水文分析和地形分析提取山谷和鞍部點(diǎn)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——水文分析和地形分析提取山谷和鞍部點(diǎn)

Arcgis地形分析

DEM提取坡度

(1)新建地圖文檔，加載經(jīng)驗(yàn)教程中

得到的DEM數(shù)據(jù)：huainan

(2)

在中，執(zhí)行命令[3DAnalyst工具]——[柵格表面]——[坡度]，參照下圖所示，指定各參數(shù)：

執(zhí)行后，得到坡度柵格Slope_tingri1：坡度柵格中，柵格單元的值在[0-60]度間變化

右鍵點(diǎn)擊圖層[Slope_TinGrid]，執(zhí)行[屬性命令]，設(shè)置圖層[符號(hào)系統(tǒng)]，重新調(diào)整坡度分級(jí)。將類別調(diào)整為5，點(diǎn)[分類]按鈕，用手動(dòng)分級(jí)法，將中斷值調(diào)整為：10，20，30，40，60。

DEM提取山頂點(diǎn)

1.添加dem數(shù)據(jù)，制作15m和75m等高線。

2.制作陰影陰影圖像，生成地表陰影圖像hillsha。

3.提取柵格數(shù)據(jù)的有效區(qū)域。。

“要提取的文件名〞=“huainan54〞>=0，（注意：紅色等號(hào)是1個(gè)=，而不是柵格計(jì)算器中的2個(gè)==）?！癰ack〞=“huainan54〞>=0，生成back文件。

5.依照等高線75m等高線15m，back，hillsha疊放。

1.提取dem數(shù)據(jù)中的最大值。，生成

maxpoint文件

參數(shù)設(shè)置如下：

Maxpoint

7.提取山頂點(diǎn)。。輸入命令：sd=（[axpoint]-[淮南54]）==0,生成sd文件。

8.山頂點(diǎn)柵格文件二值化。。生成re-sd

9.生成山頂點(diǎn)柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為shapefile。，生成山頂點(diǎn)矢量文件。

ArcGIS利用水文分析方法提取山脊、山谷線

提取方法大致可以分為以下五種：1)基于圖像處理技術(shù)的原理；2)基于地形表面幾何形態(tài)分析的原理；3)基于地形表面流水物理模擬分析原理；4)基于地形表面幾何形態(tài)分析和流水物理模擬分析相結(jié)合的原理；5)平面曲率與坡形組合法。

平面曲率與坡形組合法提取的山脊、山谷的寬度可由選取平面曲率的大小來調(diào)理，方法簡便，效果好。該方法基本處理過程為：首先利用DEM數(shù)據(jù)提取地面的平面曲率及地面的正負(fù)地形，取正地形上平面曲率的大值即為山脊，負(fù)地形上平面曲率的大值為山谷。實(shí)際應(yīng)用中，由于平面曲率的提取比較繁瑣，而坡向變率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。因此，下面的提取過程以SOA代替平面曲率。

1.SpatialAnalysis下使用surface菜單下的Aspect，提取DEM坡向aspect-huainan

aspect-huainan

2.在SpatialAnalysis下使用surface菜單下的Slope命令，提取A層面的坡向變率，記為SOA1。

SOA1

3.SpatialAnalysis下的mapalgebra，柵格計(jì)算器Calculator，得到與原來地形相反的DEM數(shù)據(jù)層，即反地形DEM數(shù)據(jù)，記為IN。公式為：IN=IN=\最大值\

IN

4.基于反地形DEM數(shù)據(jù)求算坡向值

Aspect-IN

5.利用SOA方法求算反地形的坡向變率，記為SOA2。

soa2

6.在SpatialAnalysis下mapalgebra使用柵格計(jì)算器Calculator，求出沒有誤差的DEM的坡向變率SOA。公式為SOA＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/2。

