數(shù)字高程模型新PPT課件

1、第一節(jié)、DEM基本地形因子計(jì)算第1頁/共89頁地形分析分類地形分析分類基本地形因子計(jì)算復(fù)雜地形分析地形分析坡度計(jì)算。地形水文分析地形特征提取可視性分析坡向計(jì)算。粗糙度計(jì)算第2頁/共89頁屬性定義所具有的水文意義高度（altitude）高程值（elevation）氣候，植被類型，勢(shì)能（potential energy）上坡高度(upslope height)上坡面的平均高度勢(shì)能（potential energy）坡向（aspect）坡面的方位（azimuth）日照，蒸散發(fā)，動(dòng)植物分布和聚集度坡度（slope）傾斜度（gradient）坡面和地下水的流速，植被，地貌，土壤水份等上坡坡度(upslo

2、pe slope)上坡面的平均坡度徑流速率（runoff velocity）擴(kuò)散坡度(dispersal slope)擴(kuò)散區(qū)平均坡度土壤流失區(qū)流失率計(jì)算（rate of soil drainage）流域坡度（catchment slope）集水區(qū)平均坡度聚集時(shí)間（time of concentration）上坡面積（upslope area）較短等高面以上集水區(qū)面積徑流總量（runoff volume），穩(wěn)定態(tài)徑流率（steadystate runoff rate）擴(kuò)散面積(dispersal area)坡面下較短等高面面積土壤流失速率（Soil drainage rate）流域面積(Catc

3、hment area)流域出口以上集水區(qū)面積徑流總量（runoff volume）特定的集水區(qū)面積(specific catchment area)Upslope area per unit width of contour 徑流量（runoff volume），穩(wěn)定態(tài)徑流率（steadystate runoff rate），土壤水份，地貌（geomorphology）流路長度（flow path length）到流域內(nèi)某點(diǎn)的水流流經(jīng)距離侵蝕速率（erosion rate），產(chǎn)沙量（sediment yield），聚集時(shí)間（time of concentration）上坡長度(upslope

4、length)到流域內(nèi)某點(diǎn)的平均流路長度水流加速度的計(jì)算（flow acceleration），侵蝕速率（erosion rate）擴(kuò)散長度(dispersal length)流域內(nèi)某點(diǎn)到流域出口距離土壤流失區(qū)流失阻力（Impedence of soil drainage）流域長度（catchment length）從流域最高點(diǎn)到出口距離坡面流的散布（overland flow attenuation）剖面曲率(Profile curvature)坡度剖面曲率水流加速度（flow acceleration），侵蝕/沉積速率（erosion/deposition rate）表面曲率（plan c

5、urvature）等高線曲率（Contour curvature）水流匯聚和發(fā)散（converging/diverging flow）,土壤水份可從DEM數(shù)據(jù)中通過地形分析方法得到的一些主要地形屬性（據(jù)I.D.MOORE 等） 第3頁/共89頁1、高程分級(jí)、高程分級(jí)(矢量化、概化矢量化、概化)l 高程影響地表物質(zhì)和能量的分布；l 等間距或不等間距劃分為若干高程等級(jí)，如用來區(qū)分丘陵、低山、中山、高山等 ，劃分地貌類型。第4頁/共89頁ArcGIS命令命令 LATTICEPOLY lookup_table z_factor 轉(zhuǎn)換柵格中的坡度、坡向、高程范圍和邊界成多邊形 SLOPE 根據(jù)查找表中的

6、坡度等級(jí)生成多邊形； ASPECT 根據(jù)查找表中的坡向等級(jí)生成多邊形； RANGE 根據(jù)查找表中的高程等級(jí)生成多邊形； NODATA 根據(jù)柵格單元是否有值或空值來生成多邊形； BOX 生成最小矩形區(qū)域包含輸入格網(wǎng)中的所有柵格 EXTENT 按柵格的extent生成單個(gè)矩形框；第5頁/共89頁查找表查找表 lookup_table 包含分類范圍和相關(guān)輸出多邊形代碼 lookup item - PERCENT_SLOPE, DEGREE_SLOPE, ASPECT or RANGE作為lookup_table的索引字段. 類型可以為I, B, F, N 例如PERCENT_SLOPESLOPE-C

