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1、回顾 DTM、DEM 内插 地形分析,本次课主要内容 地形分析 水文分析,建立数字高程模型的方式很多，主要有基于点建模、基于三角形建模和基于格网建模。各种建模方法的数学函数可用下面的多项式表示，见表,地 形 分 析,高程分析包括平面高程和相对高程的计算。通常以地表单元网格点pk（k=1,2,3,4）的高程平均值定义为该单元的平均高程。,以地表单元网格定点pk（k=1,2,3,4）的高程与研究区域或某一流域内最低点高程zmin之差的平均值定义为该单元的相对高程。,高程变异是反映地表单元格网各顶点的高程变化的指标，它以格网单元顶点的标准差与平均高程的比值来表示。,高程及变异分析,基于DEM的可视性
2、分析,剖面分析,通视分析,通视分析是指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析。 方法： 以O为观察点，对格网DEM或三角网DEM上的每个点判断通视与否，通视赋值为1，不通视赋值为0。由此可形成属性值为0和1的格网或三角网。即得到以O为观察点的通视图。 以观察点O为轴，以一定的方位角间隔算出0到360的所有方位线上的通视情况。对于每条方位线，通视的地方绘线，不通视的地方断开，或相反。这样可得出射线状的通视图。,基于DEM的可视性分析,格网DEM为例，O(xo，yo，zo)为观察点，P(xp,yp,zp)为某一格网点，OP与格网的交点为A、B、C。 OP的倾角为 观察点与各交点的倾角为
3、i (iA,B,C) 若tgmax(tgi , iA、B、C) 则OP通视，否则，不通视。,通视分析关键算法 是判断格网或三角网上的某一点是否通视（即两点是否可见）。,基于DEM的可视性分析,可视区分析时，需要创建一个新的点主题，并与DEM或TIN同时激活，然后按以下步骤进行： Surface Calculate Viewshed,水 文 分 析,水 系 模 型,水文分析,水流方向提取 汇流累积量计算 水流长度计算 河流网络提取 流域分割 ,洼地的识别与处理（无洼地DEM生成） 水流方向确定 河网的生成 分水线的识别（山脊、山谷线） 子流域单元的划分（流域分割）,水 系 模 型,一、洼地的识别
4、与处理（无洼地DEM生成）,DEM是比较光滑的地形表面模型，但是由于DEM误差以及一些真实地形（如喀斯特地貌）的存在，使得DEM表面存在着一些凹限的区域，致使水文分析中得到不合理甚至错误的水流方向。因此，应该首先对原始DEM进行洼地填充，得到无洼地的DEM。 步骤： 1.根据水流方向数据计算出洼地区域 2.计算其洼地深度 3.设定阈值进行洼地填充,水 系 模 型,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,水 系 模 型,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,基本概念 洼地贡献区域 洼地深度 洼地贡献区域最低高程 洼地贡献区域最大高程（出水口高程）,水 系 模 型,一、洼地的识别与处理（无洼
5、地DEM生成）,对于每一个格网，水流方向指水流离开此栅格的指向。 流向是通过中心栅格与邻域栅格的最大距离权落差来确定 距离权落差是指栅格与邻域栅格的高程差除以两栅格间的距离,八邻域,第一步：水流方向提取,ArcToolBox/Spatial Analysis Tools/Hydrology/Flow Direction,DEM Map,Flow Direction Map,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,第二步：洼地计算,通过水流方向判断哪些是洼地，并进行填充。 注意：并非所有的洼地都是由于数据的误差造成的，有很多洼地是地表形态的真实反映。因此，必须先计算洼地深度，进行判断。再根据阈
6、值进行填充,水 系 模 型,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,水 系 模 型,先计算洼地深度,第二步：洼地计算,基本概念 洼地贡献区域 洼地深度 洼地贡献区域最低高程 洼地贡献区域最大高程（出水口高程）,洼地深度=洼地贡献区域最大高程（出水口高程）-洼地贡献区域最低高程,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,水 系 模 型,第二步：洼地计算,根据水流方向图进行洼地提取 洼地深度计算 洼地贡献区域 贡献区域的最低高程 洼地出水口高程,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,水 系 模 型,第二步：洼地计算,根据水流方向图进行洼地提取,ArcToolBox / Spatial Ana
