ArcGIS实验-Ex18-利用水文分析方法提取山脊、山谷线.
第十一章水文分析
练习1：利用水文分析方法提取山脊、山谷线
一、背景
山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。
二、目的
理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。
三、要求
1、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线；
2、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。
四、数据
一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140 km2。数据存于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result中。
五、算法思想
对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别表示分水性与汇水性，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。
基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。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；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。
六、操作步骤
1、正负地形的提取
(1) 启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开hydrology工具集。在图层管理器中加载研究区域的原始DEM数据。
(2) 加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，点击neighborhood statistics菜单工具，利用邻域分析的方法以11×11的窗口计算平均值，如图1。分析结果命名为meandem，如图2所示。
图1 用邻域分析的方法以11×11的窗口计算平均值
图2 DEM数据的平均值
(3) 点击spatial analyst中的raster calculator菜单工具，对原始DEM数据与邻域分析之后的数据meandem做减法运算，并将运算结果重分为两级，分级界线为0，那么大于0的区域在原始DEM上就是正地形区域，小于0的区域在原始DEM上就是负地形区域。（图3）
图3 Raster Calculator菜单工具
图4 正负地形区域
(4) 对上一步得到的二值化数据进行两次重分类，如图5。一次将正地形区域属性值赋值为1，负地形区域属性赋值为0，命名为zhengdixing；另一次将正地形区域属性值赋值为0，负地形区域属性赋值为1，命名为fudixing。分别如图6、图7所示。
图5 重分类
图6 正地形区域（图中深色区域）图7 正地形区域（图中深色区域）
2、山脊线的提取：
(1) 在ArcMap中加载研究区域的原始DEM数据。
(2) 洼地填充：双击hydrology工具集中的fill工具，进行原始DEM的洼地点填充。在Input surface raster文本框中选择原始DEM数据dem，将输出数据命名为filldem，因为选择的是将所有洼地全部填充，所有在填充容限Z limit为默认值。(图8、9)
图8 洼地点填充
图9 洼地点填充的结果
(3) 基于无洼地的水流方向的计算：双击hydrology工具集中的flow direction工具，在Input surface raster文本框中选择填充过的无洼地DEM数据filldem，将输出的水流方向数据命名为flowdirfill，如图10、11。
图10 基于无洼地的水流方向的计算
图11 水流方向的计算结果
(4) 汇流累积量的计算：双击hydrology工具集中的flow accumulation工具。选择flowdirfill作为输入的水流方向数据；输出数据命名为flowacc1。
图12 汇流累积量的计算
图13 汇流累积量的计算结果
(5) 汇流累积量零值的提取：加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，然后单击raster calculator菜单，打开栅格计算对话框，在文本框中填写汇流累积量零值的提取公式：facc0 = (flowacc = 0)，然后点击evaluate进行计算。计算结果为所有的汇流累积量为0的栅格。
图14 汇流累积量零值的提取
图15 汇流累积量零值的提取结果
(6) 在ArcMap中打开facc0，发现所提取出的栅格很乱，有很多的地方并不是山脊线的位置，因此应对这个数据进行处理。处理过程可以利用邻域分析的方法，对提取出的汇流累积量等于零值的数据进行3×3邻域分析进行光滑处理，处理后的数据如图16所示。
图16 对提取出的数据进行3×3邻域分析进行光滑处理
(7) 单击spatial analyst模块中的surfer analyst中的countline和hillshade菜单命令，分别生成原始DEM的等值线图ctour（图17）和晕渲图hillshade（图18）。
图17 生成原始DEM的等值线图ctour
图18 生成原始DEM的晕渲图hillshade
(8) 打开neiborfacc0数据属性信息，进行重新分类，将分类级别设置为两类，不断调整分界数据大小，并以由DEM生成的等值线图和晕渲图为辅助判断数据。在neiborfacc0中，属性值越接近于1的栅格越有可能是山脊线，这里确定的分界阈值为0.5541，如图19、20。
(9) 将进行过二值化的neiborfacc0进行重分类为reneibor，将属性值接近1的那一类的属性值赋值为1，其余的赋值为0。
图19 neiborfacc0数据进行重新分类
图20 重分类的结果
(10)将重分类过后的neiborfacc0数据与正地形数据zhengdixing利用spatial analyst 菜单下的raster calculator进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的错误的山脊线，结果如图22所示。
图21 Raster Calculator中进行相乘运算
图22 相乘运算的结果
(11)然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为NO DATA。就得到了山脊线，如图23所示。
图23 将计算结果重分类，得到山脊线
3、山谷线的提取
(1) 在ArcMap中加载原始DEM数据。
(2) 加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，点击options raster calculator菜单工具，打开栅格计算对话框；在文本框中填写反地形的计算公式：fandem =Abs (dem-2000)，点击evaluate进行计算。计算结果与原始DEM地形完全相反的反地形数据，如图24所示。
