溝谷網(wǎng)絡(luò)分析畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取是GIS水文分析的主要內(nèi)容，對(duì)于溝谷網(wǎng)絡(luò)的空間信息提取與專題特征分析是水文分析和溝谷網(wǎng)絡(luò)形態(tài)特征研究的主要內(nèi)容。DEM是目前主要的空間數(shù)據(jù)類型，也是進(jìn)行地形、水文等專題空間分析的主要數(shù)據(jù)源?；贒EM數(shù)據(jù)進(jìn)行溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取與分析是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)；然而，由于地形地貌的復(fù)雜性與區(qū)域性特征、DEM數(shù)據(jù)的多尺度、綜

2、合性特征的原因，基于DEM進(jìn)行溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取和分析亟待進(jìn)行深入的特征分析與探討。</p><p>　　在論文中，首先獲取了不同區(qū)域DEM數(shù)據(jù)，根據(jù)論文研究的需要，完成了DEM數(shù)據(jù)的格式、投影轉(zhuǎn)換等預(yù)處理操作；運(yùn)用GIS的追蹤分析、水文分析方法，完成了基于DEM的溝谷網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)計(jì)算，同時(shí)計(jì)算獲取了不同空間區(qū)域的水文屬性信息；基于獲取的不同空間區(qū)域的水文信息，運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析了不同地貌區(qū)的溝谷網(wǎng)絡(luò)結(jié)

3、構(gòu)與水文特征。</p><p>　　論文采用的研究方法和取得的研究成果是GIS空間分析方法應(yīng)用于溝谷特征研究的重要實(shí)踐，具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：DEM；溝谷分級(jí)；水文分析；匯流累積量.</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Valley ne

4、twork extraction is the main content of GIS hydrological analysis. The main contents of the hydrological analysis is to extract the valley networks and thematic characteristics of spatial information analysis. DEM is one

5、 of the main spatial data currently. Also, it is the main data source of the topographical, hydrological and other topics spatial analysis. Currently, DEM data extraction and analysis of valley networks is a hot research

6、 topic. However, because of the complexity of the t</p><p>　　In the paper, first get the different regions of the DEM data. According to the needs of thesis, completed the DEM data format conversion preproce

7、ssing operations projection. Using tracking analysis and hydrological analysis of GIS, to solve the problem of coordinate conversion on DEM data. While computing the hydrological properties of the different space area in

8、formation. Based on different space area of hydrological information, using mathematical statistics method, analyzed the network struc</p><p>　　Paper use the research methods and research results is the gulc

9、h features of GIS space analysis method is applied to study the important practice, has an important significance in theory research and practical application value.</p><p>　　Key Words：DEM; Valley classifica

10、tion; Hydrological analysis; Flow accumulation.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　目 錄3</b&

11、gt;</p><p><b>　　1 引言4</b></p><p>　　1.1 基本概念4</p><p>　　1.2 研究目的及意義5</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀6</p><p>　　1.4 研究的主要內(nèi)容7</p><p>　　1.5 研

12、究采取的主要方法及路線7</p><p><b>　　2 研究基礎(chǔ)10</b></p><p>　　2.1 溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)及相關(guān)知識(shí)10</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)區(qū)域及數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介11</p><p>　　2.3 軟件簡(jiǎn)介12</p><p>　　3 基于DEM的溝谷網(wǎng)絡(luò)空間信息提取

13、14</p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理14</p><p>　　3.2 水流方向提取16</p><p>　　3.3 無(wú)洼地DEM生成18</p><p>　　3.4 匯流累計(jì)量與溝谷的計(jì)算22</p><p>　　4 不同空間區(qū)域的溝谷網(wǎng)絡(luò)特征分析28</p><p>　

14、　4.1 基于分級(jí)溝谷網(wǎng)絡(luò)提取基本信息數(shù)據(jù)28</p><p>　　4.2 結(jié)果分析29</p><p>　　5 結(jié)論和相關(guān)問(wèn)題分析34</p><p><b>　　5.1結(jié)論34</b></p><p>　　5.2 設(shè)計(jì)過(guò)程中主要問(wèn)題及解決方案34</p><p><b>　

15、　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　附錄39</b></p><p>　　附錄1：英文原文40</p><p>　　附錄2：中文譯文41</p><p><b>　　1 引言<