Soa

7.在SpatialAnalysis下使用柵格鄰域計(jì)算工具Neighborhood，focalStatistics，輸入原始dem數(shù)據(jù)huainan54，設(shè)置Statistictype為平均值，生成柵格圖像為mean。

Mean

8.在SpatialAnalysis下mapalgebra使用柵格計(jì)算器Calculator，求出正負(fù)地形分布區(qū)域dvalue。公式為davlue＝[huainan54]-[mean]。

Dvalue

9.SpatialAnalysis下mapalgebra使用柵格計(jì)算器Calculator，求出山脊線shanjixian。公式為shanjixian＝（[dvalue]>0）&（SOA>0）。

10.SpatialAnalysis下mapalgebra使用柵格計(jì)算器Calculator，求出山谷線shanguxian。公式為shanguxian=（[dvalue]＜0&SOA>0）

ArcGIS水文分析

一、背景相鄰兩山頭之間呈馬鞍形的低凹部分稱為鞍部，鞍部是兩個(gè)山脊和兩個(gè)山谷會(huì)合的地方。鞍部點(diǎn)是重要的地形控制點(diǎn)，它和山頂點(diǎn)、山谷點(diǎn)以及山脊線、山谷線等構(gòu)成的地形特征點(diǎn)線，具有對(duì)地形具有很強(qiáng)的控制作用。因此，對(duì)這些地形特征點(diǎn)、線的分析研究在數(shù)字地形分析中具有很重要的意義。同時(shí)，由于鞍部點(diǎn)的特別地貌形態(tài)，使得鞍部點(diǎn)的提取方法較山頂點(diǎn)和山谷的提取更難，目前沒有什么有效的方法來提取鞍部點(diǎn)，利用水文分析的方法可以來提取一些鞍部點(diǎn)，但是它還是具有一定局限性。二、目的結(jié)合水文分析的思想來提取研究區(qū)域內(nèi)的地形鞍部點(diǎn)；開拓思維，拓展水文分析工具的應(yīng)用，學(xué)會(huì)利用水文地質(zhì)分析的思想來解決一些地形、地貌等方面的問題。三、要求結(jié)合水文地質(zhì)分析的方法和空間分析的方法提取研究區(qū)域的地形鞍部點(diǎn)。四、操作步驟

（1）DEM數(shù)據(jù)填洼處理：SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--Fill（填洼），生成沒有凹地的dem，fill-dem

（2）在無凹地的DEM上提取水流方向，SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--FlowDirection（流向），生成flowdir。

（3）基于水流方向計(jì)算匯流累積量數(shù)據(jù)，SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--FlowAccumulation（流量），生成flow-acc

（4）提取河流網(wǎng)。SpatialAnalysis下mapalgebra使用柵格計(jì)算器

Calculator，輸入公式：Con（flow-acc（文件名）＞800,1），輸出柵格StreamNet。即河流量大于800為1，其余為0.

（5）SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--streamtofeature(柵格河網(wǎng)轉(zhuǎn)矢量)，提取河流網(wǎng)。

anbu

（2）利用spatialanalyst菜單下的rastercalculator的工具，將上一步中提取出的數(shù)據(jù)anbu和正地形數(shù)據(jù)zhengdixing進(jìn)行相乘運(yùn)算，就得到了鞍部點(diǎn)的柵格形式數(shù)據(jù)anbudian，公式：anbudian=anbu*zhengdixing

anbudian

（3）將柵格數(shù)據(jù)anbudian進(jìn)行重分類，所有0值和NODATA數(shù)據(jù)賦為NODATA數(shù)據(jù)，屬性為1的值保持不變，重分類之后數(shù)據(jù)為reanbudian。

reanbudian

（4）將柵格數(shù)據(jù)reanbudian2轉(zhuǎn)成矢量結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)anbudian，并協(xié)同等高線數(shù)據(jù)和暈渲圖對(duì)矢量形式的鞍部點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，剔除那些處于研究區(qū)域邊緣以及內(nèi)部的偽鞍部點(diǎn)，并重新設(shè)計(jì)鞍部點(diǎn)的圖例。將偽鞍部點(diǎn)數(shù)據(jù)剔除完畢后，中止編輯并保存結(jié)果。

anbudian

（6）平滑處理河流網(wǎng)。Editor（編輯器）--Moreeditingtools（更多編輯工具）--Advancedediting—smooth。注意：要同時(shí)選中矢量要素。