7、ODEData ranges31 0.0 slope =352 3 slope = 5103 5 slope = 10254 10 slope = 25405 25 slope = 40606 40 slope = 60807 60 slope=80第6頁/共89頁2、平均高程、平均高程 式中n的計(jì)算單元內(nèi)柵格個(gè)數(shù)； h（Pk）為第k點(diǎn)的高程。 ArcGISArcMpa下中查數(shù)據(jù)源，Catelog下查元數(shù)據(jù) ArcGISworkstation使用Describe查找 分區(qū)平均值使用ZonalMean()獲取nkkphnh1)(1第7頁/共89頁3、極值高程和高差、極值高程和高差minmaxma

8、xmaxhhhphMINhphMAXhkk 通過查原數(shù)據(jù)獲得第8頁/共89頁4、區(qū)域相對(duì)高程、區(qū)域相對(duì)高程設(shè)參考高程為hm，則各柵格點(diǎn)上相對(duì)高程為： k=1，NArcGIS下使用newdemdem-heght命令，其中Height可以為常量hmphphkkv Zonalmean、zonalmax、zonalmin、zongnalrangev 相對(duì)高差：相對(duì)于什么？第9頁/共89頁5 5、局部相對(duì)高差、局部相對(duì)高差 格點(diǎn)面元是在格網(wǎng)DEM 的水平投影面上，以四個(gè)相鄰格點(diǎn)(i, j), (i, j+1), (i+1, j+1), (i+1, j)為頂點(diǎn)的面積范圍； 格點(diǎn)面元的相對(duì)高差指在格點(diǎn)面元的

9、四個(gè)格點(diǎn)中，最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之差，按下式求算：h=MAX(h00, h01, h02, h03) MIN(h00, h01, h02, h03)式中hij = (i, j = 0,1)為四個(gè)格點(diǎn)的高程;ArcGIS-Grid的實(shí)現(xiàn)方法？Focalmax-Focalmin第10頁/共89頁6、剖面（、剖面（Profile） 用于檢查和量測(cè)沿某條線的高度變化SURFACEPROFILE profile_info_table sample_distanceProfile from View1ElevationDistanceVertical exaggeration 2.4 X15570925.070

10、8.827555082511001375783.8858.8第11頁/共89頁ArcMap下剖面圖生成下剖面圖生成 在ArcMap中添加數(shù)據(jù)，然后在3D Analyst工具條上選擇該數(shù)據(jù)（圖9.35）； 使用Interpolate line工具創(chuàng)建線，以確定剖面線的起終點(diǎn)（圖9.36）； 使用Profile Graph工具生成剖面圖（圖9.37）； 在生成的剖面圖標(biāo)題欄上點(diǎn)擊右鍵，選擇屬性（Properties）項(xiàng)，進(jìn)行布局調(diào)整與編輯（圖9.38）； 第12頁/共89頁計(jì)算曲面沿線長度 SURFACELENGTH z_factor sample_distance surface_length_

11、item 計(jì)算沿弧段的曲面長度第13頁/共89頁ArcGIS下表面長度計(jì)算下表面長度計(jì)算 選擇輸入表面（input surface)，其值將用以進(jìn)行插值生成三維線段）； 選擇包含二維線段的輸入要素（Input Feature Class）; 指定添加到要素屬性表稱，默認(rèn)為SLength（可選項(xiàng)）； 設(shè)定采樣間距（Sampling Distance）在表面上計(jì)算長度的步距，當(dāng)輸入表面為TIN時(shí)，如前所述，默認(rèn)采樣間距以TIN表面上三角形邊及結(jié)點(diǎn)與線段的交點(diǎn)自然分割；如為柵格表面，默認(rèn)間距為柵格尺寸大小。此項(xiàng)亦為可選項(xiàng)。 設(shè)置Z值轉(zhuǎn)換系數(shù)，用于當(dāng)平面單位與Z值單位不同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換（可選）第14頁/共