16、/b></p><p><b>　　1.1 基本概念</b></p><p><b>　　1.1.1 DEM</b></p><p>　　地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，簡(jiǎn)稱GIS）是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。其存儲(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過(guò)地理編碼的，地理位置

17、及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。是描述、存儲(chǔ)、和輸出空間信息的理論和方法，是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model),簡(jiǎn)稱DEM【1】。它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地 面高程的一種實(shí)體地面模型，是數(shù)字地形模型(Digital Terrain Model，簡(jiǎn)稱DTM)的一個(gè)

18、分支，其它各種地形特征值均可由此派生。一般認(rèn)為，DTM是描述包括高程在內(nèi)的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等因子 在內(nèi)的線性和非線性組合的空間分布，其中DEM是零階單純的單項(xiàng)數(shù)字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度變化率等地貌特性可在DEM的基礎(chǔ)上派生。</p><p>　　1.1.2 河網(wǎng)分級(jí)和流域</p><p>　　河網(wǎng)分級(jí)是對(duì)一個(gè)線性的河流網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字標(biāo)識(shí)的形式劃分級(jí)別。在地貌學(xué)中

19、，對(duì)河流的分級(jí)是根據(jù)河流的流量、形態(tài)等因素進(jìn)行。不同級(jí)別的河網(wǎng)所代表的匯流累積量不同，級(jí)別越高，匯流累積量越大，一般是主流，而那些級(jí)別較低的河網(wǎng)則是支流。這對(duì)于研究水流的運(yùn)動(dòng)、匯流模式，及水土保持等具有重要的意義。</p><p>　　流域（watershed）又稱集水區(qū)域，是指流經(jīng)其中的水流和其它物質(zhì)從一個(gè)公共的出水口排出從而形成的一個(gè)集中的排水區(qū)域。也可以用流域盆地（basin）、集水盆地（catchment

20、）或水流區(qū)域（contributing area）等來(lái)描述流域。Watershed數(shù)據(jù)顯示了區(qū)域內(nèi)每個(gè)流域匯水面積的大小【2】。匯水面積是指從某個(gè)出水口（或點(diǎn)）流出的河流的總面積。出水口（或點(diǎn)）即流域內(nèi)水流的出口，是整個(gè)流域的最低處。流域間的分界線即為分水嶺。分水線包圍的區(qū)域稱為一條河流或水系的流域，流域分水線所包圍的區(qū)域面積就是流域面積。</p><p>　　1.1.3 STRAHLER和SHEVE分級(jí)方法&l

21、t;/p><p>　　Strahler分級(jí)是指劃分水系支流規(guī)模大小和相互關(guān)系的等級(jí)。在1：5萬(wàn)地形圖或航空照片上可以辨認(rèn)出的最小水系（大于1厘米）稱為一級(jí)水系（1st order stream），兩條以上一級(jí)水系或一級(jí)水系與二級(jí)水系匯合后構(gòu)成的水系稱為二級(jí)水系（2nd order stream）。這兩級(jí)水系通常接近分水嶺。兩條二級(jí)水系或二級(jí)水系與三級(jí)水系匯合后構(gòu)成的水系稱為三級(jí)水（3rdorder stream）。這

22、種命名方法使不同圖幅上同一級(jí)別的水系可以互相比較，不會(huì)發(fā)生水系級(jí)別劃分上的錯(cuò)誤。</p><p>　　Shreve分級(jí)的第1級(jí)河網(wǎng)的定義與Strahler分級(jí)是相同的，所不同的是以后的分級(jí)，兩級(jí)1級(jí)河網(wǎng)弧段匯流而成的河網(wǎng)弧段為2級(jí)河網(wǎng)弧段，那么對(duì)于以后更高級(jí)別的河網(wǎng)弧段，其級(jí)別的定義是由其匯入河網(wǎng)弧段的級(jí)別之和，當(dāng)一條3級(jí)河網(wǎng)弧段和一條4級(jí)河網(wǎng)弧段匯流而成的新的河網(wǎng)弧段的級(jí)別為7，這種河網(wǎng)分級(jí)到最后出水口的位置時(shí)

