基于不同DEM数据源的胶东半岛流域特征提取对比与分析
【word】基于ArcGIS的流域数字特征提取模型
【word】基于ArcGIS的流域数字特征提取模型基于ArcGIS的流域数字特征提取模型第9卷第3期2010年9月石家庄铁路职业技术学院VOL.9No.3JOURNALOFSHIJIAZHUANGINSTITUTEOFRAILWAYTECHNOLOGYSep.2010基于ArcGIS的流域数字特征提取模型边占新?赵军华’侯国力”(石家庄铁路职业技术学院”河北石家庄050041石家庄铁道大学”河北石家庄050043石房房产测绘所河北石家庄050000)摘要:建立一个基于ArcGIS的从DEM数据中提取流域数字特征的模型,并按照模型运行顺序分析了其功能,而且利用该模型提取某一地区的流域数字特征.关键字:流域水文模型DEMArcGIS中图分类号:X144文献标识码:A文章编号:1673—1816(2010)03—0043—05 1引言随着地理信息系统(GIS)技术的广泛应用,数字高程模型(DEM)已经成为操作和存储最为方便的一种地形信息【?.在流域分布式水文模拟中,GIS的应用可概括为:?由数字高程模型(DEM)提取流域水文特征,包括水沙的流向,河网的拓扑结构,子流域的连接关系,河道特征参数,流域边界等数字特征.同时,应用GIS技术,还可将流域进一步细分,网格化或者单元化,作为分布式模型的地形基础.?通过GIS技术,一方面可以将把空间点上的数据(如降水,气温等)通过插值方法给出各个水文单元的相应信息;另一方面可把土地利用,土壤类型等下垫面信息耦合到分布式水文模拟单元上,提供水文模拟的基本输入.此外,应用GIS强大的空间表达手段可进一步将模拟的结果通过图表,三维显示,虚拟景观等技术表现出来,有助于更好地理解和分析水文现象和水文过程.本文旨在分析利用ArcGIS软件的空间分析功能及其空间分析建模模块建立基于DEM(GRID格式)的水文相关数字特征提取的模型.2模型说明与结构,2.1模型说明2.1.1原始DEM数据预处理ProfileviewofasinkbeforeandafterrunningFILLProfileviewofapeakbefor eandafterrunningFILL垂filledsink蠹removedpeak图1Fill功能处理方式图】收稿日期:2010-06-12作者简介:边占新(1976-),男,汉,河北保定人,硕士,研究方向地理信息系统.43石家庄铁路职业技术学院2OlO年第3期由于数据分辨率或者高程值的舍入限制,实际DEM数据中凹陷洼地或者凸起高地的存在是个普遍现象,在进行水流方向计算时往往会造成不合理甚至错误的水流方向.因此在计算前首先对原始DEM数据中进行填洼和削峰[31.ArcGIS软件提供的相应的功能为Fill工具,其处理方式如图l.2.1.2水流方向提取对于DEM中每个栅格单元,其水流方向指水流离开此栅格单元时的指向.ArcGIS 中栅格单元水流方向是通过计算当前栅格单元与其邻域栅格的最大距离权落差米确定的.所谓的距离权落差是指中心栅格的中心点与邻域栅格中心点间的高程着除以两个栅格中心点间的距离,栅格中心点间的距离与方向有关,与中心栅格单元在同一水平或者竖直线上的其距离为栅格大小,否则为1.414倍的栅格大小.ArcGIS是通过对中心栅格的8个邻域栅格编码(图2),中心栅格的水流流向便可以由其中的某一值来确定.若存在格网水流方向不能确定的情况,此时需要将数个方向的值相加,这样在后续处理中从相加的结果便能确定相加时中心格网的邻域格网情况[41.如果所有方向的距离权落差均相同的话,ArcGIS将扩大其邻域范围直至找到最大距离权落差】.ArcGIS 中的相应工具为FlowDirection.幽2ArcGIS8邻域栅格编码2.1.3水流长度的计算水流长度是指地面上一点沿水流方向到其流向起点(或终点)问的最大地面距离在水平面上的投影长度.ArcGIS提供了两种水流长度的计算方式:顺流计算和溯流计算.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的水平投影距离.溯流计算是计算地面上每一点逆水流方向到其流向起点的水平投影距离l6】.ArcGIS中的相应功能为FlowLength.本模型利用该功能从提取的水流方向结果中分别提取了两种水流长度.提取结果可以作为其他模型的输入参数.2.1.4流域盆地的提取流域盆地是由分水岭分割形成的汇水区域,可以利用水流方向确定所有相互连接并处于同一流域盆地的区域.ArcGIS中提取流域盆地的功能为Basin,本模型使用该功能从水流方向结果中提取了流域盆地(Raster),并使用RastertoPolygon功能将其转为shapefile格式.2.1.5汇流累积量数值矩阵的计算FLO~/D|RFLOW_Ace图3汇流累积量的计算汇流累积量数值矩阵表示区域地形每个点的水流累积量.