图24 反地形数据
(3) 反地形计算完毕之后，山谷线的提取就和山脊线的提取步骤一样的，直到最终利用重分类的方法将重新分级的邻域分析后的结果二值化为止。在这里，是不需要对反地形DEM 进行洼地填充的。计算过程中的数据名称分别为：水流方向数据为flowdirfan(图25)，汇流累积数据为flowacc2(图26)，零值汇流累积量提取数据为flowacc0fan(图27)，对flowacc0fan进行均值3×3邻域分析后的结果数据为nbfacc0fan(图28)，并将其分级改为两级，分级阈值为0.65677，结果如图29所示，初次得到山谷线如图30。
图25 水流方向数据
图26 汇流累积数据
图27 零值汇流累积量提取数据
图28 行均值3×3邻域分析后的结果数据
图29 重分类将结果分为两级
图30 初次得到的山谷线
(4) 将重分类过后的数据与负地形数据fudixing利用spatial analyst菜单下的raster calculator进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的错误的山脊线，如图31。然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为NO DATA，如图32。就得到了新的山谷线，比初次的山谷线更为细化，如图33、34所示。
图31 存在在负地形区域中错误的山脊线（绿色部分）
图32 重分类将错误的山脊线消除
图33 初次得到的山谷线(左)与消除错误后的山谷线(右)对比
图34 计算出的研究区域的山谷线
（图中深色区域，背景为该区域的晕渲图）
七、遇到问题及解决方法
1、遇到问题：
在ArcMap中打开facc0，发现所提取出的栅格很乱，有很多的地方并不是山脊线的位置，因此应对这个数据进行处理。如何处理？
解决方法：
将重分类过后的数据与负地形数据fudixing利用spatial analyst菜单下的raster calculator进行相乘运算，这样就消除了那些存在在负地形区域中的错误的山脊线。然后将计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为NO DATA，如图32。就得到了新的山谷线，比初次的山谷线更为细化。
2、遇到问题：
打开neiborfacc0数据的属性信息，进行重新分类，将分类级别设置为两类，不断的调整分界数据大小，并以由DEM生成的等值线图和晕渲图为辅助判断数据。怎么做？
解决方法：
在neiborfacc0中，属性值越接近于1的栅格越有可能是山脊线的位置，打开Classification对话框，不断的调整分界数据大小（如左图中的红圈部分），直到生成的数据清晰度达到最高，这里最终确定的分界阈值为0.5541。
(完整word版)Arcgis操作第九章水文分析
第九章 水文分析 水文分析是DEM 数据应用的一个重要方面。利用DEM 生成的集水流域和水流网络，成为大多数地表水文分析模型的主要输入数据。表面水文分析模型研究与地表水流有关的各种自然现象例如洪水水位及泛滥情况，划定受污染源影响的地区，预测当某一地区的地貌改变时对整个地区将造成的影响等。 基于DEM 地表水文分析的主要内容是利用水文分析工具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流累积量、水流长度、河流网络（包括河流网络的分级等）以及对研究区的流域进行分割等。通过对这些基本水文因子的提取和分析，可再现水 流的流动过程，最终完成水文分析过程。 本章主要介绍ArcGIS 水文分析模块的应用。ArcGIS 提供 的水文分析模块主要用来建立地表水的运动模型，辅助分析地 表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。同 时，通过水文分析工具的应用，有助于了解排水系统和地表水 流过程的一些基本概念和关键过程。 ArcGIS 将水文分析中的地表水流过程集合到ArcToolbox 里，如图11.1所示。主要包括水流的地表模拟过程中的水流 方向确定、洼地填平、水流累计矩阵的生成、沟谷网络的生成 以及流域的分割等。 本章1至5节主要是依据水文分析中的水文因子的提取过 程对ArcGIS 中的水文分析工具逐一介绍。文中所用的DEM 数据在光盘中chp11文件夹下的tutor 文件夹里面，每个计算 过程以及每一节所产生的数据存放在tutor 文件夹的result 文件 夹里面，文件名与书中所命名相同，读者可以利用该数据进行 参照练习。本章最后一节还提供了三个水文分析应用的实例。 9.1 无洼地DEM 生成 DEM 一般被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形（如喀斯特地貌）的存在，使得DEM 表面存在着一些凹陷的区域。这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，使得在进行水流流向计算时在该区域得到不合理的或错误的水流方向。因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM 数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM 。 洼地填充的基本过程是先利用水流方向数据计算出DEM 数据中的洼地区域，然后计算出这些的洼地区域的洼地深度，最后以这些洼地深度为参考而设定填充阈值进行洼地填充。 9.1.1 水流方向提取 水流方向是指水流离开每一个栅格单元时的指向。在ArcGIS 中通过 将中心栅格的8个邻域栅格编码，水流方向便可由其中的某一值来确定， 图11.2 水流流向编码 图11.1 ArcToolBox 中的 水文分析模块
山脊线山谷线提取实验报告
山脊线山谷线提取实验报告 实验内容描述： 山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线（骨架线），因此它对于地形地貌研究具有重要意义；另一方面，对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别代表示分水性与汇水性，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。 本次实验通过某区域栅格DEM掌握山脊线和山谷线这两个基本地形特征信息的理论及其基于DEM的提取方法与原理；同时，熟练掌握利用ArcGIS软件对这两个地形特征信息的提取方法。 实验原理： 1.本实验基于规则格网DEM数据使用平面曲率与坡形组合法提取山脊线和山谷线，首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，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。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。因此，提取过程中可以SOA代替平面曲率。 2.主要用到以下理论知识： 1）坡向变率：是指在提取坡向基础上，提取坡向的变化率，亦即坡向之坡度（Slope of Aspect，SOA）。它可以很好地反应等高线弯曲程度； 2）反地形DEM数据：求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H，通过公式（H-DEM），得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据； 3）地面坡向变率SOA：地面坡向变率在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原理，提取地表局部微小范围内坡向的最大变化情况。但是SOA在提取过程中在北面坡将会有误差产生，所以要将北坡坡向的坡向变率误差进行纠正，其公式为： SOA=(( [SOA1]+[ SOA2] )-Abs( [SOA1]-[ SOA2] ))/2 其中：SOA1为原始DEM数据层坡向变率，SOA2为反地形DEM数据层坡向变率。 4）焦点统计 5）ArcScan自动矢量化 流程图
