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面向ArcGIS环境下DEM流域特征提取及运用


Technology Forum 面向 ArcGIS 环境下 DEM 流域特征提取及运用 王丽萍 中煤航测遥感局,陕西 西安 710100 摘要: DEM 为数字的调和模型,有着大师的地理信息,用途广,在很多领域中均有运用,如水流的流量分析、水系的网络分析等等。 ArcGIS 的水文分析模型是一种常用的流域分析工具, 其功能全面。 在本案, 笔者主要探讨 ArcGIS 环境下基于 DEM 的流域特征提取与运用。 关键词: ArcGIS;DEM;流域特征;提取与运用 中图分类号:P237 文献标识码:B 文章编号:1006-8465(2017)05-0370-01 引言 ArcGIS,即地理信息系统,水文分析模型由 DEM 模型提出关于 地表水文特点,加工后进行可视化的显示,这一模型包含了流域及 地形处理等。在流域水文分析内,面向 DEM 流域特点,提取包含了 地形以及水系的特点。以地表特点提取为例,对流域数字地形进行 分析可获得每一个点向的坡向和坡高、坡高等,包括相应的变化率 也可获得。对于提取水系特征,其运用的是 DEM 网格特征的提取原 理。在本案,笔者选取的是 GIS 产品是 ArcGIS9.2,其水文分析工 具箱对提取、显示水文信息提供了极大的便利。下面,笔者首先阐 述基于 DEM 的流域特征提取原理,具体谈及提取水系、地表特征两 个方面;其次,举例探讨 DEM 的应用。 1 基于 DEM 的流域特征提取原理 ArcGIS 环境中,提取命令主要是通过水文分析数据库中,由其 河网重点中提取,所以在使用时可以感觉到比较方便。对于水系特 征的提取,从 DEM 的网格特征提取原理来看,可采取下列步骤:洼 地填补(运用 Fill 工具,填平 DEM 的洼地、凸起)→生成水流方向 栅格(分析 DEM 的流向)→流向累积栅格(运用流向累积命令,计 算流向累积栅格)→设置流向雷击栅格的阈值(运用定义河系,设 置流向累积栅格的集流阈值)→提取河系(依据集流阈值,运用流 径处理命令完成河系网格图层的提取)→提取子流域(运用集水区 的矢量化命令与栅格描绘,划分子流域) 。 1.1 计算坡度与坡向 某坡度是地面在一点的倾斜度,解法是拟合曲线面法,具体的 是二次曲面,可根据以下公式来计算得现: 2 2 ? ?S ? tan S x ? S y ? ? ? A ? S y / Sx 在提取流域水系中,首先,融合 DEM,并通过填洼处理生成无 洼地 DEM;其次,先采取 bum-in 算法对 1:10 000 水系进行数字化 处理,再转化成 10×10m 格栅形式,之后在投影转换后,一起并入 至无洼地 DEM 的坐标系中。三是在 DEM 中,融入实际的水系,但对 河道所处网络高程不变,而非河道所处的网络添加上微值;最后以 D8 作为算法,生成更加准确流域水系。 2.2 刻划子流域 子流域的划分依据是整个流域的地形特征,而对于其边界的确 定,则通过分析 DEM 的数字地形来实现。根据生成的流域水系与起 始河道,沿分水线从最低级别的河道交叉点开始勾画起始子流域, 并类推至整个流域。图 1 所示是研究区子流域的划分图。 图 1 子流域的划分图 其中,S-坡度(°) ;A-坡向; S x 、 S y -x、y 向上的坡度。 1.2 计算坡度与坡向的变化率 格网内任何一网格点为直接选取相邻点坡试变化率绝对值最 大,以此作为本身坡度的一项变化率,并且符号也是相同的。当网 格点处在四角时,其坡度变化率视相邻点的坡度变化率而定。当网 格点沿边分布(除四角)时,其坡度变化率视相

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