12、89頁剖面積計(jì)算剖面積計(jì)算 根據(jù)某穿越地形表面的線路，求該線路垂直剖面積；具體計(jì)算時(shí)先求得該線路與DEM 格網(wǎng)邊的所有交點(diǎn)Pi(Xi, Yi, Zi)，再按下面公式計(jì)算得到:n 為交點(diǎn)數(shù); Di,i+1 為Pi 與Pi+1 間距離。第15頁/共89頁7、坡度和坡向、坡度和坡向 坡度和坡向是表示地表面在地面某一點(diǎn)處的傾斜程度和傾斜方位的一個(gè)量；它是一個(gè)矢量，既有大小又有方向。 某個(gè)點(diǎn)的坡度是其數(shù)值等于地表曲面在該點(diǎn)的切平面與水平面夾角， 某個(gè)點(diǎn)的坡向是指該切平面上沿最大傾斜方向矢量在水平面上的投影的方位角；第16頁/共89頁坡度的表示坡度的表示 輸出的坡度網(wǎng)格單位為度或百分?jǐn)?shù)。 注意:坡度表示為

13、0-90，0為代表水平面的情況，當(dāng)坡度為90百分?jǐn)?shù)為無貧大第17頁/共89頁坡度坡向的計(jì)算坡度坡向的計(jì)算擬合曲面法 坡度的計(jì)算方法有很多，經(jīng)證明，擬合曲面法是解求坡度的最佳方法； 一般采用二次曲面，使用一個(gè)3*3 窗口，每個(gè)窗口單元的中心有一高程點(diǎn)，第18頁/共89頁坡度坡向的計(jì)算公式坡度坡向的計(jì)算公式第19頁/共89頁坡度坡向的計(jì)算公式坡度坡向的計(jì)算公式第20頁/共89頁例子例子(dz/dx) = (a + 2d + g) - (c + 2f + i) / (8 * x_mesh_spacing)(dz/dy) = (a + 2b + c) - (g + 2h + i) / (8 * y_m

14、esh_spacing)rise_run = SQRT(SQR(dz/dx)+SQR(dz/dy)degree_slope = ATAN(rise_run) * 57.29578 第21頁/共89頁 ESRIArcGIS中的中的SLOPE函數(shù)函數(shù)SLOPE(, DEGREE | PERCENTRISE)第22頁/共89頁ArcGIS中的中的Aspect函數(shù)函數(shù) ESRIASPECT()注意坡向的規(guī)定第23頁/共89頁ArcMap下坡度的計(jì)算步驟下坡度的計(jì)算步驟1. 選擇用來生成坡度圖的TIN表面； 2. 選擇坡度單位（度/Degree或百分?jǐn)?shù)/Percent）； 3. 設(shè)定高程轉(zhuǎn)換系數(shù)（當(dāng)輸入

15、數(shù)據(jù)所定義的空間參考具有高程單位時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算）； 4. 指定輸出圖的柵格單元大?。?第24頁/共89頁ArcMap下坡向的計(jì)算步驟下坡向的計(jì)算步驟 （1） 選擇輸入表面數(shù)據(jù)（Input surface）： （2） 指定輸出柵格單元大?。?第25頁/共89頁8、Curvature地表曲率地表曲率 profile curvature ：坡度方向的曲率，區(qū)別凸坡和凹坡，剖面曲率影響水流的加速和減速，從而影響侵蝕和沉積過程。 Plan curvature：表示等高線方向的曲率，影響水流的聚集和分散（Converging/diverging flow）, 第26頁/共89頁剖面曲率的算法原理剖面

16、曲率的算法原理 待算格點(diǎn)面元的四個(gè)格點(diǎn)中，最高點(diǎn)與其對(duì)角點(diǎn)的連線稱為格點(diǎn)主軸，主軸兩端點(diǎn)高程的平均值與格點(diǎn)面元平均高程的比，稱為格點(diǎn)面元凹凸系數(shù)（CD）：式中hmax 為最高格點(diǎn)高程，hmax 為最高格點(diǎn)的對(duì)角格點(diǎn)高程，h 為格點(diǎn)面元高程的平均值，當(dāng)CD 為正時(shí)，格點(diǎn)面元的實(shí)際表面為凸形坡，為負(fù)時(shí)為凹形坡；第27頁/共89頁ArcGIS計(jì)算方法計(jì)算方法 CURVATURE(, out_profile_curve, out_plan_curve, out_slope, out_aspect) 正的曲率值表示凸坡，負(fù)值表示凹坡，0表示平地第28頁/共89頁9 9、表面積計(jì)算表面積計(jì)算 即求算格網(wǎng)表