23、，其河網(wǎng)的級(jí)別數(shù)剛好是該河網(wǎng)中所有的1級(jí)河網(wǎng)弧段的個(gè)數(shù)[3]。 </p><p>　　1.2 研究目的及意義</p><p>　　數(shù)字高程模型（DEM）是地面高程屬性空間分布的有序數(shù)值陣列，其中蘊(yùn)含著豐富的地貌地形信息，能有效的反映區(qū)域的基本地形空間分布規(guī)律和地貌特征。利用DEM分析地形和水文的方法日益成熟，可以提取所研究區(qū)域的各種地形因子，溝谷水系和拓?fù)潢P(guān)系，并能夠生成相應(yīng)的水流累積來(lái)進(jìn)

24、行地表徑流模擬研究。</p><p>　　基于DEM的溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取是GIS水文分析的主要內(nèi)容，對(duì)于溝谷網(wǎng)絡(luò)的空間信息提取與專題特征分析是水文分析和溝谷網(wǎng)絡(luò)形態(tài)特征研究的主要內(nèi)容。DEM是目前主要的空間數(shù)據(jù)類型，也是進(jìn)行地形、水文等專題空間分析的主要數(shù)據(jù)源。基于DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取與分析是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)；然而，由于地形地貌的復(fù)雜性與區(qū)域性特征、DEM數(shù)據(jù)的多尺度、綜合性特征的原因，基于DEM進(jìn)行溝谷網(wǎng)

25、絡(luò)的提取和分析亟待進(jìn)行深入的特征分析與探討。</p><p>　　本研究基于多區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)，在實(shí)現(xiàn)溝谷網(wǎng)絡(luò)空間形態(tài)信息提取的基礎(chǔ)上，分別計(jì)算和獲取溝谷網(wǎng)絡(luò)的多元專題信息，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行不同地貌區(qū)的溝谷網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與水文特征的分析。從而提取出各個(gè)河網(wǎng)分級(jí)與數(shù)目匯流累積量之間的相互關(guān)系。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)

26、研究現(xiàn)狀</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，近10多年來(lái)，我們做了很多相關(guān)的研究項(xiàng)目，很多研究機(jī)構(gòu)也有與之相關(guān)的研究課題。同時(shí)，溝谷河網(wǎng)分析的延伸項(xiàng)目也一直蓬勃的發(fā)展，比如利用反向思維可以進(jìn)行山脊線的提取研究，鞍部的提取等。</p><p>　　1.3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 </p><p>　　在國(guó)外，主要是美國(guó)等國(guó)家在水文分析溝谷網(wǎng)絡(luò)分析方面的發(fā)展進(jìn)程</p>

27、<p>　　最近一段時(shí)期美國(guó)的水文分析方面已經(jīng)可以做到精確評(píng)價(jià)區(qū)域地下水資源量，滿足不斷增長(zhǎng)的供水需求；防治地下水開采所引發(fā)的各種環(huán)境問(wèn)題 ,如地面沉降、海水入侵、地下水污染等。</p><p>　　鑒于我國(guó)水文數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展較慢．而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已取得了一系列的成果。美國(guó)、俄羅斯、歐盟、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)的水文數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)現(xiàn)狀及相應(yīng)的產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)?shù)碾A段，通過(guò)整理和分析得出結(jié)論，這些國(guó)家和地區(qū)已制定

28、了共享數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，并完善、整合數(shù)據(jù)庫(kù)中已存儲(chǔ)的水文數(shù)據(jù)，提供了高效的水文水資源信息服務(wù)平臺(tái)，從而為我國(guó)水文數(shù)據(jù)共享和水文數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)提供寶貴資料，促進(jìn)水文信息化的發(fā)展。 </p><p>　　1.4 研究的主要內(nèi)容</p><p>　　不同空間區(qū)域DEM數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理：主要包括DEM數(shù)據(jù)的來(lái)源獲取，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，投影坐標(biāo)，分辨率等前期工作</p><p>　　1

