基于DEM的河网河段编码方法

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1、万方数据第40卷第24期209年12月人民长江YangtzeRiverV01．40，No．24Dee．，2009文章编号：1001—4179(2009)24-0036-03基于DEM的河网河段编码方法于淼1，2陈雪莲1(1．辽宁省交通高等专科学校信息工程系，辽宁沈阳110122；2．东北大学信息学院，辽宁沈阳110004)摘要：以全国1：25万地形数据库DEM数据作为数据源，借助于ArcHydroTools9．2工具生成与实测河网对应的集水面积；然后介绍了一套合理高效的河网编码方案，解决了标准河网、分叉河网、十字形河网和“H”形河网的编码方法，这套编码方案能够明确河网的拓扑

2、结构，使定位河网中的河段更为简单。最后将此方法应用于辽河流域浑河水系进行编码实践。结果表明：基于河段编码方法具有很好的扩展性，编码效率高，且有利于计算机处理。关键词：DEM；分叉河网；“H”形河网；十字形河网；河网编码中图分类号：TVl31文献标识码：A1概述在水文管理信息化建设中，河网编码问题一直都是一项基础内容，尤其是在较大的水系中，河网非常复杂，在进行编码工作时，需要针对河网的复杂性提出相应的编码方案。目前，国际上通用的编码方法主要有随机河流编码、芬兰的河流编码、爱尔兰测站编码、美国的Pfafstetter编码、德国的LAwA编码等⋯。本文提出的编码方法是一种以河段为

3、编码基本单位，以明确河网拓扑结构为主要用途的河网编码方法。使用“Bum—in”算法，将实测河网与DEM数据相融合，计算出与实测河网对应的集水面积，然后根据集水面积的大小和水流方向对河段进行分级和编码，解决了标准河网、分叉河网、十字形河网和“H”形河网的编码问题，并将该编码方法应用于辽河流域浑河水系进行编码验证。2河网集水面积生成本文利用ArcHydroTools9．2工具和实测河网在1：25万DEM数据上生成与实测河网对应的集水面积值。通过对DEM数据进行预处理；确定DEM中每一个栅格单元的水流方向；根据水流方向数据，生成河网的集水面积，具体流程如图1所示。下面就生成河网集

4、水面积过程中的一些关键步骤作详细介绍。2．1DEM预处理DEM预处理包括“bum—in”河网和洼地填平。“burn—in”河网是将实测河网融合到DEM数据中；洼地填平是将DEM数据中所有洼地填平，从而保证从DEM提取的河网是连续的。“bum—in”河网是为了使提取的河网与实测河网相符。“bum—in”算法原理(如图2所示)是将实测河网转化成栅格形式，保持栅格的大小和DEM的栅格大小相等，经过投影转换到同一坐标系，经过叠加运算，将实测河网叠加到DEM数据上，并保持实测河网所在栅格的高程值保持不变，而对其他非河网的栅格人为增加一定数值的预处理方法，这就相当于把实测河网嵌入到DE

5、M数据中。图1河网提取流程图2“bum—in”算法原理在原始DEM数据中，由于DEM在离散化过程中的差值误差和采样误差，会导致洼地(四周高、中间低的栅格单元)的存在[2]。而这些洼地又会导致生成的水流方向不准确，使提取的河网与实测河网有很大的偏差，因此在提取水系前，需要修改DEM中洼地部位的高程数据，以使水流能够流出洼地栅格单元，从而保证从DEM数据中提取的河网是连续的。本文的洼地填平操作采用的是ArcHydroTools中的填挖工具来实现。收稿日期：2009—10—14作者简介：于淼，女，辽宁省交通高等专科学校，讲师；东北大学信息学院。硕士研究生。万方数据第24期于淼等：

6、基于DEM的河网河段编码方法372．2生成水流方向水流方向是指水流流出该栅格单元的指向，流向判断是河网特征提取的关键内容。确定水流方向的算法有很多，一般采用单流向D8算法pJ。D8算法流向的确定是建立在3x3的DEM栅格基础上，假定每个栅格中的水流只有8个可能的流向，分别定义为东、东北、东南、南、西南、西、西北、北和东北，分别用1⋯248、16、32、64和128这8个代码来表示。通过中心栅格单元和周围8个相邻栅格单元之间最大坡度原则来确定水流方向。2．3生成集水面积集水面积是指水流汇入本栅格的所有栅格的面积和，生成集水面积的目的是确定河流网络。根据水流方向矩阵搜索水流路径

7、，采用递归算法，从流域出口栅格开始递归搜索，计算出每一栅格单元的上游集水面积，即得到汇流栅格矩阵。一个栅格的集水面积越大，其汇流能力也就越强，该栅格所代表的地形特征就有可能是水流；反之，集水面积值为0的地方可能代表流域的分水岭”J，由此可以确定河流网络。3河网编码方法在生成河网集水面积数据之后，开始进行河网编码工作。河网编码是生成河网拓扑关系的基础，好的编码方法能够建立简单高效的拓扑关系。本文以河网拓扑结构作为编码的主要依据，以河段作为编码单元，采用数字编制的河流代码。根据生成的集水面积对河网进行从大到小的逐级划分