汇流累积翅的基本思想是:以规则格第3期边占新,等基于ArcGIS的流域数字特征提取模型网表示的DEM中,每个格网都有一个单位的水量,根据区域地形的水流方向数据计算每个点处所流过的水量数值,便得到了该区域的汇流累积量.ArcGIS中汇流累积量计算过程如图3所示.说明:本模型将每个栅格单元的上游汇流区内流入该单元的栅格点的总数作为该栅格单元的汇流累积量.2.1.6河网的生成(1)河网提取目前河网提取方法主要采用地表径流漫流模型【oJ.基本思想就是计算DEM中每个格网单元的上游集水面积(所谓的上游集水面积是指水流流经本栅格单元的所有格网单元的面积之和【7】),当上游集水面积达到一定值的时候,该栅格单元就会产生地表水流,所有上游集水面积大于临界值的栅格就是潜在的水流路径,由这些路径构成的网络就是河网.对于本模型来说,将汇流累积量栅格图中值大于指定阈值的栅格单元的值设为1,其他设为空值,便得到了河网栅格图.(2)河网分级在地貌学中,河流的分级依据河流的流鼙,形态等因素进行,不同级别的河流所代表的汇流累积量不同,级别越高,汇流累积量越大,一般是主流,而级别较低的河网一般为支流J.ArcGIS提供了两种河网分级方法:Strahler分级和Shreve分级,如图4所示.本模型采用的Strahler分级方法结合水流方向栅格数据对河网栅格数据进行了分级,并使用Streamtofeature 工具将分级的栅格结果转化为矢量数据,便于进一步的分析应用.Strahlerorderin~lShreveordering图4两种河网分级方法示意图2.1.7集水流域的提取集水流域生成的思想如下:首先确定出水点,即该集水区域的最低点,然后结合水流方向,分析搜索出该出水点上游的所有流过该出水口的栅格,一直搜索到流域边界,即分水岭的位置为止.(1)计算河网中结点的连接信息河网结点的连接信息主要记录河网的结构信息.通过计算该信息,可以得到每个河网弧段的起始点和终止点,同样还可以得到该汇水区域的出水点.出水点的确定,是集水流域的提取的前提条件.而且所有这些结点对于水量,水土流失等的研究具有十分重要的意义.该模型将该计算结果作为模型的输出项,以便供其他研究使用.(2)集水流域的生成根据水流方向和河网结点信息,利用ArcGIS的Watershed上具即可计算生成集水流域栅格图.并使用RastertoPolygon功能将其转为shapefile格式.2.1.8具有水文学意义的地形参数提取(1)集水流域信息提取使用ArcGIS提供的ZonalStatisticsasTable工具,以集水流域矢量数据为分区数据,其ID字段45自家庄铁路职业技术学院学搬20l0年第3期为分区字段,提取各集水区的相关信息,包括各集水区面积等.(2)河道坡度信息提取使用Slope工具,从原始DEM中提取坡度,再使用ArcGIS提供的ZonalStatisticsasTable工具,以提取的河网矢量数据为分区数据,其ID字段为分区字段,统计各河道的坡度相关信息,包括最大,最小和平均坡度信息等.2.2模型结构(如图5所示)3应用实例3.1数据资料图5模型图N图6小流域河网图,左图为原始河网,右图为提取的河网图第3期边占新,等基于ArcGIS的流域数字特征提取模型本例使用DEM数据为ArcGIS9.2中的例子数据BlackHills\SturgiskDEM2,数据为Grid格式;该例子中stream2为coverage格式的原始河网数据.3.2模型运行及参数调整将DEM2作为上述模型的输入参数,设置其他输出参数后,运行该模型,得到各种流域数字特征.根据stream2数据与模型提取的河网对比,将模型中提取河网时设置的汇水累积量阈值调整为550.3.3部分模型结果图6为其中某一小流域的河网图,图7为其集水区域划分图.3.4结论与讨论本文分析了基于ArcGIS的流域数字特征提取方法,并设计了特征提取的模型,使得在ArcGIS中提取流域数字特征更加快捷方便,模型输出结果可以作为进一步的流域分析和模拟的参数.图7小流域集水区域划分图N.本模型仅仅实现了基本功能,仍然存在许多有待完善和修正的地方,一些模型参数,如河网提取时的阈值需要针对具体应用具体调整.参考文献:【l】郑红星,王中根,刘昌明,等.基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟一II模型的校检与应用【J】.水科学进展,2004,15(4)[2】王中根,刘昌明,左其亭,等.基于DEM的分布式水文模型构建方法【J】.