七年级地理上册期中测试试卷 山顶鞍部山谷山脊陡崖山谷山脊山顶鞍部陡崖
七年级地理上册期中测试试卷 考试时间：60分钟满分：100分 一.单项选择题(每题2分,共50分) 1.地球的平均半径为（） A、6336千米 B、6357千米 C、6371千米 D、6378千米 2.纬线的特点是（） A、纬线都是半圆 B、纬线指示南北方向 C、所有纬线长度相等 D、赤道是最长的纬线 3.划分东西半球的界线是（） A、任意两条相对的经线所组成的经线圈 B、0°经线和180°经线所组成的经线圈 C、西经20 °和东经160°两条经线所组成的经线圈 D、东经20 °和西经160°两条经线所组成的经线圈 4.在地球仪上，66.5°N纬线被人们称为（） A、北回归线 B、南回归线 C、北极圈 D、南极圈 5.某建筑队要修建一座房屋，房屋的四面窗户都朝北方，你认为房屋应建立在哪个地方（） A、赤道上 B、北极点 C、南极点 D、青藏高原 6.下列四个地点中，符合“东半球、北半球，一年中有两次太阳直射”三个条件的是（） A、170 °E、20 °N B、10 °E、25 °N C、30 °W、20 °S D、10 °W、23 °N 7.地球自转产生的地理现象主要是（） A、地球上昼夜的形成 B、地球上昼夜的更替 C、地球上四季的变化 D、同一地方正午太阳高度随季节变化 8.下列关于地球公转的说法，正确的是（） A、方向是自东向西 B、周期是365天 C、产生了昼夜现象 D、产生了四季变化 9.同学们放寒假的时候，南半球的澳大利亚正处于（） A、春季 B、夏季 C、秋季 D、冬季 10.北京一年中白昼最短、正午太阳高度最低的时间是（） A、夏至 B、冬至 C、春分 D、秋分 11.太阳光在地球表面直射的最南界线是（） A、北回归线 B、赤道 C、南回归线 D、南极圈 12.我国南极考察队从上海（31°N）出发到南极大陆，沿途经过几个温度带（） A、五个 B、四个 C、三个 D、两个 13.在一副1：3000000的地图上，8厘米代表的实际距离是（） A、240千米 B、2400千米 C、24千米 D、1200千米 14.下列对高度的叙述，表示相对高度的是（） A、珠穆朗玛峰高8848米 B、吐鲁番盆地的艾丁湖高-155米 C、珠穆朗玛峰比吐鲁番盆地高8999米 D、青藏高原平均海拔4000米 15. 在分层设色地形图上，蓝色一般表示（） A、山地和丘陵 B、山地和高原 C、平原和盆地 D、湖泊和海洋
ArcGIS之水文分析
ArcGIS教程之DEM水文分析详细图文教程，本教程和之前的两个教程有关联的，数据上是使用上一个教程的结果，步骤相互联系！最后会提供给大家数据和教程的链接！水文分析需要： 1.理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。 2.利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。 下面开始教程： 工具/原料 ?软件准备：ArcGIS Desktop 10.0---ArcMap(spatial Analyst模块) ?数据准备：DEM（使用由本人前面的教程【ArcGIS地形分析--TIN及DEM 的生成，TIN的显示】中使用的原始数据。 方法/步骤 1.数据基础：无洼地的DEM 在ArcMap中加载 DEM数据，右击DEM图层，点击缩放至图层，显示全部。 2.在【ArcToolbox】中，（要打开扩展模块）执行命令[SpatialAnalyst工 具]——>[水文分析]——> [填洼]，按下图所示指定各参数，其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充；系统默认情况是不设阈值，也就是所有的洼地区域都将被填平。之后点击确定即可。 3.确定后执行结果得到无洼地的DEM数据[Fill_dem1]
4.关键步骤：流向分析 在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnaly st工具]——>[水文分析]——>[流向]，按下图所示指定各参数： 5.确定后执行完成后得到流向栅格[Flowdir_fill1]，理解代表什么含义！ 6.计算流水累积量 在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnaly st工具]——>[水文分析]——>[流量]，按下图所示指定各参数： 1.7 确定后执行完成得到流水累积量栅格[flowacc_flow1] 如图： 7.提取河流网络 首先，提取河流网络栅格。 在上一步的基础上进行，打开【Arctoolbox】，运行工具[Spatial Anal yst 工具]——>[地图代数]——>[栅格计算器]，在[地图代数表达式]中输入公式：Con(Flow Accumulation1>800,1)，（这里的Flow Accumulat ion1要以上一步得到的文件名为准,注意是Con,不是con,大写第一个字母，不然出错）如图： [输出栅格]指定为:StreamNet保存路径和文件名任意）
山脊线、山谷线和鞍部点的提取知识讲解
山脊线、山谷线和鞍部点的提取
山脊线、山谷线和鞍部点的提取 一．实习背景 山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。 相邻两山头之间呈马鞍形的低凹部分称为鞍部，鞍部是两个山脊和两个山谷会合的地方。鞍部点是重要的地形控制点，它和山顶点、山谷点以及山脊线、山谷线等构成的地形特征点线，具有对地形具有很强的控制作用。因此，对这些地形特征点、线的分析研究在数字地形分析中具有很重要的意义。同时，由于鞍部点的特殊地貌形态，使得鞍部点的提取方法较山顶点和山谷的提取更难，目前没有什么有效的方法来提取鞍部点，利用水文分析的方法可以来提取一些鞍部点，但是它还是具有一定局限性。 二．实习目的 （1）熟练掌握基于DEM利用ArcGIS进行提取相关地形特征的方法与原理； （2）深入认识山脊线、山谷线和鞍部点3个基本地形特征；三．实习内容 １.提取ｄｅｍ数据的ＳＯＡ ２基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线 3.基于DEM水文分析方法提取山脊线山谷线
