水体因子在DEM和遥感影像中的提取

目录

一、介质的区别

二、遥感影像

波段合成

(1)NDWI

(2)提取水体并裁剪

(3)计算水域区域的面积。

   (5)重分类

三、DEM

1、洼地填平

2、水流方向计算

3、水流积聚计算

4、提取河网栅格

5、栅格计算

6、欧氏距离

浅谈ArcGIS环境下基于DEM的流域特征提取

一、介质的区别

遥感影像的概念覆盖卫星获取的原始影像,没有高低起伏概念,可以是一个或多个波段。

而dem是对遥感影像进行后续处理后得到的数字高程数据,只有一个波段,这个波段不是遥感影像中的任何一个波段,二十多波段合成的。

二、遥感影像

波段合成

(无用就是说明遥感影像有多个波段)

(1)NDWI

 利用栅格计算器进行归一化水体指数( NDWI )计算。NDWI =(p(Green)-p(NIR))/(p(Green)+p(NIR))(Green:b2; NIR:b4),再将得到的 NDWI影像进行剪裁,得到研究范围的 NDWI。

(2)提取水体并裁剪

利用栅格计算器,输入公式:con(NDWI>=0,1),将研究区域内水体提取出来。 

对提取出来的水体进行裁剪

(3)计算水域区域的面积。

利用 spatial analysis tools——>distance——>Euclidea Distance,计算欧式距离。 

   (5)重分类

利用 reclassify 进行水体距离分类分级。

三、DEM

参考:https://jingyan.baidu.com/article/b2c186c823d46bc46ef6ff84.html

提取河流线数据(不考虑图层范围外部的影响,汇流临界值为1000);

1、洼地填平

洼地填平(Spatial Analysis Tools->Hydrology->Fill),输入DEM数据,进行填洼,得到无洼地

 

2、水流方向计算

水流方向计算(Spatial Analysis Tools->Hydrology->FlowDirection),输入填洼数据,得到流向栅格图。

 

3、水流积聚计算

水流积聚计算(Spatial Analysis Tools->Hydrology->Flow Accumulation),输入流向数据,计算汇流累积量

4、提取河网栅格

提取河网栅格(Stream_Raster),使用Spatial Analysis Tools中的栅格计算器(Spatial Analysis Tools->Map Algebra->Raster Calculator),表达式:“流量”>1000,将水流积聚栅格二值化为0和1。

5、栅格计算

再用栅格计算器选出值为1的河网栅格数据,此过程就是去掉值为0的河网栅格数据。

6、欧氏距离

计算每个栅格到最近河流栅格的直线距离值;

  1. 采用欧氏距离(Spatial Analysis Tools->Distance->Euclidean Distance)计算每个栅格到最近河流栅格的直线距离值,输入河网数据。

得到欧氏距离结果如图:

(2)对“EucDist”图层按表1中“分类”进行分类符号化。(略)

浅谈ArcGIS环境下基于DEM的流域特征提取

作者:未知

  摘要:在通视分析、水系网络分析、土方计算等领域中都广泛应用了MED分析,当前常用的工具并且是全面的流域分析工具之一的就是ArcGIS的水文分析模块,本文主要概述ArcGIS环境基于DEM的流域特征提取的普遍措施。 
  关键词:ArcGIS环境;DEM;流域特征 
  DEM是一种涵盖大量地理信息的实体地面模型,应用广泛。而ArcGIS水文分析模块能够对地形模型进行可视化,提取和分析地形及河流网系是ArcGIS水文分析模块的主要作用,这一强大分析流域特征的功能对DEM处理来说是非常必要的条件。以下笔者就对ArcGIS环境下基于DEM的流域特征提取进行简单阐述。 