地理科学进展,2002,21(5)【3】汪东川,卢玉东.基于ArcGIS的数字河网模拟【J】.科技资讯,2006,(5)【3】袁飞,任立良.栅格型水文模型及其应用[J】【4】张超,郑钧,张尚弘,等.ArcGis9.0中基于DEM的水文信息提取方法[J】.水利水电技;~,2005,11(36)【6】汤国安,杨昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[MI.科学出版社,2006,l【7]ArcGIS9.0DesktopHelp【8】孙艳玲,刘洪斌,谢德体,等.基于DEM流域河网水系的提取研究[J】.资源调查十环境,2004,25(1)AreGIS-basedwatershedmodelfordigitalfeatureextractionBIANZhan.xin?ZHAOJun-hua2HOUGu0一li.)(ShijiazhuangInstituteofRailwayTechnology’ShijiazhuangHebei050041 ShijiazhuangRailwayInstituteShijiazhuangHebei050043SurveyInstituteofShijiazhuangMunicipalRealtyAdministrativeBureau_j JShijiazhuangHebei050043China)Abstract:ThisarticleintroducesthatanArcGIS.basedmodel’Sdataextracti onfromDEMnumericalcharacteristicsisestablished,andinaccordancewiththemodelsananalysiso fitscapabilitiesisperformed,butalsoextractedthewatershednumberfeaturesofacertainregionbyusingthe mode1.Keywords:watershedhydrologymodelDEMArcGIS47。
基于DEM的延河流域水文特征提取与分析
域 河 网特 征 及 相 关 信 息 ， 与 １２ 并 ：５万 地 形 图 数 字 化 水 系进 行 分析 比 较 。 结 果 表 明 ： 水 面 积 阈值 是 决 定 河 网提 取 集 精 度 的关 键 参 数 ， 阈值 越 大 ， 取 河 网越 稀 疏 ， 之 则 提取 河 网越 密集 ； 着集 水 面 积 阈值 的 增 大 ， 源 数 和 河 网 密 提 反 随 河 度 、 流的级数、 河 总河 长 等 随 之 减少 ， 主 河 长 变 化 不 大 ； 阈值 为 ５５ ｉ 但 当 ．１ｋ ２时 ， 取 河 网 与 实 际 较 吻 合 。 因此 ， ｎ 提 基 于 ９ 分 辨 率 的 Ｄ Ｍ 数 据 提 取 延 河 流 域 水 系 和 子 流域 是 切 实可 行 的 ， 以作 为 数 字 流 域 建 设 与水 资 源 管 理 的基 ０ｍ Ｅ 可
第 ３ ０卷 第 ４期 ２１ ０ ２年 ７月
干 旱 地 区 农 业 研 究
Ａｇ ｉ ｕ ｔ ｒ ｌＲｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ｈ ｉ ｄ Ａｒ ａ ｒ ｃ ｌ ｕ ａ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ Ａｒ ｅ ｓ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ． １３ ４
Ｊ １ ０１ ｕ ．２ ２
基 于 Ｄ Ｍ 的 延 河 流 域 水 文 特 征 提 取 与 分 析 Ｅ
总量 ２ ８ ．９亿 ｍ 。主 要 支 ３
流有杏 子河 、 西川 河 、 蟠龙 川 、 川河 、 南 平桥川 等 。流 域地 势西 北 高 而 东 南 低 ， 均 海 拔 高 度 ９０ ｍ 以 平 ５ 。 安塞县 的化 子坪 和宝 塔 区 的甘 谷驿 为界 ， 以将 流 可 域划分 成 上 、 、 游 河 区。上 游 为梁 峁 丘 陵 沟 壑 中 下 区 ， 形 陡峭 ， 地 河谷 狭窄 ； 中游 为峁状 丘陵 沟壑 区 ， 河
基于DEM和GIS的流域水文信息提取--以巴中市为例
基于DEM和GIS的流域水文信息提取--以巴中市为例杨华容;路军;彭文甫;徐新良;王怀英【摘要】为了探讨基于DEM和GIS的流域水文信息提取过程中阈值确定的有关问题，应用Arc GIS中的Hydrol-ogy水文分析工具，对巴中市水域的水文信息提取进行了研究。