4.鞍部点的提取 四．实习数据 DEM 五．实习工具 Surface Analyst，model工具 六．实习步骤 1.提取DEM的SOA数据 A．求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H；通过Spatial Analysis 下的栅格计算器 Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的 DEM数据层，即反地形DEM数据； B．基于反地形 DEM数据求算坡向值； C．利用 SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为 SOA2，由原始DEM数据求算出的坡向变率值为 SOA1； D.在 Spatial Analysis下使用栅格计算器 Calculator，公式为 SOA ＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的 DEM 的坡向变率， 2.利用基于地形表面的几何形态分析方法提取山脊线山谷线 （1）山脊线的提取
山谷线、山脊线提取
自动提取山脊线和山谷线 arcmap 自动提取山脊线和山谷线的方法1 平面曲率与坡形组合法 基于规则格网DEM是最主要的自动提取山脊线和山谷线的方法，从算法设计原理上来分，大致可以分为以下五种： 1) 基于图像处理技术的原理； 2) 基于地形表面几何形态分析的原理； 3) 基于地形表面流水物理模拟分析原理； 4) 基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的原理； 5) 平面曲率与坡形组合法。 平面曲率与坡形组合法提取的山脊、山谷的宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方法简便，效果好。该方法基本处理过程为：首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，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。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。因此，下面的提取过程以SOA代替平面曲率。 具体提取过程为： 1）激活DEM 数据，在Spatial Analysis 下使用surface 菜单下的Derive Aspect 命令，提取DEM 坡向层面，记为A； 2）激活A 层面，在Spatial Analysis 下使用surface 菜单下的Derive Slope 命令，提取A 层面的坡度信息，记为SOA1； 3）求取原始DEM 数据层的最大高程值，记为H；通过Spatial Analysis 下的栅格计算器Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的DEM 数据层，即反地形DEM 数据； 4）基于反地形DEM 数据求算坡向值； 5）利用SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为SOA2； 6）在Spatial Analysis 下使用栅格计算器Calculator，公式为SOA ＝（（[SOA1]+[SOA2]）-Abs （[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的DEM 的坡向变率SOA； 7）激活原始DEM 数据，在Spatial Analysis 下使用栅格邻域计算工具Neighborhood Statistics；设置Statistic type 为平均值，邻域的类型为矩形（也可以为圆），邻域的大小为275×275 MAP，则可得到一个邻域为275×275 MAP的矩形的平均值层面，记为B； 8）在Spatial Analysis 下使用栅格计算器Calculator，公式为C ＝[DEM]-[B]，即可求出正负地形分布区域， 9）在Spatial Analysis下使用栅格计算器Calculator，公式为D ＝[C] >0 & SOA > 70，即可求出山脊线； 10）同理，在栅格计算器Calculator 中，修改公式为D ＝[C] < 0 & SOA > 70，即可求出山谷线
山脊线山谷线提取实验报告
山脊线山谷线提取实验报告 实验容描述： 山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线（骨架线），因此它对于地形地貌研究具有重要意义；另一方面，对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别代表示分水性与汇水性，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。 本次实验通过某区域栅格DEM掌握山脊线和山谷线这两个基本地形特征信息的理论及其基于DEM的提取方法与原理；同时，熟练掌握利用ArcGIS软件对这两个地形特征信息的提取方法。 实验原理： 1.本实验基于规则格网DEM数据使用平面曲率与坡形组合法提取山脊线和山谷线，首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，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。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。因此，提取过程中可以SOA代替平面曲率。 2.主要用到以下理论知识： 1）坡向变率：是指在提取坡向基础上，提取坡向的变化率，亦即坡向之坡度（Slope of Aspect，SOA）。它可以很好地反应等高线弯曲程度； 2）反地形DEM数据：求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H，通过公式（H-DEM），得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据； 3）地面坡向变率SOA：地面坡向变率在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原理，提取地表局部微小围坡向的最大变化情况。但是SOA在提取过程中在北面坡将会有误差产生，所以要将北坡坡向的坡向变率误差进行纠正，其公式为： SOA=(( [SOA1]+[ SOA2] )-Abs( [SOA1]-[ SOA2] ))/2 其中：SOA1为原始DEM数据层坡向变率，SOA2为反地形DEM数据层坡向变率。 4）焦点统计 5）ArcScan自动矢量化 流程图
ArcGIS实验-Ex18-利用水文分析方法提取山脊、山谷线
