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

2、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

3、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，

4、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

5、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spatialanalyst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

6、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

7、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

8、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