研究结果表明：①汇流累积量与河网密度、流域面积满足二阶导数关系，利用导数关系能够有效确定河网提取阈值。
②阈值对河网信息提取具有较大的影响，阈值越小，河网越稠密。
当阈值达到8500时，提取的河网密度和面积基本趋于稳定且与实际水系基本符合。
③实际地形特征、原始DEM数据可能存在的误差以及其他人为因素等都会对水文提取结果产生影响。
%In order to discuss the technical issues of watershed hydrologic information extraction based on DEM and GIS, the hydrological analysis tool of Arc GIS was applied to study the extraction of hydrological information in Bazhong. The results showed that the relation between flow accumulation and drainage density or watershed area is a second derivative, which helps de-termine the confluence cumulative threshold value; the threshold influence the extraction of river basin in that the smaller the threshold is, the finer the extracted river network is;when threshold value reaches 8500, the extracted density and area of river network tends to be stable and matches well with the actual rivers;the actual terrain features, the possible original DEM data er-rors and other human factors affect the hydrology extraction results.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2016(047)008【总页数】5页(P34-38)【关键词】数字高程模型;GIS;水文信息提取;巴中市【作者】杨华容;路军;彭文甫;徐新良;王怀英【作者单位】四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川成都610068; 四川师范大学地理与资源科学学院，四川成都610068;四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川成都610068; 四川师范大学地理与资源科学学院，四川成都610068;四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川成都610068; 四川师范大学地理与资源科学学院，四川成都610068;中国科学院地理科学与资源研究所数据中心，北京100101;四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川成都610068; 四川师范大学地理与资源科学学院，四川成都610068【正文语种】中文【中图分类】P33DEM，即数字高程模型，在描述区域地貌形态的空间分布方面，包含了丰富的地形地貌、水文信息，能够反映各种分辨率的地形特征，在自然和人文科学领域应用广泛。
ArcGIS环境下基于DEM的流域特征提取
第 4期
王玉富等 : A rcG IS环境下基于 DEM 的流域特征提取
441
2) Sink : 以 ( 1)的结果作为输入 , 识别出所有的洼地 ( S inks) ; 3) W atershed : 找出洼地的影响区域 ; 4) Zona l F ill(位于 A rcT oo lb ox \ Spatial A na ly stT ools \Zona l\下 ) : 用于找出洼地最深深度; 5) Zona lS ta tistics(位于 A rcT oo lbox \Spatia l Ana ly st T ools \Zona l\下 ) : 用于找出洼地最浅深度; 6) M inus( 位于 ArcToo lb ox \ 3D Ana ly st T oo ls\Raster M a th \ ) 下: 求出最深与最浅洼地的差值. 