地理信息系统景海涛12th-2课件.ppt

1、回顾回顾lDTM、DEMl内插内插l地形分析地形分析本次课主要内容本次课主要内容l地形分析地形分析l水文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、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，见表数可用下面的多项式表示，见表 独立项独立项项项次次表面表面性质性质项项数数平面平面1线性线性二次抛物二次抛物面面三次曲面三次曲面四次曲面四次曲面五次曲面五次曲面0aZ YaXa2125243YaXaXYaYXaXYaYaXa29283736314221331241

2、1410XYaYXaYXaYaXa515Xa地地 形形 分分 析析 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。）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）的高程与研究区域或某一流域内最低点高程程zmin之差的平均值定义为该单元的相对高程。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高程变异是反映地表单元格网

3、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。准差与平均高程的比值来表示。高程及变异分析高程及变异分析41)(41kkpzzmin41)(41zpzDkkkzsV/21241)(41kkzpzs基于基于DEMDEM的可视性分析的可视性分析q剖面分析剖面分析q通视分析通视分析 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。通视情况的地形分析。方法：方法：以以O O为观察点，对格网为观察点，对格网DEMDEM或三角网或三角网DEMDEM上的每个点上的每个点判断通视与否，通视赋值为判断通视与否，通视赋值为1 1，不通

4、视赋值为，不通视赋值为0 0。由。由此可形成属性值为此可形成属性值为0 0和和1 1的格网或三角网。即得到以的格网或三角网。即得到以O O为观察点的通视图。为观察点的通视图。以观察点以观察点O O为轴，以一定的方位角间隔算出为轴，以一定的方位角间隔算出0 0到到360360的所有方位线上的通视情况。对于每条方位线，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。样可得出射线状的通视图。基于基于DEMDEM的可视性分析的可视性分析 格网格网DEMDEM为例，为例，O(xO(xo o，y yo

5、 o，z zo o)为观察点，为观察点，P(xP(xp p,y,yp p,z,zp p)为某一格为某一格网点，网点，OPOP与格网的交点为与格网的交点为A A、B B、C C。OPOP的倾角为的倾角为 观察点与各交点的倾角为观察点与各交点的倾角为i i (i(iA,B,C)A,B,C)若若tgtgmax(tgmax(tgi i ,i,iA A、B B、C)C)则则OPOP通视，否则，不通视。通视，否则，不通视。q通视分析关键算法通视分析关键算法 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）。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）。基于基于DEMDEM的可视性分析的可视

6、性分析 可视区分析时，需要创建一个新的点主可视区分析时，需要创建一个新的点主题，并与题，并与DEM或或TIN同时激活，然后按以下同时激活，然后按以下步骤进行：步骤进行：Surface Calculate Viewshed水水 文文 分分 析析水水 系系 模模 型型水文分析水文分析l水流方向提取水流方向提取l汇流累积量计算汇流累积量计算l水流长度计算水流长度计算l河流网络提取河流网络提取l流域分割流域分割.l洼地的识别与处理（无洼地洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）l水流方向确定水流方向确定l河网的生成河网的生成l分水线的识别（山脊、山谷线）分水线的识别（山脊、山谷线）l子流域单元的划分

7、（流域分割）子流域单元的划分（流域分割）水水 系系 模模 型型一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）DEM是比较光滑的地形表面模型，但是由于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，误差以及一些真实地形（如喀斯特地貌）的存在，使得使得DEM表面存在着一些凹限的区域，致使水文分析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，应该首先中得到不合理甚至错误的水流方向。因此，应该首先对原始对原始DEM进行洼地填充，得到无洼地的进行洼地填充，得到无洼地的DEM。步骤：步骤：1.根据水流方向数据计算

8、出洼地区域根据水流方向数据计算出洼地区域2.计算其洼地深度计算其洼地深度3.设定阈值进行洼地填充设定阈值进行洼地填充水水 系系 模模 型型一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）填平前简单洼地填平前简单洼地填平后简单洼地填平后简单洼地填平前复合洼地填平前复合洼地填平后复合洼地填平后复合洼地是否进是否进行填充行填充的依据的依据水水 系系 模模 型型一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）基本概念基本概念l洼地贡献区域洼地贡献区域l洼地深度洼地深度l洼地贡献区域最低高程洼地贡献区域最低高程l洼地贡献区域最大高程（出水口高程）洼地贡

