ArcGIS图解建模工具与DEM提取山脊、山谷线（水文分析、表面分析）

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ArcGIS图解建模工具与DEM提取山脊、山谷线（水文分析、表面分析）

2024-07-14 07:19| 来源: 网络整理| 查看: 265

参考汤国安、杨昕等编著的《地理信息系统空间分析实验教程第二版》利用水文分析（流量）和表面分析（坡向变率）得到山脊和山谷线

文章目录 1、基本概念1.1 正地形1.2 负地形正负地形的影响2、水文分析方法2.1 基本思想原理2.2 技术路线2.3 操作步骤2.3.1 正负地形的提取2.3.2 利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线2.3.3 利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线2.3.4 利用水文分析提取山脊线和山谷线结果3、表面分析方法3.1 基本思想原理3.2 技术路线3.3 操作步骤4、图解建模方法与思路4.1 建立概念模型4.2 构建图解模型4.3 模型的使用4.4 运行结果4.5 模型文件与参考图书pdf下载5、方法评价5、文章参考与致谢

1、基本概念 1.1 正地形

是相对高于邻区或新构造上升地区的地形。山地、高原、丘陵都是正地形。世界上许多石油矿床与高地、丘陵、特别是穹隆或背斜构造形成的正地形有关。天然气、金属矿床常常形成或储存在上述正地形中。

1.2 负地形

是相对低于邻区或新构造下沉地区的地形。洼地、盆地都是负地形。负地形是沉积物堆积的有利条件，也是冲刷微弱的场所。煤、石油、铝土、铁、泥炭、盐类和锰结核等沉积矿床多形成在盆地、凹地、平原和洋盆等负地形中。

正负地形的影响

负地形的地貌格局决定了一些地区不断地接纳、汇聚、堆积，在外力作用下，由四周正地形区搬运迁移的陆相碎屑物。“夷平填洼”是不可改变的自然地理过程中外营力作用的运动规律，只要这种正负地形差异格局的存在，就将持续地进行下去，直至夷平或填平。

2、水文分析方法 2.1 基本思想原理

通过对零值的汇流累积值的栅格的提取就可以得到分水线，也就得到了山脊线。对于山谷线可以利用反地形的特点，可以利用一个较大的数值减去原始的DEM数据得到与原始地形完全相反的地形数据，使得原始的DEM中的山脊变成反地形的山谷，而原始DEM中的山谷在反地形中就变成了山脊。山谷线的提取就可以在反地形中利用提取山脊线的方法进行提取。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、负地形加以纠正。

2.2 技术路线

2.3 操作步骤 2.3.1 正负地形的提取

2.3.2 利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线

1、在ArcMap中加载样区的原始DEM数据。 2、洼地填充：选择【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【填洼】，输入表面栅格数据。选择将所有洼地全部填充，所以不需要计算洼地深度，Z limit为默认值。

3、基于无洼地的水流方向计算：选择【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流向】，输入填洼后的表面栅格数据。

4、汇流累积量的计算：选择【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流量】，输入水流方向数据。

5、汇流累积量为零值的提取：选择【Spatial Analyst工具】|【地图代数】|【栅格计算器】，输入计算公式为facc0=（flowaa1==0），facc0为输出数据，flowaa1为汇流累积量数据。

6、数据光滑处理：上一步提取数据中很多不是山脊线，选择【Spatial Analyst工具】|【邻域分析】|【焦点统计】，以3×3窗口做平均值计算。

7、辅助判断山脊线位置：选择【Spatial Analyst工具】|【表面分析】|【等值线】和【Spatial Analyst工具】|【表面分析】|【山体阴影】。

8、选择【Spatial Analyst工具】|【重分类】|【重分类】，以等高线图和山体阴影图判断山脊线位置，调整分级临界点，最终确定分界阈值为0.5541。将光滑处理后的数据二值化，接近1的部分赋值为1，其余部分赋值为0。