进行完以上操作后, 即可完成洼地填充的处理 , 生成的数据称为无凹陷栅格数据 ( Depressio nless DEM ) . 3 . 2 水流方向计算 对于每个网格, 水流方向是指水流离开此 网格时的指向. 确定流 向的算法主要有单流向算法 ( S i m ple F low D irectio n , SFD )和多流向算法 ( M ultip le F low D irection , MFD) 两种 , 其中单流向算法因其简单方便而得 到广泛的应用. 单流向法假定一个网格中的水流只从一个方向流出网格, 然后根据网格高程判断水流方向 . 目前应用最广泛的单流向算法是 D8算法 . D8 算法中 , 对水流离开每一网格的方向简化为正东、 东南、 正南、 西南、 正西、 西北、 正北、 东北 8个方向 , 并依次用代码 1 , 2 , 4 , 8 , 16 , 32 , 64 , 128 来表示, 如图 2 所示. 无洼地的 DEM 上每一个网格的水流方向都是唯一的, 一个网格的水流方向编码取且仅取这 8 个 数字中的 1 个. 水流的流向是通过计算中心网格与邻域网格的最大距离权落差 ( 最大坡降法 ) 来确 定 . 距离权落差是指中心网格与邻域网格的高程差除以两网格间的距离, 网格间的距离 与方向有关 , 如果邻域网格对中心网格的方向值为 1 , 4 , 16 , 64( 即平行于坐标轴的 4 个 方向 )则规定两网格的距离为 1 , 其他方向的距离为 2 , 其具体计算步骤如下: 1) 在 A rc M ap 中用左键单击 ArcToo lbox 图标, 启动 A rcT oo lb ox; 图 2 水流方向编码 2) 打开水文分析模 块. 启动 A rcT oo lb ox, 展开 Analysis Too ls工具箱 , 打开 hydro logy F ig. 2 T he d irection offlo w encod ing 工具集 ; 3) 双击 F low D irectio n 工具 , 打开水流方向 ( F low D irect ion) 计算对话框. Input surface data 文本框中选择输入数据 dem; Output flow direction raster文本框中命名 计算出来的水流方向文件名为 flowd ir , 并选择保存路径; 在 Force a ll edge cells to flow outw ard( Optional) 前的复选框前打钩 , 所有在 DEM 数据边缘的网格的水流方向 全部是流出 DEM 数据区域. 默认为不选择; drop raster输出 . drop raster是该网格 在其水流方向上与其临近的网格之间的高程差与距离的比值, 以百分比的形式记 录 . 它反映了在整个区域中最大坡降的分 布情况; 单击 OK, 进行水流方 向计算 过程. 3 . 3 汇集累积量计算 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 个网格来说 , 其汇流累积量的大小代表着其上游有多少个网格的水流方向最终汇 流经过该网格, 汇流累积的数值越大 , 该区域越易形成地表径流. 一个流域的汇流累积量计算是提取该流域河流网络的基础. 流域内一个网格 的汇流量反映了其汇聚水流能力的强弱. 一个网格的汇流累积量越大 , 其汇流能力 也就越强, 该网格所代表的地形特征就有可能是河谷 ; 反之, 汇流累积量为零的地 方则可能代表流域的分水岭. 汇流累积量计算的基本思想是 , 假设以规则格网表示 的 DEM 上每个网格有一个单位水量 , 按照水往低处流的自然规律 , 根据区域地形的 水流方向数据计算每点处所流过的水量数值, 从而得到该区域汇流累积量. 通过水流方向图能够计算出所有网格的汇流累积量, 输出的汇流累积量图上 每一个网格单元的值就代表着注入该网格单元的单位水量的数量, 其值越高注入 水流越多. 由水流方向数据到汇流累积量计算的过程如图 3所示. A rcG IS 中汇流累积量计算步骤为: 打开 F ill Accumu lation 工具 , 以 F low D irec t io n工具生成的栅格数据作为输入 , 即可得到汇流累积量数据 . 其中 , 可选项 Input W e igh t R aster 用于施加降雨量、 蒸发量等外部因素的影响, 默认赋值为 1 . 图 3 汇流累积计 算过程 F ig . 3 Cum ulative 3 . 4 对汇流设置阈值 calew lation converg ence 在汇流累积图中 , 每一个网格的汇流累积量代表着能够注入该网格的所有单
基于不同方向参考系DEM提取坡度的差异性分析