9、献区域最大高程（出水口高程）水水 系系 模模 型型一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）3264128161842l对于每一个格网，水流方向指水对于每一个格网，水流方向指水流离开此栅格的指向。流离开此栅格的指向。l流向是通过中心栅格与邻域栅格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的最大距离权落差来确定l距离权落差是指栅格与邻域栅格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：水流方向提取第一步：水流方向提取ArcToolBox/Spatial Analysis Tools/Hydrology/Flo

10、w DirectionDEM MapFlow Direction Map一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）第二步：洼地计算第二步：洼地计算l通过水流方向判断哪些是洼地，并进行填充。通过水流方向判断哪些是洼地，并进行填充。l注意：注意：并非所有的洼地都是由于数据的误差造成的，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，必须有很多洼地是地表形态的真实反映。因此，必须先先计算洼地深度计算洼地深度，进行判断。再根据阈值进行填充，进行判断。再根据阈值进行填充水水 系系 模模 型型一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无

11、洼地DEM生成）生成）水水 系系 模模 型型先计算洼地深度先计算洼地深度第二步：洼地计算第二步：洼地计算基本概念基本概念l洼地贡献区域洼地贡献区域l洼地深度洼地深度l洼地贡献区域最低高程洼地贡献区域最低高程l洼地贡献区域最大高程（出洼地贡献区域最大高程（出水口高程）水口高程）洼地深度洼地深度=洼地贡献区域最大高程（出水口高程）洼地贡献区域最大高程（出水口高程）-洼地贡献区域最低高洼地贡献区域最低高程程一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）水水 系系 模模 型型第二步：洼地计算第二步：洼地计算l根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取l洼地深度计算

12、洼地深度计算洼地贡献区域洼地贡献区域贡献区域的最低高程贡献区域的最低高程洼地出水口高程洼地出水口高程一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）水水 系系 模模 型型第二步：洼地计算第二步：洼地计算l根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取ArcToolBox/Spatial Analysis Tools/Hydrology/SinkFlow direction mapSink map一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）水水 系系 模模 型型第二步：洼地计算第二步：洼地计算洼地贡献区域（洼地贡献区域（watersh

13、ed）以谷底点为起点，根据邻域高程值采以谷底点为起点，根据邻域高程值采用区域增长算法，找出简单洼地的边用区域增长算法，找出简单洼地的边界线。界线。ArcToolBox/Spatial Analysis Tools/Hydrology/WaterShedFlow direction mapSink mapWaterShed mapl l l根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取l l l洼地深度计算洼地深度计算洼地深度计算洼地深度计算洼地深度计算洼地深度计算 洼地贡献区域洼地贡献

14、区域洼地贡献区域洼地贡献区域洼地贡献区域洼地贡献区域贡献区域的最低高程贡献区域的最低高程洼地出水口高程洼地出水口高程一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）水水 系系 模模 型型第二步：洼地计算第二步：洼地计算一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）水水 系系 模模 型型ArcToolBox/Spatial Analysis Tools/Zonal/Zonal Statistic贡献区域的最低高程贡献区域的最低高程洼地出水口高程洼地出水口高程ArcToolBox/Spatial Analysis Tools/Zonal/Zon

15、al FillZonal Min_Height mapZonal Max_Height mapl l l根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取根据水流方向图进行洼地提取l洼地深度计算洼地深度计算 洼地贡献区域洼地贡献区域洼地贡献区域洼地贡献区域洼地贡献区域洼地贡献区域 贡献区域的最低高程贡献区域的最低高程贡献区域的最低高程贡献区域的最低高程贡献区域的最低高程贡献区域的最低高程 洼地出水口高程洼地出水口高程洼地出水口高程洼地出水口高程洼地出水口高程洼地出水口高程一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与