第十一章水文分析 练习1：利用水文分析方法提取山脊、山谷线 一、背景 山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。 二、目的 理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。 三、要求 1、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线； 2、利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。 四、数据 一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140 km2。数据存于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result中。 五、算法思想 对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别表示分水性与汇水性，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。 基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。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；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。 六、操作步骤 1、正负地形的提取 (1) 启动ArcToolbox，展开Analysis Tools工具箱，打开hydrology工具集。在图层管理器中加载研究区域的原始DEM数据。 (2) 加载Spatial Analyst模块，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，点击neighborhood statistics菜单工具，利用邻域分析的方法以11×11的窗口计算平均值，如图1。分析结果命名为meandem，如图2所示。
ARCGIS水文分析
ARCGIS水文分析 水文分析是DEM数据应用的一个币要方式。利用DEM生成的集水流域和水流网络，成为大多数地表水文分析模型的卞要输入数据。表ICI水文分析模型应用十研究与地表水流有关的各种自然现象如洪水水位及泛滥情况，或者一划定受污染源影响的地区，以及预测当某一地区的地貌改变时一对整个地区将造成的影响等，应用在城市和区域规划、农业及森林、交通道路等许多领域，对地球表ICI形状的理解也具有}一分要的b,义。这些领域需要知道水流怎样流经某一地区，以及这个地区地貌的改变会以什么样的方式影响水流的流动。 基十DEM的地表水文分析的卞要内容是利用水文分析土具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流祟积量、水流长度、河流网络(包括河流网络的分级等)以及对研究区的流域进行分割等。通过对这些基木水文因子的提取和基木水文分析，可以在DEM表ICI之 上再现水流的流动过程，最终完成水文分析过程。 主要介绍ArcGIS水文分析模块的应用。ArcGIS提供的水文分析模块卞要用来建立地表水的运动模型，辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处，再现水流的流动过程。同时，通过水文分析土具的应用，也可以有助了解排水系统和地表水流过程的一些基木的概念和关键的过程，以及怎样通过ArcGIS水文分析土具从DEM数据上获取更多的水文信息。 ArcGIS9将水文分析中的地表水流过程集合到ArcToolbox里，卞要包括水流的地表模拟过程中的水流方向确定、汁地填平、水流祟不}一矩阵的生成、沟谷网络 的生成以及流域的分割等。 1.无洼地DEM生成
DEM被认为是比较光滑的地形表n的模拟，但是由十内插的原因以及一些真实地形(如喀斯特地貌)的存在，使得DEM表ICI存在着一些}u}陷的区域。那么这些区域在进行地表水流模拟时一，由十低高程栅格的存在，从而使得在进行水流流向不}一算时一在该区域的得到不合理的或错误的水流方向，因此，在进行水流方向的不}一算之前，应该首先对原始DEM数据进行汁地填充，得到无洼地的DEMO 水流方向是指水流离开何一个栅格单儿时一的指向。在ArcGIS个邻域栅格编码，水流方向便可以其中的某一值来确定，栅格方向编码例如:如果中心栅格的水流流向I，边，则其水流方向被赋中通过将中心栅格的8值为160输出的方向值以2的幂值指定是因为存在栅格水流 方向不能确定的情况，此时一须将数个方向值相加，这样在后续处理中从相加结果便可以确定相加时一中心栅格的邻域栅格状己。 1.2水流流向编码 水流的流向是通过不}一算中心栅格与邻域栅格的最大距离权落差来确定。距离权落差是指中心栅格与邻域栅格的高程差除以两栅格间的距离，栅格间的距离与方向有关，如果邻域栅格对中心栅格的方向值为2, 8, 32, 128，则栅格间的距离为2的开平方根，否则距离为1。 1.1.2洼地计算 注地区域是水流方向不合理的地方，可以通过水流方向来判断那些地方是注地，然后再对注地进行填充。有一点必须清楚的是，并不是所有的注地区域都是由十数 据的误差造成的，有很多洼地区域也是地表形态的真实反映，因此，在进行洼地填充之前，必须计算 注地深度，判断哪些地区是由十数据误差造成的注地而哪些地区又是真实的地表形态，然后在进行注地填充的过程中，设置合理的
ArcGIS之水文分析
ArcGIS之水文分析
ArcGIS教程之DEM水文分析详细图文教程，本教程和之前的两个教程有关联的，数据上是使用上一个教程的结果，步骤相互联系！最后会提供给大家数据和教程的链接！水文分析需要： 1.理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。 2.利用ArcGIS的提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。 下面开始教程： 工具/原料 ?软件准备：ArcGIS Desktop 10.0---ArcMap(spatial Analyst模块) ?数据准备：DEM（使用由本人前面的教程【ArcGIS地形分析--TIN及DEM 的生成，TIN的显示】中使用的原始数据。 方法/步骤 1.数据基础：无洼地的DEM 在ArcMap中加载 DEM数据，右击DEM图层，点击缩放至图层，显示全部。
2.在【ArcToolbox】中，（要打开扩展模块）执行命令[SpatialAnalyst工 具]——>[水文分析]——> [填洼]，按下图所示指定各参数，其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充；系统默认情况是不设阈值，也就是所有的洼地区域都将被填平。之后点击确定即可。 3.确定后执行结果得到无洼地的DEM数据[Fill_dem1]
4.关键步骤：流向分析 在上一步的基础上进行，在【ArcToolbox】中，执行命令[SpatialAnaly st工具]——>[水文分析]——>[流向]，按下图所示指定各参数： 5.确定后执行完成后得到流向栅格[Flowdir_fill1]，理解代表什么含义！
如何使用ArcGIS进行水文分析(完整版)
