地形指標是最基本的自然地理要素（包括坡度變率、坡向變率、地形起伏度和地面粗糙度這4個基本的地形指標），也是對人類的生產和生活影響最大的自然要素。地形特征制廣泛應用于諸多研究和應用領域。地形指標的提取對水土流失、土地利用、土地資源評價、城市規劃等方面的研究起著重要的作用。根據研究區域尺度的不同，地形指標有許多因子。基于ArcGIS的地形指標的提取，大多均是基于DEM數據完成的。

1.坡度變率（剖面曲率）

地面坡度變率是指地面坡度在微分空間的變化率，是依據坡度的求算原理，在所提取的坡度值的基礎上對地面每一點再求算一次坡度，即坡度之坡度（Slope of Slope，SOS)。坡度是地面高程的變化率的求解，因此坡度變率代表了地表面高程相對于水平面變化的二階導數。坡度變率在一定程度上可以很好反映剖面曲率信息，也就是地表高程變化率大小。

提取方法：

1.使用【坡度】工具，對目標DEM高程數據提取坡度圖層“slope”；

2.再次使用【坡度】工具，對“slope”坡度數據二次提取坡度，得到坡度變率數據“SOS”；

這是第一次提取坡度后的數據：

這是對坡度圖層進行再次坡度提取后的數據，細心觀察會發現該數據紅色高值就是前面坡度圖層落差大的地方，也就是地勢急劇變化的區域，最典型的就是河岸附近了。

2.坡向變率（平面曲率）

地面坡向變率是指在提取坡向的基礎上提取坡向的變化率，也叫坡向之坡度（Slope of Aspect，SOA）。它可以很好地反映等高線的彎曲程度。地面坡向變率在所提取的地表坡向矩陣的基礎上沿襲坡度的求算原理，提取地表局部微小范圍內坡向的最大變化情況。需要注意的時：SOA在提取過程中在北面坡將會有誤差產生。北面坡坡向值范圍為0°～90°和270°～360°，在正北方向附近，如15°～345°兩個坡向差值只是30°，而計算結果卻是330°，所以要將北坡地區的坡向變率誤差進行糾正。

提取方法：

1. 求取原始DEM數據層的最大高程值，這個可以通過圖層目錄數據的值域或者直接右鍵圖層屬性，查看“源”選項卡下面的統計信息，很明顯該高程數據的最高海拔大約是492.72米。

2. 打開【Spatial Analyst工具】|【地圖代數】【柵格計算器】工具，輸入公式為FDEM=492.72-DEM，得到與原來地形相反的DEM數據層“FDEM”
3.使用【坡向】工具，對“FDEM”數據提取坡向得到坡向數據“FDEM1”，然后對“FDEM1”數據使用【坡度】工具提取坡度，得到反地形的坡向變化率數據“SOA2”，結果圖層如下所示：
4.和前面提取“SOA2”數據一樣，先使用【坡向】工具，對原始DEM數據提取坡向得到坡向數據“DEM1”，然后對該數據使用【坡度】工具提取坡度，得到原始DEM數據的坡向變化率數據“SOA1”，結果圖層如下所示：

一眼看上去感覺這兩個結果一模一樣，但是仔細觀察會發現還有有一定的差別。

5.再次使用【柵格計算器】，輸入公式為：SOA=（（SOA1+SOA2）-abs（SOA1-SOA2））/2,即可得到無誤差的DEM坡向變率，結果圖層如下所示：
3.地形起伏度

地形起伏度是指在特定區域內，最高點海拔和最低點海拔的插值（極差）。它是描述一個區域地形特征的宏觀性指標?！維patial Analyst工具】里面的【鄰域分析】【焦點統計】可以直接生成起伏度成本數據QFD，工具位置以及相關參數設置如下圖所示：

統計類型選擇為“RANG”意思是計算12*12（這個看具體情況選鄰域范圍）的矩形柵格像元內的像元值極差，由于是DEM高程數據，所以該統計結果就是這個區域內的高差（即起伏度）。

還有一種方法就是依然使用【焦點統計】工具，但是統計類型分別選擇MAX和MIN，其他參數不變，分別得到兩個數據層A和B，最后再使用【柵格計算器】輸入公式：A-B，得到該圖層內相同鄰域范圍內的極差。
4.地面粗糙度

地面粗糙度是特定的區域內地球表面積與其投影面積之比。它也是反映地表形態的一個宏觀指標。根據地面粗糙度的定義，求每個柵格單元的表面積與其投影面積之比，可以用如下方法來完成假如ABC是一個柵格單元的縱剖面，a為此柵格單元的坡度，則AB面的面積（ABAC）為此柵格的表面積，AC面的面積（ACAC）為此柵格的投影面積(也既是此柵格分辨率平方)，此柵格單元的地面粗糙度M=“AB面的面積”/“AC面的面積”=(ACAB)/(ACAC)=AB/AC=1/Cosa。地面粗糙度的提取步驟如下：

1.點擊DEM數據層，選擇【Spatial Analyst 工具】|【表面分析】【坡度】工具，提取得到坡度數據層，命名為“Slope”；

2.需要注意的是在Arcmap中，cos使用弧度值作為角度單位，但是使用【坡度】工具提取的坡度值是角度單位，所以在計算時應該提前把角度單位轉化為弧度單位，即在角度值后面乘上Π/180。打開【Spatial Analyst工具】|【地圖代數】【柵格計算器】工具，公式為：1/Cos(“Slope”*3.14159/180)，即可得到地面粗糙度數據層，結果圖層如下圖所示：