9、消除存在于负地形区域中的错误山脊线：选择【Spatial Analyst工具】|【地图代数】|【栅格计算器】，将重分类后的数据与正地形数据相乘。

10、获得最终山脊线：选择【Spatial Analyst工具】|【重分类】|【重分类】，将属性值不为1的赋值为NoData。

2.3.3 利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线

1、在ArcMap中加载样区的原始DEM数据。 2、获取反地形：选择【Spatial Analyst工具】|【地图代数】|【栅格计算器】，计算公式为fandem=Abs(dem-2000),fandem为输出数据，dem为原始DEM数据。

3、水流方向计算（无需填洼）：选择【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流向】，输入填洼后的表面栅格数据。

4、汇流累积量的计算：选择【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流量】，输入水流方向数据。

5、汇流累积量为零值的提取：选择【Spatial Analyst工具】|【地图代数】|【栅格计算器】，输入计算公式为facc0=（flowaa2==0），facc0为输出数据，flowaa2为汇流累积量数据。

6、数据光滑处理：上一步提取数据中很多不是山谷线（反地形中山脊线为原地形中的山谷线），选择【Spatial Analyst工具】|【邻域分析】|【焦点统计】，以3×3窗口做平均值计算。

7、辅助判断山谷线位置：选择【Spatial Analyst工具】|【表面分析】|【等值线】和【Spatial Analyst工具】|【表面分析】|【山体阴影】。

8、选择【Spatial Analyst工具】|【重分类】|【重分类】，以等高线图和山体阴影图判断山脊线位置，调整分级临界点，最终确定分界阈值为0.65667。将光滑处理后的数据二值化，接近1的部分赋值为1，其余部分赋值为0。

9、消除存在于负地形区域中的错误山谷线：选择【Spatial Analyst工具】|【地图代数】|【栅格计算器】，将重分类后的数据与负地形数据（不是反地形数据）相乘。

10、获得最终山谷线：选择【Spatial Analyst工具】|【重分类】|【重分类】，将属性值不为1的赋值为NoData。

2.3.4 利用水文分析提取山脊线和山谷线结果

3、表面分析方法 3.1 基本思想原理

首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地表的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。在实际应用中，由于平面曲率的提取比较繁琐，而坡向变率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。

3.2 技术路线

3.3 操作步骤

4、图解建模方法与思路 4.1 建立概念模型

山脊线是处于正地形上且水流汇集量为0的点的集合; 山谷线是处于负地形上且在DEM反地形上水流汇聚量为0。

4.2 构建图解模型

4.3 模型的使用

4.4 运行结果

部分山谷线

部分山脊线 4.5 模型文件与参考图书pdf下载

链接：https://pan.baidu.com/s/1-IKBNU7zZeFhJoibaZq7Vw 提取码：n4lg

5、方法评价

【基本思想是】

按照流水从高至低的自然规律，顺序计算每一栅格点上的汇水量，然后按汇水量单调增加的顺序，由高到低找出区域中的每一条汇水线。根据得到的汇水线，通过计算找出各自汇水区域的边界线，就得到了分水线

【评价】算法采用了DEM的整体追踪分析的思路与方法，分析结果具有系统性好，还便于进行相应的径流成因分析【缺陷】该方法也存在以下两个明显的缺陷

由于该算法所计算的汇水量与高程有关，计算的结果必然是高程值大的地形特征线上的点的汇水量小，高程值小的地形特征线上的点的汇水量大。由于该算法降格汇水区域的公共边界视为分水线，因此它所确定的分水线均为闭合曲线，这与实际的地形特征线（山脊线）不符 5、文章参考与致谢

文章参考

https://blog.csdn.net/qq_40628258/article/details/83473964#_5 https://blog.csdn.net/summer_dew/article/details/82967666

感谢参考文章与当时空间分析授课的许老师，也感谢自己的耕耘！^- ^

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