17、面的面積 對(duì)于格網(wǎng)分解為兩個(gè)三角形，然后求三角形的表面積，整個(gè)DEM的表面積為所有格網(wǎng)單元面積之和； 對(duì)于TIN 則直接求三角形面積；求三角形面積使用每點(diǎn)的(x, y, z)值;第29頁/共89頁表面積計(jì)算公式表面積計(jì)算公式具體的計(jì)算公式為:式中，Di 表示第i 對(duì)三角形兩頂點(diǎn)間的曲面距離，S 表示三角形的表面積，P 表面三角形的周長的一半第30頁/共89頁1010、投影面積計(jì)算、投影面積計(jì)算投影面積指的是任意多邊形在水平面上投影的面積，可直接采用海倫公式進(jìn)行計(jì)算，一種簡(jiǎn)單的方法是根據(jù)梯形法則，如一個(gè)多邊形由順序排列的N 個(gè)點(diǎn)(xi, yi, i = 1, N)組成，并且第N 點(diǎn)與第1 點(diǎn)相同

18、，則水平投影面積計(jì)算公式如下，如果多邊形頂點(diǎn)按順時(shí)針方向排列，則計(jì)算的面積值為負(fù)，否則為正。第31頁/共89頁11、地表粗糙度、地表粗糙度 反映某一面積單元內(nèi)地勢(shì)伏變化的復(fù)雜程度 格點(diǎn)面元的粗糙度（roughness）指格點(diǎn)面元所對(duì)應(yīng)的DEM 上表面積與其水平投影面積之比,記為CZ:CZ = S 表面積/S 投影面積 當(dāng)CZ = 1 時(shí),粗糙度最小，格點(diǎn)面元的實(shí)際表面即為水平面;第32頁/共89頁1212、體積計(jì)算、體積計(jì)算DEM 的體積可由四棱柱和三棱柱的體積進(jìn)行累加得到，四棱柱上表面可用拋物雙曲面擬合，三棱柱上表面可用斜平面擬合，下表面均為水平面或參考平面，計(jì)算公式分別為:其中S3 與S4

19、 分別是三棱柱與四棱柱的底面積第33頁/共89頁體積計(jì)算的體積計(jì)算的ARCGIS命令命令VOLUMEbase-valueout-info-filez-factor輸出結(jié)果： NAME WIDTH OUTPUTTYPEN.DEC TIN3232C- ZMIN 4 12F3 ZMAX 4 12F3 DATUM 412F3 AREA 8 18F5 planimetric平面面積 VOLUME818F5 UNITS 3232C- ZUNITS 3232C- ZFACTOR412F3第34頁/共89頁ArcMap下的步驟下的步驟1.選擇輸入表面（Input Surface）； 2.設(shè)定參考平面的高程值；

20、 3.選擇計(jì)算參考平面之上的體積還是之下的體積； 4.設(shè)置高程轉(zhuǎn)換系數(shù)，將高程坐標(biāo)單位轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)單位（可選）； 5.根據(jù)需要，可選擇Save/append statistics to text file 復(fù)選框，將計(jì)算結(jié)果保存到指定名稱的文本文件中； 6.進(jìn)行運(yùn)算（點(diǎn)擊Calsulate statistics按鈕），結(jié)果將顯示在按鈕之下，同時(shí)寫入上步所指定的文本文件中。 7.如有需要，可重新設(shè)置參數(shù)，然后重新計(jì)算。 第35頁/共89頁14、挖方填方計(jì)算、挖方填方計(jì)算通過對(duì)兩個(gè)輸入曲面進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出挖方區(qū)域和填方區(qū)域CUTFILL z-factor計(jì)算流程第36頁/共89頁15、山體陰影、