7、lysis Tools / Hydrology / Sink,Flow direction map,Sink map,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,水 系 模 型,第二步：洼地计算,洼地贡献区域（watershed） 以谷底点为起点，根据邻域高程值采用区域增长算法，找出简单洼地的边界线。,ArcToolBox / Spatial Analysis Tools / Hydrology / WaterShed,Flow direction map,Sink map,WaterShed map,根据水流方向图进行洼地提取 洼地深度计算 洼地贡献区域 贡献区域的最低高程 洼地出水口高程,一
8、、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,水 系 模 型,第二步：洼地计算,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,水 系 模 型,ArcToolBox / Spatial Analysis Tools / Zonal/Zonal Statistic,贡献区域的最低高程 洼地出水口高程,ArcToolBox / Spatial Analysis Tools / Zonal/Zonal Fill,Zonal Min_Height map,Zonal Max_Height map,根据水流方向图进行洼地提取 洼地深度计算 洼地贡献区域 贡献区域的最低高程 洼地出水口高程,一、洼地的识别与处理（无洼
9、地DEM生成）,水 系 模 型,第二步：洼地计算,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,水 系 模 型,第二步：洼地计算,洼地深度计算,Spatial Analysis / Raster Calculater,Zonal Min_Height map,Zonal Max_Height map,=,Depth_Calculation Map,一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）,水 系 模 型,第三步：洼地填充,ArcToolBox / Spatial Analysis Tools / Hydrology / Fill,DEM Map,Filled_DEM Map,二、汇流累积量,水 系
10、 模 型,一个单元的汇流量是其上游单元向其输送的水流量的总和，可以通过区域汇流量累积数值矩阵来实现 算法基本思想：假定以规则格网表示的DEM中每点处有一个单位的水量，按照水往低处流的规律，通过水流方向数字矩阵计算每个栅格单元的的上游水流直接或间接地流向该栅格单元的栅格数目（水流量），由此可得到区域汇流累积数值矩阵。,二、汇流累积量,水 系 模 型,原始DEM,水流方向矩阵,汇流量累积矩阵,水流方向矩阵,汇流量累积矩阵,二、汇流累积量,水 系 模 型,ArcToolBox / Spatial Analysis Tools / Hydrology / Fill Accumulation,无洼地DE
11、M生成 生成水流方向 计算汇流累积量,无洼地生成的水流方向图,汇流累积量,河网的提取 汇流量累积矩阵中每个单元中的值表示其民对应的单元的汇流量，具有高汇流量的栅格单元可认为是河流的位置。 河网的提取就是把那些具有高汇流量的栅格单元提取出来,河网的提取算法 1.生成汇流量累积矩阵； 2.设定阈值：汇流量累积值大于该阈值，那么该栅格位于河道上，进行提取； 3.栅格河网的生成: Map Algebra/Multi Map Output/Con、Setnull命令进行有条件的查询得到栅格河网； 也可以利用Spatial Analysis/Raster Calculator计算。 4.栅格河网矢量化：
12、Hydrology/Stream to Feature,汇流量累积矩阵,上图假定阈值为3,子流域的划分（流域的分割）,流域（Watershed）又称集水区域：是指流经其中的水流和其他物质从一个公共的出水口排出从而形成的一个集中的排水区域。也可以用盆地（basin）、集水盆地（catchment）、水流区域（contributing area）来描述。,子流域的划分（流域的分割）,子流域划分的算法思想： 1.确定出水点：记录潜在但并不准确的小级别流域出水口位置的点数据为基础，搜索该点一定范围内汇流累积量较高的栅格点，即为小级别流域的出水点； 2.子流域生成：搜索该出水点上游所有流过该出水口的栅格，直到边界，即分水线。,