如何使用ArcGIS 进行水文分析 对于做水利的朋友来说有时候需要进行水文的分析，今天给大家分享一下如何通过ArcGIS 进行水文分析，材料可以通过水经注万能地图下载器进行下载。工具/ 原料 水经注万能地图下载器ArcGIS 方法/ 步骤 1. 打开水经注万能地图下载器，框选上需要进行水文分析的地方并下载（图1） 图1 2.下载完成后会自动导出成tif 格式的高程DEM数据，将其加载到ArcGIS 内（图2）。【说明】：此处下载生成的tif 格式的图片即为大家常说的DEM数据，直接加载到ArcGIS 内即可使用。
图2 3. 点击“自定义”→“扩展模块”（图3），在弹出的对话框中将“空间分析” Spatial Analyst ）工具勾选上（图4）。 图3
图4 4. 在ArcToolbox 中点击“ Spatial Analyst 工具”→“水文分析”→“填洼” （图5），在弹出的“填洼”对话框中按图 6 进行设置。其中Z限制——填充阈值，当设置一个值后，在洼地填充过程中，那些洼地深度大于阈值的地方将作为真实地形保留，不予填充；系统默认情况是不设阈值，也就是所有的洼地区域都将被填平。【特别说明】：为了保证最终分析成功，在最终的结果之前，所有输出的数据都默认保存名称和路径，这就需要我们记清楚哪个名称是对应的哪个成果，后面会有用。
图5 图6 5. 填洼完成后得到名称为 “ Fill_tif3 的填洼成 果， 在ArcToolbox 工具中点击Spatial Analyst 工具”→“水文分析”→“流向”图7 ），在弹出的“流 向” 对话框中进行如图8 所示的设置，将上一步得到 的 Fill_tif3 ”填洼数据作为
ArcGIS空间分析报告——找出某药材地生长区域
课程：ArcGIS空间分析 实验目的：利用GIS空间分析方法，结合等高线及温度和降水数据，在充分分析某药材的生长习性的情况下，找到其生长区域，从而能够更好的保护该药材的生长环境。 数据来源：本实验所采用的数据均来自ArcGIS地理信息系统空间分析实习教程，数据有：山区等高线数据contour.shp 和山区观测点采集的年平均温度和年总降水数据climate.txt. 实验要求：根据所给条件，确定某区域适合种植这种药材的范围，求出适合种植的面积。 (1)这种药材一般生长在沟谷两侧较近的区域（不超过 500m） (2)这种药材喜阳 (3)生长气候环境为年平均温度10度-12度 (4)年总降水量为550-680mm 实验流程：利用该山区等高线数据生成DEM，基于DEM进行水文分析，提取沟谷网络；基于DEM提取坡向数据，重分类划分阴阳坡。 利用观测点采集的年平均温度和年总降水数据分别进行表面内插，生成年平均温度栅格数据和年总降水栅格数据。提取年平均温度10度-12度的区域和年总降水为
550mm-680mm的区域。 综合叠加分析满足上述4个条件的区域，得到适合该药材生长的区域，并制作专题图，计算该适合区域的面积。实验步骤： 1.利用等高线，构建DEM。首先打开ArcMap，加载等高线数据，在ArcToolbox中，选择【3D Analyst】|【Tin 管理】|【创建Tin】工具，打开工具对话框，生成tin。空间参考依然导入contour相同的坐标系统。 2.将Tin转换成格网DEM，以便于进行表面分析和与其他数据的叠加分析。选择【3D Analyst工具】|【转换】|【由Tin转出】|【Tin转栅格】工具，打开工具对话框。
arcgis之地形5山脊山谷线提取
致可以分为以下五种： 1) 基于图像处理技术的原理； 2) 基于地形表面几何形态分析的原理； 3) 基于地形表面流水物理模拟分析原理； 4) 基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的原理； 5) 平面曲率与坡形组合法。 平面曲率与坡形组合法提取的山脊、山谷的宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方 法简便，效果好。该方法基本处理过程为：首先利用 DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，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。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。因此，下面的提取过程以 SOA代替平面曲率。 具体提取过程为： 1）激活 DEM 数据，在 Spatial Analysis 下使用surface 菜单下的Derive Aspect 命令，提取 DEM 坡向层面，记为 A； 2）激活 A 层面，在 Spatial Analysis 下使用 surface 菜单下的 Derive Slope 命令，提取A 层面的坡度信息，记为 SOA1； 3）求取原始 DEM 数据层的最大高程值，记为 H；通过 Spatial Analysis 下的栅格计 算器Calculator，公式为（H－DEM），得到与原来地形相反的 DEM 数据层，即反地 形 DEM 数据；
4）基于反地形 DEM 数据求算坡向值； 5）利用 SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为 SOA2； 6）在Spatial Analysis 下使用栅格计算器 Calculator，公式为SOA ＝ （（[SOA1]+[SOA2]）-Abs（[SOA1]-[SOA2]））/ 2，即可求出没有误差的 DEM 的坡向变率SOA； 7）激活原始 DEM 数据，在 Spatial Analysis 下使用栅格邻域计算工具 Neighborhood Statistics；设置 Statistic type 为平均值，邻域的类型为矩形（也可以为圆），邻域的大小为 275×275 MAP，则可得到一个邻域为 275×275 MAP的矩形的平均值层面，记为 B； 8）在 Spatial Analysis 下使用栅格计算器 Calculator，公式为 C ＝[DEM]-[B]，即可求出正负地形分布区域， 9）在 Spatial Analysis下使用栅格计算器 Calculator，公式为 D ＝[C] >0 & SOA > 70，即可求出山脊线； 10）同理，在栅格计算器 Calculator 中，修改公式为 D ＝[C] < 0 & SOA > 70，即可 求出山谷线。
ArcGIS水文分析
实验四、水文分析-DEM应用 专业年级：地信071姓名：王媛媛学号：06407024 一、实验目的与要求 1.实验目的 水文分析：根据DEM提取河流网络，进行河网分级，计算流水累积量、流向、水流长度、根据指定的流域面积大小自动划分流域。 通过本实验应达到以下目的： 1理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。 ②掌握利用ArcGIS提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。 2.实验要求 ①了解水文分析工具 2DEM的预处理：填洼与削峰 3流向分析 4计算流水累积量 5计算水流长度（流程） 6提取河流网络 7流域分析 二、实验原理 水文分析基本步骤