29、、基于DEM的溝谷網(wǎng)絡(luò)空間信息提取</p><p>　　主要指基于DEM提取溝谷網(wǎng)絡(luò)的方法與基本步驟，主要包括：水流方向提取、洼地計(jì)算、洼地深度計(jì)算、洼地填充、匯流累計(jì)量的計(jì)算，計(jì)算溝谷長(zhǎng)度，溝谷的生成和提取，溝谷分級(jí)的生成。</p><p>　　2、不同空間區(qū)域的溝谷網(wǎng)絡(luò)特征分析</p><p>　　基于獲取的溝谷網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)，運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)的方法研究溝谷網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

30、特征；同時(shí)，對(duì)于不同地貌區(qū)的溝谷進(jìn)行深入的分析與探討。從而得出最終結(jié)果，然后進(jìn)行分析工作，最終得出結(jié)論。</p><p>　　1.5 研究采取的主要方法及路線</p><p>　　1.5.1 研究方法</p><p>　　1、GIS的空間分析</p><p>　　空間分析是對(duì)分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱。根據(jù)作用的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，可以分為：1.基

31、于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算；2。基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算；3.空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算?？臻g分析賴以進(jìn)行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，其運(yùn)用的手段包括各種幾何的邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間的實(shí)際問(wèn)題，提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，特別是隱含信息，以輔助決策。</p><p><b>　　GIS水文分析方法</b></p><p>

32、;　　Gis水文分析方法使用DEM數(shù)據(jù)派生其他水文特征：提取河流網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)劃分流域，這是描述某一地區(qū)水文特征的重要因素。水文分析是DEM 數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面。利用DEM 生成的集水流域和水流網(wǎng)絡(luò)，成為大多數(shù)地表水文分析模型的主要輸入數(shù)據(jù)。表面水文分析模型研究與地表水流有關(guān)的各種自然現(xiàn)象例如洪水水位及泛濫情況，劃定受污染源影響的地區(qū)，預(yù)測(cè)當(dāng)某一地區(qū)的地貌改變時(shí)對(duì)整個(gè)地區(qū)將造成的影響等。</p><p>　　空間

33、統(tǒng)計(jì)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法</p><p>　　數(shù)學(xué)的一門分支學(xué)科。它以概率論為基礎(chǔ)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究導(dǎo)出其概念規(guī)律性(即統(tǒng)計(jì)規(guī)律)。它主要研究隨機(jī)現(xiàn)象中局部(字樣)與整體(母體)之間。以及各有關(guān)因素之間相互聯(lián)系的規(guī)律性。它主要是利用樣本的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤、變異系數(shù)率、均方、檢驗(yàn)推斷、相關(guān)、回歸、聚類分析、判別分析、主成分分析、正交試驗(yàn)、模糊數(shù)學(xué)和灰色系統(tǒng)理論等有關(guān)統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)

34、和測(cè)量、調(diào)查所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)分6f研究得到所需結(jié)果的一種科學(xué)方法。它要求具有隨機(jī)性，而且數(shù)據(jù)必須真實(shí)可靠，這是進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)。這種方法不可借助計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行，亦更能達(dá)到快速、準(zhǔn)確和實(shí)施大量計(jì)算的目的。 </p><p>　　1.5.2 技術(shù)路線</p><p>　　圖1-1 技術(shù)路線圖</p><p><b>　　2 研究基礎(chǔ)</b>&l

35、t;/p><p>　　2.1 溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)及相關(guān)知識(shí)</p><p>　　2.1.1溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)</p><p>　　溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)是對(duì)一個(gè)線性的溝谷網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字標(biāo)識(shí)的形式劃分級(jí)別。在地貌學(xué)中，對(duì)溝谷的分級(jí)是根據(jù)溝谷的流量、形態(tài)等因素進(jìn)行。不同級(jí)別的溝谷所代表的匯流累積量不同，級(jí)別越高，匯流累積量越大，一般是主流，而那些級(jí)別較低的溝谷網(wǎng)絡(luò)則是支流。這對(duì)于研究水流的運(yùn)動(dòng)、匯流

36、模式，及水土保持等具有重要的意義。</p><p>　　2.1.2 溝谷分級(jí)的具體分類方法</p><p>　　Strahler分級(jí)是指劃分水系支流規(guī)模大小和相互關(guān)系的等級(jí)。在1：5萬(wàn)地形圖或航空照片上可以辨認(rèn)出的最小水系（大于1厘米）稱為一級(jí)水系（1st order stream），兩條以上一級(jí)水系或一級(jí)水系與二級(jí)水系匯合后構(gòu)成的水系稱為二級(jí)水系（2nd order stream）。這兩