16、处理（无洼地DEM生成）生成）水水 系系 模模 型型第二步：洼地计算第二步：洼地计算一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）水水 系系 模模 型型第二步：洼地计算第二步：洼地计算洼地深度计算洼地深度计算Spatial Analysis/Raster CalculaterZonal Min_Height mapZonal Max_Height map=Depth_Calculation Map一、洼地的识别与处理（无洼地一、洼地的识别与处理（无洼地DEM生成）生成）水水 系系 模模 型型第三步：洼地填充第三步：洼地填充ArcToolBox/Spatial Ana

17、lysis Tools/Hydrology/FillDEM MapFilled_DEM Map二、汇流累积量二、汇流累积量水水 系系 模模 型型l一个单元的汇流量是其上游单元向其输送的水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流量的总和，可以通过区域汇流量累积累积数值矩阵数值矩阵来实现来实现l算法基本思想：假定以规则格网表示的算法基本思想：假定以规则格网表示的DEM中中每点处有一个单位的水量，按照水往低处流的规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的上游水流直接或间接

18、直接或间接地流向该栅格单元的栅格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数目（水流量），由此可得到区域汇流累积数值矩阵。矩阵。3264128161842二、汇流累积量二、汇流累积量水水 系系 模模 型型72726971584974675649465069534437384864585522312468614721161974533412111222244822244811248412812812482214441111416000000011220037540000200100012400247352原始原始DEM水流方向矩阵水流方向矩阵汇流量累积矩阵汇流量累积矩阵22

19、244822244811248412812812482214441111416000000011220037540000200100012400247351水流方向矩阵水流方向矩阵汇流量累积矩阵汇流量累积矩阵3264128161842二、汇流累积量二、汇流累积量水水 系系 模模 型型ArcToolBox/Spatial Analysis Tools/Hydrology/Fill Accumulationl无洼地无洼地DEM生成生成l生成水流方向生成水流方向l计算汇流累积量计算汇流累积量无洼地生成的水流方向图无洼地生成的水流方向图汇流累积量汇流累积量22244822244811248412812

20、812482214441111416河网的提取河网的提取l汇流量累积矩阵中每个单元汇流量累积矩阵中每个单元中的值表示其民对应的单元中的值表示其民对应的单元的汇流量，具有高汇流量的的汇流量，具有高汇流量的栅格单元可认为是河流的位栅格单元可认为是河流的位置。置。l河网的提取就是把那些具有河网的提取就是把那些具有高汇流量的栅格单元提取出高汇流量的栅格单元提取出来来000000011220037540000200100012400247351河网的提取算法河网的提取算法1.生成汇流量累积矩阵；生成汇流量累积矩阵；2.设定阈值：汇流量累积值大于该阈设定阈值：汇流量累积值大于该阈值，那么该栅格位于河道上，

21、进行值，那么该栅格位于河道上，进行提取；提取；3.栅格河网的生成栅格河网的生成:lMap Algebra/Multi Map Output/Con、Setnull命令进行命令进行有条件的查询得到栅格河网；有条件的查询得到栅格河网；l也可以利用也可以利用Spatial Analysis/Raster Calculator计计算。算。4.栅格河网矢量化：栅格河网矢量化：Hydrology/Stream to Feature汇流量累积矩阵汇流量累积矩阵上图假定阈值为上图假定阈值为3子流域的划分（流域的分割）子流域的划分（流域的分割）流域（流域（Watershed）又称）又称集水区域集水区域：是指流经

22、其中：是指流经其中的水流和其他物质从一个的水流和其他物质从一个公共的出水口排出从而形公共的出水口排出从而形成的一个集中的排水区域。成的一个集中的排水区域。也可以用盆地（也可以用盆地（basin）、）、集水盆地（集水盆地（catchment）、）、水流区域（水流区域（contributing area）来描述。）来描述。子流域的划分（流域的分割）子流域的划分（流域的分割）子流域划分的算法思想：子流域划分的算法思想：1.确定出水点：记录潜在但并确定出水点：记录潜在但并不准确的小级别流域出水口位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栅格点，即为小级别流域的出水点；水点；2.子流域生成：搜索该出水点子流域生成：搜索该出水点上游所有流过该出水口的栅格，上游所有流过该出水口的栅格，直到边界，即分水线。直到边界，即分水线。000000011220037540000200100012400247351