①无洼地的DEM DEM被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插的原因以及一些真实地形（如采石场或喀斯特地貌）的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域。这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，从而使得在进行水流流向计算时得到不合理的或错误的水流方向，因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。 ②关键步骤：流向分析―――流向分析原理 水流方向是指水流离开每一个栅格单元时的指向。在ArcGIS中通过将中心栅格的8个邻域栅格编码（D8算法），来确定水流方向。 方向约定如左图：共有八个方向，分别是2的n次方。 水流的流向是通过计算中心栅格与邻域栅格的最大距离权落差来确定的。距离权落差是指中心栅格与邻域栅格的高程差除以两栅格间的距离，栅格间的距离与方向有关，如果邻域栅格对中心栅格的方向值为2、8、32、128，则栅格间的距离为SQRT(2)≈1.414，否则距离为1。如果高程差为正值，则为流出；负值则为流入。 ③汇流累积量 在地表径流模拟过程中，汇流累积量是基于水流方向数据计算而来的。对每一个栅格来说，其汇流累积量的大小代表着其上游有多少个栅格的水流方向最终汇流经过该栅格，汇流累积的数值越大，该区域越易形成地表径流。图有些地方的计算不是太理解 ④水流长度（流程） 水流长度通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点（终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。目前水流长度的提取方式主要有两种，一种是顺流计算（Downstream），一种是朔流计算（Upstream）。顺流计算是计算地面上每一点沿水流方向到该点所在流域出水口最大地面距离的水平投影；朔流计算者是计算地面上每一点沿水流方向到其流向起点间的最大地面距离的水平
利用水文分析方法提取山脊、山谷线 技术文档
利用水文分析方法提取山脊、山谷线 1.背景 作为地形特征线的山脊线、山谷线对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。同时由于山脊线具有分水性，山谷线具有合水性特征使得它们在工程应用方面具有特殊的意义。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线的提取和分析是具有很大应用价值的。 2.目的 了解基于DEM的水文分析方法提取出山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取原理及方法；能够利用水文分析的方法与其它空间分析方法相结合以解决实际应用问题。 3.要求 （1）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线； （2）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。 4.数据 一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，区域面积大约有140 km2。 5.算法思想 山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。因此，可以利用水文分析的方法进行提取。 对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，而分水线的性质即为水流的起源点。所以，通过地表径流模拟计算之后，这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。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，即山脊线；对于山谷线而言，可以利用反地形的特点，即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，再利用山脊线的提取方法就可以实现山谷线的提取。但是这种方法会出现提取出的山脊和山谷位置有些偏差，可以利用正、负地形来加以纠正。 基于DEM利用水文分析的方法提取山脊线和山谷的技术流程如图1所示。 图1 山脊线和山谷线的提取流程图
ARCgiss水文提取2
利用ArcGIS水文分析工具提取河网的操作 DEM包含有多种信息，ArcToolBox提供了利用DEM提取河网的方法，但是操作比较烦琐（帮助可参看Hydrologic analysis sample applications），今天结合我自己的使用将心得写出来与大家分享。提取河网首先要有栅格DEM，可以利用等高线数据转换获得。在此基础上，要经过洼地填平、水流方向计算、水流积聚计算和河网矢量转化这几个不步骤。 1．洼地填平 DEM洼地（水流积聚地）有真是洼地和数据精度不够高所造成的洼地。洼地填平的主要作用是避免DEM的精度不够高所产生的（假的）水流积聚地。洼地填平使用ArctoolBox- >Spatial Analysis Tools->Hydrology->Fill工具。 2．水流方向计算 水流方向计算就可以使用上一步所生成的DEM为源数据了（如果使用未经洼地填平处理的数据，可能会造成精度下降）。这里主要使用ArctoolBox->Spatial Analysis Tools->Flow Direction 工具。输入的DEM采用第一步的Fill1_exam1 3．水流积聚计算 这里主要使用ArctoolBox->Spatial Analysis Tools->Flow Accumulation工具流向。栅格数据就是第二步所获得的数据（FlowDir_fill1）。可以看到，生成的水流积聚栅格已经可以看到所产生的河网了。现在所需要做的就是把这些河网栅格提取出来。可以把产生的河网的支流的象素值作为阀值来提取河网栅格。 4．提取河网栅格 使用spatial analyst中的栅格计算器，将所有大于河网栅格阀值的象素全部提取出来。至于这个阀值是多少因具体情况而定。通常是要大于积聚计算后得到栅格的最低河流象素值。这里采用的是500这个值。最后生成只有0、1值的栅格数据。其中1表示是河网，0是非河网。 5．生成河网矢量 这里主要使用ArctoolBox->Spatial Analysis Tools->Stream to Feature工具.Input Stream raster 为第四步只有0、1值的河网栅格。流向栅格使用第二步所生成的栅格数据。 6．矢量河网处理 由于Stream to Feature工具.将所有栅格象素均转为矢量线段。所以要进行处理，方法是利用属性查询的方法把所有GRID_CODE为1的全部选择出来。导出就得到了由dem所生成的河网矢量。 7．处理结果 最后,得到的河网如下图所示。但是由于是栅格转换而来。生成的河网并不是连续的矢量。可以根据需要做简单的处理。
基于ArcGIS的水文分析原理
