水文分析和地形分析提取山谷和鞍部點

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Arcgis地形分析

DEM提取坡度

(1)新建地圖文檔，加載經(jīng)驗教程中

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

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

DEM提取山頂點

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：紅色等號是1個=，而不是柵格計算器中的2個==）?！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。。輸入命令：sd=（[axpoint]-[淮南54]）==0,生成sd文件。

8.山頂點柵格文件二值化。。生成re-sd

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

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地形，取正地形上平面曲率的大值即為山脊，負地形上平面曲率的大值為山谷。實際應(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使用柵格計算器Calculator，求出正負地形分布區(qū)域dvalue。公式為davlue＝[huainan54]-[mean]。

Dvalue

9.SpatialAnalysis下mapalgebra使用柵格計算器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，鞍部是兩個山脊和兩個山谷會合的地方。鞍部點是重要的地形控制點，它和山頂點、山谷點以及山脊線、山谷線等構(gòu)成的地形特征點線，具有對地形具有很強的控制作用。因此，對這些地形特征點、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，由于鞍部點的特別地貌形態(tài)，使得鞍部點的提取方法較山頂點和山谷的提取更難，目前沒有什么有效的方法來提取鞍部點，利用水文分析的方法可以來提取一些鞍部點，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；開拓思維，拓展水文分析工具的應(yīng)用，學(xué)會利用水文地質(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。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進行相乘運算，就得到了鞍部點的柵格形式數(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)和暈渲圖對矢量形式的鞍部點數(shù)據(jù)進行編輯，剔除那些處于研究區(qū)域邊緣以及內(nèi)部的偽鞍部點，并重新設(shè)計鞍部點的圖例。將偽鞍部點數(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：要同時選中矢量要素。

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

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

Shreve河流分級方法：

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。但對于Shreve法中的內(nèi)連接線，級別是增加的。例如，兩條一級連接線相交會創(chuàng)立一條二級連接線，一條一級連接線和一條二級連接線相交會創(chuàng)立一條三級連接線，而一條二級連接線和一條三級連接線相交則會創(chuàng)立一條五級連接線。

由于級別可增加，所以Shreve法中的數(shù)字有時指的是量級，而

不是級別。在Shreve法中，連接線的量級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算給定盆地內(nèi)最長水流的長度。該度量值常用于計算盆地的聚集時間。這可使用UPSTREAM選項來完成。該工具也可通過將權(quán)重柵格用作下坡運動的阻抗，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（Snappourpoint）捕獲傾瀉點工具用于確保在使用分水嶺工具描繪流域盆地時選擇累積流量大的點。捕獲傾瀉點將在指定傾瀉點周邊的捕獲距離范圍內(nèi)探尋累積流量最大的像元，然后將傾瀉點移動到該位置。SpatialAnalyst（空間分析工具）—Hydrology（水文）--Snappourpoint（捉傾瀉點）（11）盆域

創(chuàng)立描繪所有流域盆地的柵格。

通過識別盆地間的山脊線，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（水將從柵格傾瀉出的地方）及凹陷點，然后再識別每個傾瀉點上的匯流區(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

1.背景：作為地形特征線的山脊線、山谷線對地形、地貌具有一定的控制作用。它們與山頂點、谷底點以及鞍部點等一起構(gòu)成了地形起伏變化的骨架結(jié)構(gòu)。同時由于山脊線具有分水性，山谷線具有合水特征，使得它們在地形分析中具有特別的意義。

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行提取。對于山脊線而言，由于它同時也是分水線，而分水線的性質(zhì)即為水流的起源點。所以，通過地表徑流模擬計算之后，這些柵格的水流方向都應(yīng)當只具有流出方向而不存在流入方向，及柵格的匯流累計為0.因此通過對0值的提取，就可得到分水線，即山脊線。

對山谷線而言，可以利用反地形計算。即利用一個較大的數(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、負地形加以改正。6.提取山脊線?正負地形提取

（1）加載研究區(qū)域的原始DEM數(shù)據(jù)dem

dem

（2）點擊SpatialAnalyst模塊，點擊neighborhoodstatistics菜單工具，

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

meandem

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

mns

（4）對mns數(shù)據(jù)二值化，將運算結(jié)果重分為兩級，分級界限為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上就是負地形區(qū)域。

mns2

（5）對二值化數(shù)據(jù)mns2進行兩次賦值，一次將正地形區(qū)域?qū)傩灾蒂x值為1，負

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使用柵格計算器Calculator，輸入公式：flowacc0=（flowacc1（流量）==0）

flowacc0

（3）利用鄰域分析的方法，對提取出的匯流累積量等于零值的數(shù)據(jù)進行3×3鄰域分析進行光滑處理，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，進行重新分類，將分類級別設(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）將進行過二值化的neiborfacc0進行重分類為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進行相乘運算，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，點擊SpatialAnalyst模塊，點擊optionsrastercalculator菜單工具，開啟柵格計算對話框公式為：fandem=Abs(dem-2500).

fandem

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

fanmeandem

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

fanmns

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

級界限為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上就是負地形區(qū)域。

fanmns-re

（6）對二值化數(shù)據(jù)mns2進行兩次賦值，一次將正地形區(qū)域?qū)傩灾蒂x值為1，負地形區(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