山脊线、山谷线、鞍部点的提取

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1、第十一章水文分析GIS软件应用实习材料实例与练习练习1.利用水文分析方法提取山脊、山谷线1．背景：山脊线、山谷线是地形特征线，它们对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形及其起伏变化的骨架结构。因此在数字地形分析中，山脊线和山谷线以及地形特征点等的提取和分析是很有必要的。2．目的：理解基于DEM结合水文分析的方法提取出研究区域的山脊线和山谷线的原理；掌握水流方向、汇流累积量的提取方法以及它们的提取原理；能将水文分析的方法和其它的空间分析方法相结合以解决应用问题。3．要求：（1）利用水文分析思想和工具提取研究区域的山脊线；（2）利用水文分析思想和工具

2、提取研究区域的山谷线。24．数据：一幅25m分辨率的黄土地貌DEM数据，数据的区域大概有140km。数据存放于…/ChP11/Ex1中，请将其拷贝到E：/ChP11/Ex1。结果数据保存在…/ChP11/Ex1/Result中。5．算法思想：对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别表示分水性与汇水性，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。因此，对于山脊线和山谷线就可以利用水文分析的方法进行提取。基于DEM的这种地形表面流水物理模拟分析的原理是：对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，那么对于分水线上的那些栅格，由于分水线的性质是水流的起源点，通过地表径流模拟计算之后这些

3、栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，也就是其栅格的汇流累积量为零。通过对零值的汇流累积值的栅格的提取，就可以得到分水线，也就得到了山脊线；对于山谷线而言，由于其具有汇水的性质，那么对于山谷线的提取，可以利用反地形的特点，即是利用一个较大的数值减去原始的DEM数据，而得到了与原始地形完全相反的地形数据，也就是原始的DEM中的山脊变成负地形的山谷，而原始DEM中的山谷在负地形中就变成了山脊，那么，山谷线的提取就可以在负地形中利用提取山脊线的方法进行提取。基于DEM利用水文分析的方法提取山脊线和山谷的技术流程如图1所示。反地形DEM水流方向数据汇流累计量山谷线求交负地形邻域分

4、析原始DEMmeandem正地形求交无洼地DEM水流方向数据汇流累计量山脊线1图1山脊线和山谷线的提取流程图第十一章水文分析GIS软件应用实习材料6．操作步骤（1）正负地形的提取1）启动ArcToolbox，展开AnalysisTools工具箱，打开hydrology工具集。在图层管理器中加载研究区域的原始DEM数据，如图2所示。图2研究区域的DEM数据2）加载SpatialAnalyst模块，点击SpatialAnalyst模块的下拉箭头，点击neighborhoodstatistics菜单工具，利用邻域分析的方法以11×11的窗口计算平均值。分析结果命名为meandem。3）点击s

5、patialanalyst中的rastercalculator菜单工具，对原始DEM数据与邻域分析之后的数据meandem做减法运算，并将运算结果重分为两级，分级界线为0，那么大于0的区域在原始DEM上就是正地形区域，小于0的区域在原始DEM上就是负地形区域。4）对上一步得到的二值化数据进行两次重分类，一次将正地形区域属性值赋值为1，负地形区域属性赋值为0，命名为zhengdixing；另一次将正地形区域属性值赋值为0，负地形区域属性赋值为1，命名为fudixing。分别如图3、图4所示。2图3正地形区域（图中深色区域）图4负地形区域（图中深色区域）第十一章水文分析GIS软件应用实习材

6、料（2）山脊线的提取：1）在ArcMap中加载研究区域的原始DEM数据，如图2所示。2）洼地填充：双击hydrology工具集中的fill工具，进行原始DEM的洼地点填充。在Inputsurfaceraster文本框中选择原始DEM数据dem，将输出数据命名为filldem，因为选择的是将所有洼地全部填充，所有在填充容限Zlimit为默认值。3）基于无洼地的水流方向的计算：双击hydrology工具集中的flowdirection工具，在Inputsurfaceraster文本框中选择填充过的无洼地DEM数据filldem，将输出的水流方向数据命名为flowdirfill。4）汇流累积

7、量的计算：双击hydrology工具集中的flowaccumulation工具。选择flowdirfill作为输入的水流方向数据；输出数据命名为flowacc1。5）汇流累积量零值的提取：加载SpatialAnalyst模块，点击SpatialAnalyst模块的下拉箭头，然后单击rastercalculator菜单，打开栅格计算对话框，在文本框中填写汇流累积量零值的提取公式：facc0=(flowacc=0)，然后点击evaluate进行计算