（7）河網(wǎng)分級(jí)（StreamOrder）河網(wǎng)分級(jí)是一種將級(jí)別數(shù)分派給河流網(wǎng)絡(luò)中的連接線的方法。此級(jí)別是一種根據(jù)支流數(shù)對(duì)河流類型進(jìn)行識(shí)別和分類的方法。僅需知道河流的級(jí)別，即可推斷出河流的某些特征。河網(wǎng)分級(jí)工具有兩種可用于分派級(jí)別的方法。這兩種方法由Strahler(1957)和Shreve(1966)提出。在這兩種方法中，始終將1級(jí)分派給上游河段。Strahler河流分級(jí)方法：

在Strahler法中，所有沒有支流的連接線都被分為1級(jí)，它們稱為第一級(jí)別。當(dāng)級(jí)別一致的河流交匯時(shí)，河網(wǎng)分級(jí)將升高。因此，兩條一級(jí)連接線相交會(huì)創(chuàng)立一條二級(jí)連接線，兩條二級(jí)連接線相交會(huì)創(chuàng)立一條三級(jí)連接線，依此類推。但是，級(jí)別不同的兩條連接線相交不會(huì)使級(jí)別升高。例如，一條一級(jí)連接線和一條二級(jí)連接線相交不會(huì)創(chuàng)立一條三級(jí)連接線，但會(huì)保存最高級(jí)連接線的級(jí)別。

Shreve河流分級(jí)方法：

Shreve法考慮網(wǎng)絡(luò)中的所有連接線。與Strahler法一致，所有外連接線都被分為1級(jí)。但對(duì)于Shreve法中的內(nèi)連接線，級(jí)別是增加的。例如，兩條一級(jí)連接線相交會(huì)創(chuàng)立一條二級(jí)連接線，一條一級(jí)連接線和一條二級(jí)連接線相交會(huì)創(chuàng)立一條三級(jí)連接線，而一條二級(jí)連接線和一條三級(jí)連接線相交則會(huì)創(chuàng)立一條五級(jí)連接線。

由于級(jí)別可增加，所以Shreve法中的數(shù)字有時(shí)指的是量級(jí)，而

不是級(jí)別。在Shreve法中，連接線的量級(jí)是指上游連接線的數(shù)量。SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--streamorder

Shreve

Strahler

（8）水流長度（FlowLength）水流長度工具的主要用途是計(jì)算給定盆地內(nèi)最長水流的長度。該度量值常用于計(jì)算盆地的聚集時(shí)間。這可使用UPSTREAM選項(xiàng)來完成。該工具也可通過將權(quán)重柵格用作下坡運(yùn)動(dòng)的阻抗，來創(chuàng)立假設(shè)降雨和徑流事件的距離-面積圖。SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--FlowLength（水流長度）。

（9）分水嶺（Watershed）確定柵格中一組像元之上的匯流區(qū)域SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--Watershed（分水嶺）

（10）捉傾瀉點(diǎn)（Snappourpoint）捕獲傾瀉點(diǎn)工具用于確保在使用分水嶺工具描繪流域盆地時(shí)選擇累積流量大的點(diǎn)。捕獲傾瀉點(diǎn)將在指定傾瀉點(diǎn)周邊的捕獲距離范圍內(nèi)探尋累積流量最大的像元，然后將傾瀉點(diǎn)移動(dòng)到該位置。SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--Snappourpoint（捉傾瀉點(diǎn)）（11）盆域