21、山體陰影 HILLSHADE azimuth altitude ALL | SHADE | SHADOW z_factor Azimuth：太陽方位角 Altitude：太陽高度角 SHADE 僅考慮 local illumination angles; 不考慮遮蓋的影響。輸出范圍在0 and 255, 0 表示黑，255表示亮. SHADOW 輸出為0表示遮蓋區(qū)，1表示非遮蓋區(qū)Shade選項(xiàng)Shadow選項(xiàng)第37頁/共89頁ArcMap下的操作下的操作1. 選擇用來計(jì)算陰影的表面（input Surface）； 2. 設(shè)置太陽高度角和方位角3. 設(shè)定高程轉(zhuǎn)換系數(shù)； 4. 指定輸出柵格單元大小

22、5. 指定輸出路徑及文件名。 第38頁/共89頁地表輻照度地表輻照度 計(jì)算輻照度需考慮日照條件（太陽赤緯、高度角、時(shí)角及大氣狀況）與坡面幾何條件的相互關(guān)系。輻照度由下式?jīng)Q定： 式中，大氣透過率，與太陽高度和大氣狀況有關(guān)；Sc為太陽常數(shù)；Sa為太陽高度角，可由球面三角公式求出；t是時(shí)角；a、b為坡面方程系數(shù)；為坡度。 SatbtaSaScEsincossincossin第39頁/共89頁ArcGIS下的計(jì)算下的計(jì)算第40頁/共89頁16、生成等高線、生成等高線 TINCONTOUR LATTICECONTOUR第41頁/共89頁17、視見分析ARC/INFO中提供3種方法做視見分析：ARC中的V

23、ISIBILITYARCPLOT中的SURFACEVIEWSHEDARCPLOT中的SURFACEDRAPE第42頁/共89頁1）、VISIBILITY ARC：VISIBILITY POLY | GRID FREQUENCY | OBSERVERS - 輸入柵格，做視見分析 - 輸入的圖層，為點(diǎn)或線，定義觀測(cè)點(diǎn). POINT - 中的點(diǎn)定義觀測(cè)位置 LINE - 線中的節(jié)點(diǎn)和拐點(diǎn)定義觀測(cè)位置 POLY 輸出結(jié)果為多邊形 GRID 輸出結(jié)果為柵格，每個(gè)柵格記錄了被觀測(cè)的次數(shù)(FREQUENCY option), 或者對(duì)應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)編碼(OBSERVERS option). 第43頁/共89頁視見

24、分析的結(jié)果視見分析的結(jié)果第44頁/共89頁2）、）、SURFACEVIEWSHED SURFACEVIEWSHED 在定義的視見分析環(huán)境下，該命令高亮顯示可視范圍 SURFACEVIEWSHED 使用以下命令視見分析環(huán)境: SURFACEOBSERVER 設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)位置 SURFACETARGET 設(shè)置目標(biāo)點(diǎn)位置 SURFACEEXTENT 設(shè)置分析的范圍 SURFACEVIEWFIELD 設(shè)置觀測(cè)場(chǎng)（方位）（可選AUTO） SURFACERANGE 設(shè)置從觀測(cè)點(diǎn)到曲面的距離限制 SURFACERESOLUTION 設(shè)置臨時(shí)結(jié)果柵格的分辨率第45頁/共89頁3）、）、SURFACEDRAPE

25、SURFACEDRAPE MESH FISHNET | DIAGONAL | ALONGX | ALONGY distance lookup_table | linesymbol_grid item SURFACEDRAPE LOCATOR distance * SURFACEDRAPE XYZ z_value SURFACEDRAPE 通過將對(duì)象疊置在曲面上，生成一個(gè)曲面視見范圍，對(duì)象可以為線網(wǎng)孔、點(diǎn)或圖形文件 MESH. 疊置網(wǎng)孔線. LOCATOR. 用于交互定位網(wǎng)孔線 XYZ. 疊置點(diǎn) GRAPHICSFILE. 疊置圖形 distance 網(wǎng)孔線之間的距離 在執(zhí)行SURFACEDRA