1基本原理 DEM是数字高程模型的英文简称(Digital Elevation Mode)，是流域地形、地物识别的重要原始资料。自20世纪60年代以来,在利用数字高程模型DEM提取流域水文特征,模拟地表水文过程方面,国内外都开展了大量的研究。 1.1基于DEM进行流域分析的原理 从DEM提取流域特征，一个良好的流域结构模式是确定算法的前提和关键。1967年ShreveL¨描述的流域结构模式一直被后来的水文学者所引用．并设计了一些成熟的算法。 Shreve使用一个具有一个根的树状图来描述流域结构(如图1所示)。在这个结构中，主要包括两个部分，一部分是结点集，一部分是界线集。沟谷结合点和沟谷源点共同组成一个沟谷结点集。所有的沟谷段组成沟谷段集，形成一个沟谷网络；所有的分水线段组成分水线段集，形成一个分水线网络；沟谷段集和分水线段集共同组成界线集。 图1 流域结构模式图 (a) (b) (c) (f) (d) (e) (g) (h) 沟谷网络中的每一段沟谷都有一个汇流区域，这些区域由流域分水线集来控制。外部沟谷段有一个外部汇流区．而内部沟谷段有两个内部汇水区，分布在内部沟谷段的两侧。整个流域被分割成一个个子流域．每个子流域好象是树状图上的一片“叶子”。 Shreve的树状图流域结构模型是简单明确的．虽然沟谷网络的结点模型和线模型与在栅格DEM中用于表示沟谷结点和沟谷线的栅格点和栅格链之间存在着拓扑不一致性。但它给出了沟谷网络、分水线网络和子汇流区的定义，明确表达了它们之间的相关关系，成为设计流域特征提取技术的基础。
1.2常用算法 流向判定建立在3×3 的DEM 栅格网的基础上，其方法有单流向法和多流向法之分，但单流向法因其确定简单、应用方便而应用广泛。 1.2.1单流向法 单流向法假定一个栅格中的水流只从一个方向流出栅格，然后根据栅格高程判断水流方向。目前应用的单流向法是D8法。此外，还有Rho8 方法、DEMON 法、Lea 法和D∞法等。最常用的是D8 法：假设单个栅格中的水流只能流入与之相邻的8 个栅格中。它用最陡坡度法来确定水流的方向，即在3×3 的DEM 栅格上，计算中心栅格与各相邻栅格间的距离权落差（即栅格中心点落差除以栅格中心点之间的距离），取距离权落差最大的栅格为中心栅格的流出栅格。 所谓最陡坡度法的原理是假设地表不透水，降雨均匀．那么流域单元上的水流总是流向最低的地方“窗口滑动指以计算单元为中心，组合其相邻的若干个单元形成一个窗口”，以“窗口”为计算基本元素，推及整个DEM，求取最终结果。 目前应用最广泛的是基于流向分析和汇流分析的流域特征提取技术。Jenson and Domingue (1988)设计了应用该技术的典型算法，该算法包括3个过程：流向分析，汇流分析和流域特征提取。 1)流向分析：以数值表示每个单元的流向。数字变化范围是1～255。其中1：东；2：东南；4南；8：西南；16：西；32：西北；64：北；128：东北。除上述数值之外的其它值代表流向不确定，这是由DEM中洼地”和“平地”现象所造成的。所谓“洼地”即某个单元的高程值小于任何其所有相邻单元的高程。这种现象是由于当河谷的宽度小于单元的宽度时，由于单元的高程值是其所覆盖地区的平均高程，较低的河谷高度拉低了该单元的高程。这种现象往往出现在流域的上游。“平地指相邻的8个单元具有相同的高程，与测量精度、DEM单元尺寸或该地区地形有关。这两种现象在DEM 中相当普遍，Jenson and Domingue 在流向分析之前，将DEM进行填充；将“洼地”变成“平地”，再通过一套复杂的迭代算法确定“平地”流向。流向分析过程如图所示。
山脊线、山谷线、鞍部点的提取
实例与练习 练习1. 利用水文分析方法提取山脊、山谷线 1．背景：山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。2．目的：理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理； 掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。 3．要求： （1）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线； （2）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山谷线。 4．数据：一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140 km2。数据存放于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result 中。 5．算法思想： 对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别表示分水性与汇水性，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。 基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。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；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。 基于DEM利用水文分析的方法提取山脊线和山谷的技术流程如图1所示。
基于平面曲率与坡形组合法提取山脊线和山谷线
基于平面曲率与坡形组合法提取山脊线和山谷线 1.提取思路： 本篇采用平面曲率与坡形组合法来提取山脊线和山谷线。因为使用该方法提取的山脊、山谷的宽度可以由选取的平面曲率的大小来调节，比较简单，同时效果也不错。 该方法的处理过程如下： 首先利用原始DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，其中因为实际地形中的平面曲率的提取较为繁琐，本篇使用坡向变率SOA代 替。 正地形上平面曲率的大值即山脊线，负地形上平面曲率的小值即山谷线。 2.基础操作步骤介绍： 选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡向】工具，提取原始DEM的坡向数据。
选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡度】工具，提取上一步得到的坡向数据层的坡度数据，得到坡向变率数据层SOA1。 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→数学分析→减】工具，使用原始DEM中的最大值减去原始栅格，得到反地形DEM栅格图像。
然后依次选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡向】工具和选择【系统工具箱→3D Analyst Tools→栅格表面→坡度】工具，得到坡向变率数据层SOA2。 选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→地图代数→栅格计算器】工具，输入(("SOA_1" + "SOA_2") - Abs("SOA_1" - "SOA_2")) / 2地图代数公式，得到没有误差的DEM的坡向变率SOA。
选择【系统工具箱→Spatial Analyst Tools→邻域分析→焦点统计】工具，得到邻域大小为11×11(可以根据需要自行设置)的矩形的平均值数据层Mean_DEM。