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ArcGIS图解建模工具与DEM提取山脊、山谷线（水文分析、表面分析）

發布時間：2023/12/20 60 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 ArcGIS图解建模工具与DEM提取山脊、山谷线（水文分析、表面分析）小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

參考湯國安、楊昕等編著的《地理信息系統空間分析實驗教程第二版》利用水文分析（流量）和表面分析（坡向變率）得到山脊和山谷線

文章目錄

1、基本概念
1.1 正地形
1.2 負地形
正負地形的影響
2、水文分析方法
2.1 基本思想原理
2.2 技術路線
2.3 操作步驟
2.3.1 正負地形的提取
2.3.2 利用水文分析思想和工具提取研究區域的山脊線
2.3.3 利用水文分析思想和工具提取研究區域的山谷線
2.3.4 利用水文分析提取山脊線和山谷線結果
3、表面分析方法
3.1 基本思想原理
3.2 技術路線
3.3 操作步驟
4、圖解建模方法與思路
4.1 建立概念模型
4.2 構建圖解模型
4.3 模型的使用
4.4 運行結果
4.5 模型文件與參考圖書pdf下載
5、方法評價
5、文章參考與致謝

1、基本概念

1.1 正地形

是相對高于鄰區或新構造上升地區的地形。山地、高原、丘陵都是正地形。世界上許多石油礦床與高地、丘陵、特別是穹隆或背斜構造形成的正地形有關。天然氣、金屬礦床常常形成或儲存在上述正地形中。

1.2 負地形

是相對低于鄰區或新構造下沉地區的地形。洼地、盆地都是負地形。負地形是沉積物堆積的有利條件，也是沖刷微弱的場所。煤、石油、鋁土、鐵、泥炭、鹽類和錳結核等沉積礦床多形成在盆地、凹地、平原和洋盆等負地形中。

正負地形的影響

負地形的地貌格局決定了一些地區不斷地接納、匯聚、堆積，在外力作用下，由四周正地形區搬運遷移的陸相碎屑物。“夷平填洼”是不可改變的自然地理過程中外營力作用的運動規律，只要這種正負地形差異格局的存在，就將持續地進行下去，直至夷平或填平。

2、水文分析方法

2.1 基本思想原理

通過對零值的匯流累積值的柵格的提取就可以得到分水線，也就得到了山脊線。對于山谷線可以利用反地形的特點，可以利用一個較大的數值減去原始的DEM數據得到與原始地形完全相反的地形數據，使得原始的DEM中的山脊變成反地形的山谷，而原始DEM中的山谷在反地形中就變成了山脊。山谷線的提取就可以在反地形中利用提取山脊線的方法進行提取。但是此方法提取出的山脊和山谷位置有些偏差，可以利用正、負地形加以糾正。

2.2 技術路線

2.3 操作步驟

2.3.1 正負地形的提取

2.3.2 利用水文分析思想和工具提取研究區域的山脊線

1、在ArcMap中加載樣區的原始DEM數據。
2、洼地填充：選擇【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【填洼】，輸入表面柵格數據。選擇將所有洼地全部填充，所以不需要計算洼地深度，Z limit為默認值。

3、基于無洼地的水流方向計算：選擇【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流向】，輸入填洼后的表面柵格數據。

4、匯流累積量的計算：選擇【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流量】，輸入水流方向數據。

5、匯流累積量為零值的提取：選擇【Spatial Analyst工具】|【地圖代數】|【柵格計算器】，輸入計算公式為facc0=（flowaa1==0），facc0為輸出數據，flowaa1為匯流累積量數據。

6、數據光滑處理：上一步提取數據中很多不是山脊線，選擇【Spatial Analyst工具】|【鄰域分析】|【焦點統計】，以3×3窗口做平均值計算。

7、輔助判斷山脊線位置：選擇【Spatial Analyst工具】|【表面分析】|【等值線】和【Spatial Analyst工具】|【表面分析】|【山體陰影】。

8、選擇【Spatial Analyst工具】|【重分類】|【重分類】，以等高線圖和山體陰影圖判斷山脊線位置，調整分級臨界點，最終確定分界閾值為0.5541。將光滑處理后的數據二值化，接近1的部分賦值為1，其余部分賦值為0。