    一、DEM的构建方式 
  按照区域里全部的高程点数据把多项函数和傅立叶级数拟合成地面高程曲面,换句话说就是应用规则的数学曲面模拟合成不规则的实际地面,接着把这个拟合分成面积差不多相同的不规则区域或者分成正方形规则区域来做分块搜索,按照有限个点来做拟合,让详细的高程曲面得到形成,这便是DEM构建的数学过程。其规则网格模型、不规则三角网模型、等高线模型以及层次模型等都是DEM构建的主要模型。 
  二、ArcGIS环境下DEM的流域特征提取 
  (1)水系特征的提取。这种提取方法是在Marks和O’Callaghan提供的坡面径流模拟方法基础之上再应用ArcGIS环境下DEM的水系特征来进行提取。这种方法的应用原理是首先通过网格单元计算出汇水面积,接着把汇水面积临界值的设定进行河网的判定。此方法相当于地表径流的路径判断,这是通过了水文学中汇流概念的使用,并且在这个过程中流路会不断得到生成,所以水系提取过程中的这种方法是比较优等的选择。另外Hydrology菜单中集成了ArcGIS水系特征提取的所有相关命令,相应的函数在使用时能够直接随意调用,尤为方便。 
  (2)地形特征的提取。脊点、鞍点、谷点、山顶点、凹陷点以及平地点等都是地形特征的主要包括部分。DEM提取地形特征点的利用能够根据一个三乘三或者更大的栅格窗口,经过中心网格和八个相邻网格的高程关系获取准确判断后的信息[1]。 
  三、流域特征提取的过程 
  1.洼地的填充处理 
  在填充洼地前需要计算洼地的深度,对此进行确定洼地是由于采样误差造成的还是真实地标反映,然后可以准确地设置临界值来进行洼地的填充。 
  每个网格进行扫描时,让这个网格和相邻的其他八个网格的高程进行比较,若相邻八个网格的高程都比中心网格的高程高时,那么中心网格的值就被高程最低的八个相邻网格中其中那个网格的值给赋予。 
  ArcGIS环境下洼地填充的步骤分别是:点击Hydrology工具箱中FILL,通过使用可以ZLin it的选项来进行确定需要被填充的洼地临界值。 
  2.水流方向计算过程 
  水流方向是对于每个网格在水流离开此网格时的指向。流向确定的算法分为多流向算法和单流向算法,单流向算法的水流只从一个网格中流向另一个方向的网格,再按照网格高程对水流方向做出判断,这个算法因为尤其方便简单所以受到了广泛应用。单流向算法中的D8算法是当前最为广泛应用的算法,在D8算法过程中,每一个网格对于水流的方向都会简化正东南西北以及东南、西北、东北、西南这八个方向,并且会用代码表示,其代码分别为1,2,4,8,16,32,64,128进行八个方面的表示。 
  没有洼地的DEM上都是独一无二的网格水流方向,水流方向编码只取这个网格中8个数字其中的一个。确定水流的流向是利用计算中心网格和邻域网格中最大距离权差距进行判断的。邻域网格和中心网格的高程差除以两个网格之间的距离就是距离权差距,网格之间的距离跟方向是有着密切关联的,若中心网格的方向值在邻域网格中是四个平行于坐标轴的四个方向,如:1,4,16,64……那么规定两个网格之间的距离就是1,另外的方向差距就为根号2,以下是具体的计算步骤: 
  (1)开启ArcToolbox,(在ArcMap中找到ArcToolbox图标,单击左键即可进入启动。) 
  (2)进入水文分析模块,在ArcToolbox中找到Analysis Tools工具箱并展开,再把Hydrology工具集打开; 
  (3)进入F low Direction工具,把计算水流方向对话框打开。 
  3.计算汇集积累量 
  汇流积累量在地表径流模拟的过程中是在水流方向数据计算上所得。汇流积累量的大小对于每一个网格来说,都代表其上游有多少网格那么网格的水流方向终究汇流经过此网格,数值越大的汇流积累量,此地区就越容易让地表径流得以形成。汇流累积量越大的网格,汇流能力也会越大;相反,没有汇流累积量的区域也许是流域的分水岭。 
  4.设置对汇流的临界值 
  在汇流累积图中,注入网格的所有单位水量的数量都是每一个网格的汇流累积量,某一给定的临界值被网格的汇流量超过时,就可以认为水道上被该网格占据,河系网络提供的重要参数是汇流临界值,也是河道认准的可入范围。汇流的临界值可以通过Hydrology中定义河系的命令进行设置。最开始进行分析的时候,可以从小到大的选择几个临界值,因此便于河系大致范围最可能的观察[2]。 
  5.提取河流网络 
  以汇流临界值的设定为标准,通过汇流累积栅格图层被流径处理命令以后提取的河系栅格图层的利用,所有累积量无论大小,其汇流临界值的栅格都可以被定义成河道。 
  在ArcGIS环境下提取河流网络的步骤:分别把“Input Stream Raster”和“Input F low Direction R aster”当作 F low Direction生成数据和 Single Output Map Algebra生成的栅格数据的输入,矢量化之后的河网文件当作输出文件。 
  结束语: 
  本文基于DEM的原理,利用Hydrology工具包对流域特征进行了河网提取实验,表述了如何提取河网的普遍过程,基于时间和经验有限,还有待完善指正。 

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