26、PE 前，必須使用SURFACE 命令設(shè)置當(dāng)前處理的曲面，并且建立視見分析環(huán)境，然后再使用SURFACEDRAPE或SURFACEVIEWSHED命令第46頁/共89頁ArcMap下的操作下的操作1.選擇計(jì)算表面（Input Surface）； 2.設(shè)定觀察點(diǎn)（選擇用做觀測(cè)點(diǎn)的要素圖層）； 3.設(shè)定高程變換系數(shù)； 4.指定輸出柵格單元大??； 第47頁/共89頁第二節(jié)、地表水再分配分析第二節(jié)、地表水再分配分析 利用數(shù)字地形模型作為輸入，通過確定柵格任意點(diǎn)上坡區(qū)域的貢獻(xiàn)和下坡區(qū)的水流方向，勾畫出水系并且對(duì)其相關(guān)特征定量化。 利用DEM生成的流域和水系，是大多數(shù)水文分析的數(shù)據(jù)源，可用于決定洪水淹沒范

27、圍分析，進(jìn)行流域滲透水文的模擬研究。第48頁/共89頁1、地表水再分配的基本過程、地表水再分配的基本過程 水系和流域的概念 水系連接的類型 徑流過程 洼地和峰的問題第49頁/共89頁1）、水系和流域的概念）、水系和流域的概念 水系（ drainage system）為水在地表流動(dòng)并且流向出口的網(wǎng)絡(luò)。 流域（ drainage basin,watershed, basin, catchment,）是地表水和其他物質(zhì)流向統(tǒng)一出口點(diǎn)(outlet, pour point)的區(qū)域。 出口點(diǎn)為流域邊界的最低點(diǎn)。 兩個(gè)流域的邊界被定義為分水嶺（drainage）第50頁/共89頁2）、水系連接的類型）、水

28、系連接的類型 水系可以理解為樹，出口點(diǎn)為樹根，樹干為河溝，河溝的交點(diǎn)被稱為節(jié)點(diǎn)或交點(diǎn)（node or junction.）。 連接兩個(gè)內(nèi)流的節(jié)點(diǎn)，或連接節(jié)點(diǎn)和出口點(diǎn)的河溝叫做內(nèi)流連接（interior links.）。 外連接（Exterior links）定義為樹最外面的分支 。第51頁/共89頁3）、徑流過程）、徑流過程 水流的方向取決于每個(gè)點(diǎn)的坡向； 水流的能量取決于地表坡度，陡的坡度產(chǎn)生大的能量，可以輸送更多和更大的固體物質(zhì)，并具有較大的侵蝕潛力； 水平曲率用于區(qū)別斜坡是山脊或山溝，山脊和山溝分別導(dǎo)致水流的聚集和分散；第52頁/共89頁4）、洼地（）、洼地（sinks）和）和 峰（峰（

29、peaks） DEMS中的錯(cuò)誤通常劃分為洼地（sinks）和 峰（peaks）。洼地（sinks）是比較高的鄰域所包圍的區(qū)域，洼地可以是自然形成的。峰（peaks）是被比較低的鄰域所包圍的地區(qū)，通常是自然地貌 。 洼地的數(shù)量在低分辨率時(shí)較多。另外當(dāng)珊格的數(shù)據(jù)格式采用整形時(shí)，在低高差的地區(qū)洼地?cái)?shù)量也會(huì)增多。 當(dāng)計(jì)算流向時(shí)，洼地會(huì)產(chǎn)生不合適的結(jié)果，在提取流向時(shí)剔除。 DEM可能包含明顯的水平條帶，這來源于生成dem時(shí)的系統(tǒng)取樣誤差，這在平坦地表的整形珊格中非常明顯。第53頁/共89頁2、流域河網(wǎng)、流域邊界提取算法、流域河網(wǎng)、流域邊界提取算法 基于柵格的地形分析技術(shù)在水文學(xué)中的應(yīng)用，一般采用了OCa

30、llaghan和Mark的坡面流模擬方法，Jense和Domingue（1988）、Martz和De Jong （1988）、Garbrecht （1997）在此基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，這種算法一般稱之為D8（Deterministic eight-neighbours）算法； 第54頁/共89頁D8算法示例67 56 49 46 5053 44 37 37 4858 55 22 31 2461 47 21 16 1953 34 12 11 12 D8 D8 模型高程格網(wǎng)示例 格網(wǎng)流向模型水流聚集模型第55頁/共89頁算法流程圖算法流程圖DEMDEM預(yù)處理填洼生成流向模型生成水流聚集模型確定上游集水閾