据 的分 辨 率 对 坡 度 、坡 向 的影 响 ；汤 国 安 、赵 牡 丹 等 选择 不 同地貌 类 型区分 析 了 ＤＥＭ 所 提取 的地 面平 均 坡 度 误 差 ，重 点 探 讨 了不 同栅 格 分 辨 率 下 ＤＥＭ 提 取坡度 的情 况 ，讨 论 了 ＤＥＭ 的尺度 问题 ；刘 学军 ¨ ＂ 等 提 出分 析坡 度 误 差 时 应 区分 误 差来 源 及其 性质 ，分 别从 模 型误差 、ＤＥＭ 数 据误 差 、格 网分 辨率 等方 面分 析 了 对坡 度 的影 响 ，虽 然 在 数 据 源 误 差 中对误 差进 行 了 讨论 ，甚 至提 及 参 考 系 对 其 的影 响 ，但 没 有进 行深 入分 析 。
摘 要 ：坡度指标通 常基 于 ＤＥＭ数 据以固定 算法直接 提取 。坡度 误差 主要来 源于算 法模 型误差 和数据误 差等 ，
很少顾及在建立 ＤＥＭ时空 间参考 系方 向的变化引起 的坡 度差 异。本文 以数学 高斯 曲面为基 准 ，通 过改 变参考 系
、ｙ轴方 向，对 不同参考系下 的 ＤＥＭ数据 以三 阶反距 离平方 权差 分坡度算 法提 取坡度并 分析其 差异 ，结果 表 明：
（１２ＮＷ４０） ；Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（４１３１２７４）］ 作者简介 （Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ）：龙永清 （１９７８一），男，讲师 ，主要研究方 向：测绘丁程 、ＧＩＳ数据分析。［ＬＯＮＧ Ｙｏｎｇｑｉｎｇ（１９７８一），ｍａｌｅ，ｌｅｅｔｕｒｃｒ，ｒｅｓｅａｒｃｈ
网形式 离 散表 达地 面 出现差 异 。在科 学研 究 中大 部
分 情况 下 ＤＥＭ 数 据 是 坡 度 、坡 向等 派 生 数 据 的基
流域特征参数提取
流域特征参数提取本文主要考虑运用现代计算机的快速运算能力，提取流域特征参数，通过对大量流域特征参数的提取，可以分析流域之间的差异，本文通过ArcGIS数据处理软件处理全球共享的数字高程模型（DEM），提取流域的平均海拔、河道平均比降、河道汇流长度、流域形状系数等，通过计算，数据提取快，且准确度高，因此，通过ArcGIS数据处理软件可以快速处理DEM数据，流域特征参数的快速提取为水文预报模型输入参数提供基础支撑，为开展相似流域的提取，提供了大量的数据来源。
标签：ArcGIS；数字高程模型；流域特征参数在计算机技术迅速发展的时代，利用计算机快速处理遥感及地理信息系统数据成为我们工作的趋势，利用计算机及软件技术通过处理DEM数据及遥感数据可以快速的提取流域的特征參数（平均海拔高程、河道平均比降河长、流域表面平均比降及流域植被情况等），为大范围的快速处理水文基础数据问题减少了人力物力，且精度高。
1、DEM数据处理在实际应用研究中，根据研究区域的特点，首先需要对空间数据进行处理，裁剪、拼接、坐标转换投影、填凹等操作，以便获得需要的数据，数据裁剪是从大范围的空间数据中裁剪出我们需要分析的区域，以获得真正需要的数据作为研究区域，减少不必要的参与运算的数据，提高计算速度。
1.1 裁剪DEM的数据如果太大，通常的计算机的运算能力不满足要求，因此需要对DEM数据进行裁剪，美国环境系统研究所（ESRI）公司和美国德克萨斯州奥斯汀大学水资源研究中心联合开发的功能强大的水文分析模块Arc Hydro Tools，在Arc Hydro Tools中提供了多种对栅格数据的提取方法，包括点值、多边形提取，可以获取需要的栅格数据。
1.2 投影在数据处理时，需要数据具有统一的平面坐标系，在数据分析之前需要首先统一坐标系，将DEM数据（地理坐标）投影成统一的平面坐标，在中国，通常采用80坐标系，或者54坐标系。
1.3 填凹在基于DEM 的河网自动提取过程中，洼地和平坦区是确定水流方向和推求完全联接的排水系统的主要障碍与挑战。
基于DEM水系提取方法
基于DEM水系提取方法DEM（Digital Elevation Model）是一种数字高程模型，用于描述地球表面的地形起伏。
水系提取方法基于DEM数据，通过分析地势和水流方向，可以准确地提取出水系网络和水体边界。
本文将详细介绍基于DEM水系提取方法的原理和步骤。
首先，基于DEM数据，我们需要进行预处理，包括获取DEM数据、填补数据空洞以及进行地形平滑等操作。
常用的DEM数据获取方式有激光雷达测量、航空摄影测量和遥感数据等。
填补数据空洞可以使用插值算法，如克里金插值和反距离权重法等。
地形平滑可以通过滤波处理，例如均值滤波或高斯滤波。
接下来，我们需要计算流向和流量，即确定DEM中每个像元的水流方向和流量大小。
