名称不太对

import arcpy
from arcpy.sa import Slope, Aspect

确认好DEM文件路径，同时不要修改内部的文件名，不然可能会出错

验证方法：

手动打开文件资源管理器，导航到 F:\DATA\DEM\。
确认里面有一个名为 dem_1km 的文件夹。
进入 dem_1km 文件夹，确认里面有 hdr.adf、w001001.adf 等文件，这些是 ESRI Grid 格式的内部文件。

为了帮助调试，可以在脚本中添加一个检查路径的语句：

import os # 在脚本开头添加这行
# ... (其他导入和环境设置) ...input_dem = r"F:\DATA\DEM\dem_1km"# --- 检查输入路径是否存在 ---
if not os.path.exists(input_dem):print(f"错误：输入数据集路径 '{input_dem}' 不存在。请检查路径是否正确。")exit() # 如果路径不存在，则退出脚本# ... (后续计算代码) ...

OK，到这里基本就能够完美运行了。

可以导入到ArcGIS检查一下。