31、值生成流域河網(wǎng)完成水文建模確定流域出口勾畫流域邊界地形參數(shù)提取子流域分割確定子流域出口第56頁/共89頁Arctooolbox_hydro ArcGIS9將水文分析中的地表水流過程集合到ArcToolbox里，如圖11.1所示。主要包括水流的地表模擬過程中的水流方向確定、洼地填平、水流累計(jì)矩陣的生成、溝谷網(wǎng)絡(luò)的生成以及流域的分割等。 第57頁/共89頁1）洼地的填充）洼地的填充 洼地的出現(xiàn)可導(dǎo)致流向的計(jì)算錯(cuò)誤。在某些情況下，可能有合理的洼地存在，這就需要對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦吻闆r有較多了解，以辨別真的洼地和錯(cuò)誤。 洼地和流向不確定的情況：（1）周圍單元格的值高于處理的單元格的值（2）兩個(gè)單元格間的水流互

32、相流動(dòng)（3）單元格在多個(gè)方向上有同樣的高差。 要精確的表示流向，應(yīng)該對(duì)洼地進(jìn)行填充； 洼地可以用Sink函數(shù)定位，并進(jìn)行填充。第58頁/共89頁填充洼地的過程填充洼地的過程計(jì)算洼地深度計(jì)算洼地深度1、利用SINK函數(shù)識(shí)別洼地Grid: sinks = sink (flowdir)2、利用WATERSHED函數(shù)生成每個(gè)洼地代表的流域區(qū)域Grid: sink_areas = watershed (flowdir, sinks)第59頁/共89頁填充洼地的過程填充洼地的過程計(jì)算洼地深度計(jì)算洼地深度3、生成每個(gè)洼地流域范圍內(nèi)的最低高程值柵格Grid: sink_min = zonalmin (sink

33、_areas, elevation)4、將洼地填充到沿洼地邊界的最低高程值，使水流能流出洼地。表示為Sink_maxGrid: sink_max = zonalfill (sink_areas, elevation)5、最低高程值網(wǎng)格減去最低高程值網(wǎng)格得到洼地深度柵格Grid: sink_depth = sink_max - sink_min洼地深度的計(jì)算便于下述fill指令確定z_limit的取值第60頁/共89頁填充洼地的過程填充洼地的過程填充填充 FILL SINK | PEAK z_limit out_dir_grid ：表示連續(xù)曲面的網(wǎng)格 ：剔除洼地或山頂?shù)妮敵鼍W(wǎng)格SINK | PE

34、AK： 表示洼地將被填充或山頂將被削去z_limit 洼地和其出口點(diǎn)的最大高差或山頂與其相鄰最高單元格之間的高差。洼地深度大于這個(gè)值，則該洼地不被填充；如果山頂與其相鄰最高單元格之間的高差大于這個(gè)值，則山頂不被移去。默認(rèn)情況下時(shí)填充所有洼地或移去所有山頂，而不考慮深度。out_dir_grid 可選輸出流向柵格第61頁/共89頁2）Flow Direction 按流向選最大坡度的原理，計(jì)算每個(gè)單元格流向其鄰域的方向（流出方向）； 如果到相鄰柵格的坡度相同，則放大鄰域以選擇最陡的方向流向的規(guī)定第62頁/共89頁ArcGIS流向命令流向命令Grid: flow_dir = flowdirectio

35、n (elevation)注意流向編碼第63頁/共89頁3）Flow Accumulation 累積流表示流入該單元格的柵格數(shù)目； 高的累積流可用于生成水系網(wǎng)； 低的累積流表示局部的地形高區(qū)，可用于識(shí)別山脊；第64頁/共89頁ArcGIS中累積流的計(jì)算中累積流的計(jì)算FLOWACCUMULATION函數(shù)計(jì)算流入每一個(gè)上坡方向的柵格累積值作為這個(gè)柵格的累積流。也可以考慮權(quán)重因子，比如降雨量；Grid: flow_acc = flowaccumulation (flow_dir, rainfall )第65頁/共89頁4）流域河網(wǎng)的提取流域河網(wǎng)的提取 確定上游集水區(qū)面積閾值； 標(biāo)注集水量累計(jì)值大于閾