常用的算法有D8算法和D∞算法。
D8算法将每个像元的流向限制在了8个方向（上、下、左、右和四个对角线），适用于山地区域。
D∞算法则根据最大的坡度确定流向，适用于平坦区域。
流量大小可以通过计算坡度和路径长度的乘积获得，即流量=坡度*路径长度。
然后，根据计算得到的流向和流量数据，我们可以进行水系提取。
通常采用的方法是定义一个阈值，将流量大于或等于该阈值的像元作为水系的起算点，然后通过追踪每个像元的流向，逐步延伸水系网络，直到达到水体边界或流量小于阈值为止。
水体边界可以通过判定水体与非水体之间的高差来确定，一般称为水位线。
最后，为了使提取的水系与实际情况更加贴近，我们还可以进行水系修正和验证。
修正的方法有两种，一种是根据实地调查数据对提取的水系进行修正，另一种是通过对比提取的水系与真实水系，利用机器学习算法进行修正。
验证的方法包括水系极密度评价指标和多尺度分析等。
水系极密度评价指标可以通过计算水系长度及其与实际河网长度之比来评估提取结果，多尺度分析则是将DEM数据按不同的分辨率进行水系提取，并对比不同尺度下的提取结果。
综上所述，基于DEM水系提取方法是一种通过分析地形和水流方向来提取水系网络和水体边界的方法。
基于DEM地表径流水文特征提取分析
试验八基于DEM地表径流水文特征提取分析一、实验目的
利用GIS技术利用DEM数据进行地表径流水文特征的提取与分析的练习。
二、实验数据
DEM数据
三、实验步骤
1.利用Hydology—Fill 对原始DEM进行填充，得到经填充后无洼地。
2利用.Spatial Analyst –Raster Calcutor将填充后的五洼地的DEM与原始DEM相减得到洼地
分析:图中白色斑块为洼地。
3.运用Flow Direction 提取水流方向。
4.运用Fill Accumulation 提取水流累积量。
5.利用raster Caculator计算得到水流量大于100的沟壑网络。
6.利用raster Caculator计算得到水流量大于1000的沟壑网络。
7.利用Reclassify对水流量大于1000的沟壑网络进行重分类，为河网分级做数据准备。
8.以原始dem为底图得到了水流量大于100的沟壑网络和水流量大于1000的沟壑网络叠加。
四、实验结论：
通过此次练习，我们熟悉了利用原始DEM得到地表径流流向，从图中我们可以发现水流量大于100的沟壑网络、水流量大于1000的沟壑网络是两个级别的网络。
水流量小的支流最终往级别更大的径流汇集。
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山东国土资源
２ ０ １ ３ 年４ 月
基 于不 同 Ｄ Ｅ Ｍ 数 据 源 的胶 东半 岛 流 域 特 征 提 取 对 比 与 分 析
付 继 强 ， 王 周龙 ， 马金 卫 ， 郭玲 玲。 ， 王 萌 ， 宋倩 茹
（ １ ． 鲁 东大 学地理 与规 划 学院 ， 山东 烟台 ２ ６ ４ ０ ２ ５ ； ２ ． 烟 台市 国土 资 源局 福 山分 局 ， 山 东 烟台 ２ ６ 辽 东 半 岛 和 朝 鲜 半 岛 隔 海 相
望 。总面 积 ４ ２ ６ ８ ０ ｋ ｍ ， 包 括 青 岛市 、 烟 台市 、 威 海
市域全 部 以及潍 坊市 的一部 分 。潍河 流域也 纳入研
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２一Ｏ ９ —２ ６ ； 修 订 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ １—１ ０ ； 编辑： 王秀 元 基金 项 目 ： 国家 自然 科 学 基 金项 目（ ３ ｏ ８ ｏ ｏ １ ４ ９ ）
技术 的迅 猛 发 展 及 Ｇ Ｉ Ｓ在 海 量 数 据 存储 、 管理 、 空
间分 析 和 制 图方 面的优 势 ， 使 ＧＩ Ｓ与水 文模 型 结合
的分布式 应用 日益 广泛 。其 中 以 Ｏ’ Ｃ ａ ｌ ｌ ａ ｇ ｈ ａ ｎ等在
１ ９ ８ ４年提 出的坡 面流 累积 方 法最 为流 行Ｌ １ ］ ， 该 方法
性河 流 的流域 主要特 征 。
统计 每个 小 流域对 整 体 的污 染 百分 比情 况 ， 为 治 污
管 治指 明监 管方 向 。河 流 网络和集 水 流域划 定为一 个 地 区受 某种 污染 源影 响 的 范 围提 供 了依 据 ， 也 可 作 为地貌 改变 的指 示标 志 。众 多学 者对 流域 的信 息 提 取方 面 已经做 了 大量 的研究 ， 尤 其是 近 年 来 数 字