創(chuàng)立描繪所有流域盆地的柵格。

通過識(shí)別盆地間的山脊線，在分析窗口中描繪流域盆地。通過分析輸入流向柵格數(shù)據(jù)找出屬于同一流域盆地的所有已連接像元組。通過定位窗口邊緣的傾瀉點(diǎn)（水將從柵格傾瀉出的地方）及凹陷點(diǎn)，然后再識(shí)別每個(gè)傾瀉點(diǎn)上的匯流區(qū)域，來創(chuàng)立流域盆地。這樣就得到流域盆地的柵格。

以下是盆域分析例如：SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--Basin（流域分析）。

ArcGIS利用水文分析方法提取山脊、山谷線、鞍部點(diǎn)

1.背景：作為地形特征線的山脊線、山谷線對(duì)地形、地貌具有一定的控制作用。它們與山頂點(diǎn)、谷底點(diǎn)以及鞍部點(diǎn)等一起構(gòu)成了地形起伏變化的骨架結(jié)構(gòu)。同時(shí)由于山脊線具有分水性，山谷線具有合水特征，使得它們?cè)诘匦畏治鲋芯哂刑貏e的意義。

2.目的：了解基于DEM水文分析方法提取山脊線和山谷線的原理，把握水流方向、匯流累積提取原理及方法。

3.要求：利用ArcGIS水文分析模塊提取出樣區(qū)的山脊線和山谷線。4.數(shù)據(jù)：25米分辯率的DEM數(shù)據(jù)，區(qū)域面積約140平方公里。

5.算法思想：山脊線和山谷線的提取實(shí)質(zhì)上是分水線和匯水線的提取。因此，可以利用水文分析的方法進(jìn)行提取。對(duì)于山脊線而言，由于它同時(shí)也是分水線，而分水線的性質(zhì)即為水流的起源點(diǎn)。所以，通過地表徑流模擬計(jì)算之后，這些柵格的水流方向都應(yīng)當(dāng)只具有流出方向而不存在流入方向，及柵格的匯流累計(jì)為0.因此通過對(duì)0值的提取，就可得到分水線，即山脊線。

對(duì)山谷線而言，可以利用反地形計(jì)算。即利用一個(gè)較大的數(shù)值減去原始DEM數(shù)據(jù)，得到與原始DEM地形相反的地形數(shù)據(jù)，使得原始的DEM中的山脊變成反地形的山谷，而原始DEM中的山谷在反地形中就變成了山脊。再利用山脊線的提取方法就可以實(shí)現(xiàn)山谷線的提取。但是此方法提取出的山脊和山谷位置有些偏差，可以利用正、負(fù)地形加以改正。6.提取山脊線?正負(fù)地形提取

（1）加載研究區(qū)域的原始DEM數(shù)據(jù)dem

dem

（2）點(diǎn)擊SpatialAnalyst模塊，點(diǎn)擊neighborhoodstatistics菜單工具，

利用鄰域分析的方法以11×11的窗口計(jì)算平均值。分析結(jié)果命名為meandem。

meandem

（3）點(diǎn)擊spatialanalyst中的rastercalculator，公式為：mns=dem-鄰域meandem，得到mns數(shù)據(jù)。

mns

（4）對(duì)mns數(shù)據(jù)二值化，將運(yùn)算結(jié)果重分為兩級(jí)，分級(jí)界限為0，那么大于0的區(qū)域在原始DEM上就是正地形區(qū)域，小于0的區(qū)域在原始DEM上就是負(fù)地形區(qū)域。

mns2

（5）對(duì)二值化數(shù)據(jù)mns2進(jìn)行兩次賦值，一次將正地形區(qū)域?qū)傩灾蒂x值為1，負(fù)