36、值的格網(wǎng)； 將得到的圖形進(jìn)行矢量化處理； 通過閾值調(diào)整控制生成河網(wǎng)密度；第66頁/共89頁水系網(wǎng)提取的ArcGIS水系網(wǎng)可從FLOWACCUMULATION函數(shù)中得到的結(jié)果中勾畫出來。通過使用地圖代數(shù)表達(dá)式對(duì)累積流網(wǎng)格設(shè)置閾值，可以勾畫出水系網(wǎng)。例如, 要生成一個(gè)在無值背景上值1代表的水系網(wǎng)，可以使用：Grid: stream_net = con (flowacc 100, 1) Grid: stream_net = setnull (flowacc 100, 1)上述單元格取值大于100的所有單元格被賦值為1，其它單元格被賦值為無值NODATA。第67頁/共89頁5）水系網(wǎng)級(jí)別的劃分 水系定

37、級(jí)是一種給水系網(wǎng)中的連接賦級(jí)別代碼。目的是按水系的支流數(shù)識(shí)別和分類河谷類別。 水系的某些特征可以通過其級(jí)別推斷出來。例如，一級(jí)支流僅受坡面漫流的控制，它沒有其它支流的水流貢獻(xiàn),它們極易受非點(diǎn)源污染的影響. Usage: STREAMORDER (, , STRAHLER | SHREVE)第68頁/共89頁STRAHLER / SHREVE STRAHLER外連接總被賦值為1。但當(dāng)同樣級(jí)別的水系交叉時(shí)，水系級(jí)別增加。所以，兩個(gè)第二級(jí)的水系交叉時(shí)，會(huì)生成第三級(jí)的水系。但當(dāng)兩個(gè)不同級(jí)別的水系交叉時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生水系別的增加，例如，第一和第二級(jí)的水系交叉不會(huì)產(chǎn)生第三級(jí)的水系，而保持較高級(jí)別的水系等級(jí)。

38、 Shreve法計(jì)算水系網(wǎng)中的所有連接數(shù)，外連接被賦值為1，但對(duì)內(nèi)連接其級(jí)別數(shù)是增加的。例如，兩個(gè)一級(jí)支流交叉時(shí)會(huì)產(chǎn)生二級(jí)支流，而一級(jí)支流和二級(jí)支流交叉時(shí)則生成三級(jí)支流。第69頁/共89頁6) 水系矢量化STREAMLINE(, , out_item, weed)第70頁/共89頁7) Flow_length第71頁/共89頁8）Stream_link第72頁/共89頁9）ArcGIS流域的劃分流域的劃分watersheds = watershed (flow_dir, pour_points)BASIN()第73頁/共89頁ArcGIS中的流域命令中的流域命令 將流向網(wǎng)格作為輸入，可以利用W

39、ATERSHED或 BASIN 函數(shù)生成流域。 Grid: watersheds = watershed (flow_dir, pour_points) 對(duì)任意單元格可以勾畫流域，在WATERSHED函數(shù)中可以利用SELECTPOINT函數(shù)標(biāo)記流域出口點(diǎn)(pour points)。 Grid: watersheds = watershed (flow_dir, stream_link)第74頁/共89頁流域盆地的劃分流域盆地的劃分Basin 算出所有外流區(qū)域第75頁/共89頁小結(jié)：小結(jié)：ArcGIS中的處理流程中的處理流程第76頁/共89頁第三節(jié)、地形（地貌）分類第三節(jié)、地形（地貌）分類 地形位置指數(shù)第77頁/共89頁Benthic Habitat Pilot Area, DMWR第78頁/共89頁Fagatele Bay National Marine Sanctuary, 2001 bathy第79頁/共89頁Algorithm compares each cells elevation to the mean elevation of the surrounding cells in an annulus or ring.