作者 简 介 ： 付继强 （ １ ９ ８ ６ 一） ， 男， 山 东 泰安 人 ， 硕士研究生 ， 研 究 方 向 土 地利 用 与遥 感 监 测 ｝ Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ： ３ ５ ０ ５ ４ ０ ８ ８ ９ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
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３ ２ ・
第２ ９ 卷第 ４ 期
水 文 地 质
（ ＧＲ Ｉ Ｄ） 、 不规则三角 网 （ Ｔ Ｉ Ｎｓ ） 、 矢 量（ 数 字线划） （ ＤＬ Ｇｓ ） ３ 种 形式【 － 引。随着 Ｒ Ｓ和 ＧＩ Ｓ技 术 的发 展 ， 尤其 是高 精度 全 球 免 费 Ｄ Ｅ Ｍ 数 据 的分 发 ， 使 得 采 用 多种模 型技术 来分 析流 域各种 水 问题提 供必 要 的 空 间信息 。Ｄ Ｅ Ｍ 数 据更 是成 为仿真模 拟 、 地形 分析 和三 维空 间数据 处理 的核 心数 据［ ３ ］ 。利 用 ＤＥ Ｍ 提 取数 字河 网及小 流域 ， 只需 结合研 究 区的地 形状 况 ， 利用 Ａｒ ｃ Ｍａ ｐ下 Ａｒ ｃ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ Ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ 扩展模 块 就可 以 得 到相对 准确 的数 字 河 网及 对 应 的小 流 域 范 围 ， 大 大缩 短 了数据获 取 的时 间 ， 同时也 大大 降低 了成本 。 在前 人研究 的基 础上 ， 以胶东 半 岛为研 究 区 ， 运 用水 文分 析工 具 ， 基 于 ２种 Ｄ Ｅ Ｍ 数 据 源 提 取 河 网 水系， 并通 过河 网精度 分 析 ， 确定与 １ ： ２ ５万 真 实 河 网最 为接 近 的数 据源 。同时 ， 初 步分析 了 １ １条代 表
是 以水 流在地 表上 漫流 的方 式 为基 础 从 Ｄ Ｅ Ｍ 中提 取河 网水 系 。
１ 研 究 区概 况
胶 东 半 岛是 指 山东省 胶 莱河 以东 陆地 区域 ， 北
数字 高程模 型 （ Ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ Ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， Ｄ Ｅ Ｍ） 是描 述地 面高 程值 空 间 分 布 的一 组 有 序数 组 ， 能够 反 映一 定 分 辨 率 的 局部 地 形 特 征 ， 通 常 有 格 网
Ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ） 扩展模块和 “ ｂ ｕ ｒ ｎ ｉ ｎ ” 算法 ， 提 取河 网及 流域 范 围 。结 果 显 示 ， 集 水 面 积 阈值 变 化直 接影 响数 字 河 网 密 集 度 。
对胶东半岛而言 ， 采用 分辨 率 为 ９ ０ ｍ×９ ０ ｍ的Ｓ Ｒ ＴＭ 数 据 可 较 好 地 提 取 河 网水 系及 划 分 流 域 ； 提取的 ｌ １ 个 主 要
流域 ， 充分体现了胶东半岛地区的流域特征。 关键词 ： ＤＥ Ｍ； Ａｒ ｃ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ Ｔｏ ｏ ｌ ｓ ； 数字河 网； 小流域划分 ； 流域特征 ； 胶 东 半 岛
中 图分 类号 ： Ｐ ２ ０ ８ ； Ｐ ３ ３ １ 文献标识码 ： Ｂ
０ 引言
河 网 水 系是 描述 一 个 地 区 的基 本水 文 参 数 ， 它 不 仅反 映 了地 区 的地 貌 特 征 ， 更 直 观地 表 达 了地 表 水 文状况 ， 可 为 区域 流 域 规划 、 防洪 减 灾 、 生 态 保 护 等提 供科 学依 据 。小流 域 的提取可 方便 简洁 地表 达 出地 区的水 文地域 划 分 ， 从 而 在 面 源 污染 的估 算 中
烟 台大学 ， 山东 烟 台 ２ ６ ４ ０ ０ ３ ； ４ ． 山 东正元 数 字城 市建设 有限 公 司， 山东 烟台 ２ ６ ４ ０ ０ ２ ）
摘要 ： 基于 Ｓ Ｒ ＴＭ 和 Ａ Ｓ ＴＥ Ｒ ＧＤ Ｅ Ｍ 两 种 ＤＥ Ｍ 数 据源 ， 以胶 东 半 岛 为 研 究 区 ， 应 用 Ａｒ ｃ Ｍａ ｐ水 文 分 析 （ Ａ ｒ ｃ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