地形區(qū)域?qū)傩再x值為0，命名為zhengdixing；另一次將正地形區(qū)域?qū)傩灾蒂x值為0，負(fù)地形區(qū)域?qū)傩再x值為1，命名為fudixing。

zhengdixing

fudixing

?山脊線提取

（1）加載流量數(shù)據(jù)flowacc1，

flowacc1

（2）SpatialAnalysis下mapalgebra使用柵格計(jì)算器Calculator，輸入公式：flowacc0=（flowacc1（流量）==0）

flowacc0

（3）利用鄰域分析的方法，對(duì)提取出的匯流累積量等于零值的數(shù)據(jù)進(jìn)行3×3鄰域分析進(jìn)行光滑處理，處理后的數(shù)據(jù)命名為neiborfacc0。

neiborfacc0

（4）開啟neiborfacc0數(shù)據(jù)的屬性信息，進(jìn)行重新分類，將分類級(jí)別設(shè)置為兩類，不斷的調(diào)整分界數(shù)據(jù)大小，并以由DEM生成的等值線圖和暈渲圖為輔助判斷數(shù)據(jù)。在neiborfacc0中，屬性值越接近于1的柵格越有可能是山脊線的位置，這里確定的分界閾值為0.5541。

（5）將進(jìn)行過二值化的neiborfacc0進(jìn)行重分類為reneibor，將屬性值大于0.5541的那一類的屬性值賦值為1，其余的賦值為0。

reneibor

（6）利用spatialanalyst菜單下的rastercalculator，reneibor數(shù)據(jù)與正地形數(shù)據(jù)zhengdixing進(jìn)行相乘運(yùn)算，公式：shanji=\\

shanji

（7）conversion（轉(zhuǎn)換）--Fromraster—rastertopolyline（柵格轉(zhuǎn)線），生成shanjixian矢量數(shù)據(jù)，根據(jù)矢量編輯，刪除錯(cuò)誤的山脊線。

2.提取山谷線。

（1）加載研究區(qū)域的原始DEM數(shù)據(jù)dem

dem

（2）提取與原始DEM地形完全相反的反地形數(shù)據(jù)fandem，點(diǎn)擊SpatialAnalyst模塊，點(diǎn)擊optionsrastercalculator菜單工具，開啟柵格計(jì)算對(duì)話框公式為：fandem=Abs(dem-2500).

fandem

（3）點(diǎn)擊SpatialAnalyst模塊，點(diǎn)擊neighborhoodstatistics菜單工具，利用鄰域分析的方法以11×11的窗口計(jì)算平均值。分析結(jié)果命名為fanmeandem。

fanmeandem

（4）點(diǎn)擊spatialanalyst中的rastercalculator，公式為：fanmns=fandem-鄰域fanmeandem，得到fanmns數(shù)據(jù)。

fanmns

（5）對(duì)fanmns數(shù)據(jù)二值化，得到fanmns-re數(shù)據(jù)，將運(yùn)算結(jié)果重分為兩級(jí)，分

級(jí)界限為0，那么大于0的區(qū)域在原始DEM上就是正地形區(qū)域，小于0的區(qū)域在原始DEM上就是負(fù)地形區(qū)域。

fanmns-re

（6）對(duì)二值化數(shù)據(jù)mns2進(jìn)行兩次賦值，一次將正地形區(qū)域?qū)傩灾蒂x值為1，負(fù)地形區(qū)域?qū)傩再x值為0，命名為fanzhdixing；另一次將正地形區(qū)域?qū)傩灾蒂x值為0，負(fù)地形區(qū)域?qū)傩再x值為1，命名為fanfudixing。

fanzhdixing

fanfudixing

提取谷底線

（1）加載反地形數(shù)據(jù)fandem，Hydrology（水文）--flowdirection（流向），提取反地形數(shù)據(jù)的流向fanflowdir

（2）Hydrology（水文）--flowaccumulation，提取反地形數(shù)據(jù)的集聚流量數(shù)據(jù)f