9、消除存在于負地形區域中的錯誤山脊線：選擇【Spatial Analyst工具】|【地圖代數】|【柵格計算器】，將重分類后的數據與正地形數據相乘。

10、獲得最終山脊線：選擇【Spatial Analyst工具】|【重分類】|【重分類】，將屬性值不為1的賦值為NoData。

2.3.3 利用水文分析思想和工具提取研究區域的山谷線

1、在ArcMap中加載樣區的原始DEM數據。
2、獲取反地形：選擇【Spatial Analyst工具】|【地圖代數】|【柵格計算器】，計算公式為fandem=Abs(dem-2000),fandem為輸出數據，dem為原始DEM數據。

3、水流方向計算（無需填洼）：選擇【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流向】，輸入填洼后的表面柵格數據。

4、匯流累積量的計算：選擇【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流量】，輸入水流方向數據。

5、匯流累積量為零值的提取：選擇【Spatial Analyst工具】|【地圖代數】|【柵格計算器】，輸入計算公式為facc0=（flowaa2==0），facc0為輸出數據，flowaa2為匯流累積量數據。

6、數據光滑處理：上一步提取數據中很多不是山谷線（反地形中山脊線為原地形中的山谷線），選擇【Spatial Analyst工具】|【鄰域分析】|【焦點統計】，以3×3窗口做平均值計算。

7、輔助判斷山谷線位置：選擇【Spatial Analyst工具】|【表面分析】|【等值線】和【Spatial Analyst工具】|【表面分析】|【山體陰影】。

8、選擇【Spatial Analyst工具】|【重分類】|【重分類】，以等高線圖和山體陰影圖判斷山脊線位置，調整分級臨界點，最終確定分界閾值為0.65667。將光滑處理后的數據二值化，接近1的部分賦值為1，其余部分賦值為0。

9、消除存在于負地形區域中的錯誤山谷線：選擇【Spatial Analyst工具】|【地圖代數】|【柵格計算器】，將重分類后的數據與負地形數據（不是反地形數據）相乘。

10、獲得最終山谷線：選擇【Spatial Analyst工具】|【重分類】|【重分類】，將屬性值不為1的賦值為NoData。

2.3.4 利用水文分析提取山脊線和山谷線結果

3、表面分析方法

3.1 基本思想原理

首先利用DEM數據提取地面的平面曲率及地表的正負地形，取正地形上平面曲率的大值即為山脊，負地形上平面曲率的大值為山谷。在實際應用中，由于平面曲率的提取比較繁瑣，而坡向變率（SOA）在一定程度上可以很好地表征平面曲率。

3.2 技術路線

3.3 操作步驟

4、圖解建模方法與思路

4.1 建立概念模型

山脊線是處于正地形上且水流匯集量為0的點的集合;
山谷線是處于負地形上且在DEM反地形上水流匯聚量為0。

4.2 構建圖解模型

4.3 模型的使用

4.4 運行結果

部分山谷線部分山脊線

4.5 模型文件與參考圖書pdf下載

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1-IKBNU7zZeFhJoibaZq7Vw 提取碼：n4lg

5、方法評價

【基本思想是】

按照流水從高至低的自然規律，順序計算每一柵格點上的匯水量，然后按匯水量單調增加的順序，由高到低找出區域中的每一條匯水線。
根據得到的匯水線，通過計算找出各自匯水區域的邊界線，就得到了分水線

【評價】算法采用了DEM的整體追蹤分析的思路與方法，分析結果具有系統性好，還便于進行相應的徑流成因分析
【缺陷】該方法也存在以下兩個明顯的缺陷

由于該算法所計算的匯水量與高程有關，計算的結果必然是高程值大的地形特征線上的點的匯水量小，高程值小的地形特征線上的點的匯水量大。

由于該算法降格匯水區域的公共邊界視為分水線，因此它所確定的分水線均為閉合曲線，這與實際的地形特征線（山脊線）不符

5、文章參考與致謝

文章參考

https://blog.csdn.net/qq_40628258/article/details/83473964#_5
https://blog.csdn.net/summer_dew/article/details/82967666

感謝參考文章與當時空間分析授課的許老師，也感謝自己的耕耘！^- ^

總結

以上是生活随笔為你收集整理的ArcGIS图解建模工具与DEM提取山脊、山谷线（水文分析、表面分析）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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