37、級(jí)水系通常接近分水嶺。兩條二級(jí)水系或二級(jí)水系與三級(jí)水系匯合后構(gòu)成的水系稱為三級(jí)水系（3rdorder stream）。這種命名方法使不同圖幅上同一級(jí)別的水系可以互相比較，不會(huì)發(fā)生水系級(jí)別劃分上的錯(cuò)誤。</p><p>　　Shreve 分級(jí)的第 1 級(jí)河網(wǎng)的定義與Strahler 分級(jí)是相同的，所不同的是以后的分級(jí)，兩條1 級(jí)河網(wǎng)弧段匯流而成的河網(wǎng)弧段為2 級(jí)河網(wǎng)弧段，那么對(duì)于以后更高級(jí)別的河網(wǎng)弧段，其級(jí)別的定義

38、是由其匯入河網(wǎng)弧段的級(jí)別之和，當(dāng)一條3 級(jí)河網(wǎng)弧段和一條4級(jí)河網(wǎng)弧段匯流而成的新的河網(wǎng)弧段的級(jí)別為 7，這種河網(wǎng)分級(jí)到最后出水口的位置時(shí)，其河網(wǎng)的級(jí)別數(shù)剛好是該河網(wǎng)中所有的1 級(jí)河網(wǎng)弧段的個(gè)數(shù)[3]。 </p><p>　　圖2-1 strahler分級(jí)和shreve分級(jí)示意圖</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)區(qū)域及數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介</p><p>　　2.2.1 實(shí)驗(yàn)

39、區(qū)介紹</p><p>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取的是全國(guó)范圍內(nèi)的幾個(gè)重點(diǎn)區(qū)域，經(jīng)緯度起始點(diǎn)分別如表2-1所列。涉及東北地區(qū)、華北地區(qū)、華南地區(qū)幾乎包括全國(guó)范圍。</p><p>　　表2-1 實(shí)驗(yàn)研究區(qū)域地理位置信息表</p><p>　　2.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介</p><p>　　試驗(yàn)所用數(shù)據(jù)為Aster DEM數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)為3601*3

40、601，數(shù)據(jù)格式為Grid，所采用的投影坐標(biāo)是西安80坐標(biāo)系，數(shù)據(jù)空間分辨率大小為30米。</p><p><b>　　2.3 軟件簡(jiǎn)介</b></p><p>　　2.3.1 ArcGIS</p><p>　　ArcGIS產(chǎn)品線為用戶提供一個(gè)可伸縮的，全面的GIS平臺(tái)。ArcObjects包含了大量的可編程組件，從細(xì)粒度的對(duì)象（例如，單個(gè)的幾

41、何對(duì)象）到粗粒度的對(duì)象（例如與現(xiàn)有ArcMap文檔交互的地圖對(duì)象）涉及面極廣，這些對(duì)象為開發(fā)者集成了全面的GIS功能。每一個(gè)使用ArcObjects建成的ArcGIS產(chǎn)品都為開發(fā)者提供了一個(gè)應(yīng)用開發(fā)的容器，包括桌面GIS（ArcGIS Desktop），嵌入式GIS（ArcGIS Engine）以及服務(wù)端GIS（ArcGIS Server）。主要進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)的獲取和格式轉(zhuǎn)換。</p><p>　　軟件的作用：在

42、本文中主要應(yīng)用了ArcGis的水文分析模塊。應(yīng)用水文分析模塊對(duì)所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行水流方向，匯流累積量，河網(wǎng)以及流域的數(shù)據(jù)的提取，并且運(yùn)用ArcGis中的柵格計(jì)算器模塊進(jìn)行計(jì)算分析。</p><p>　　2.3.2 ENVI </p><p>　　ENVI——完整的遙感圖像處理平臺(tái)ENVI(The Environment for Visualizing Images)是美國(guó)Exelis Vis

43、ual Information Solutions公司的旗艦產(chǎn)品。它是由遙感領(lǐng)域的科學(xué)家采用交互式數(shù)據(jù)語(yǔ)言IDL(Interactive Data Language)開發(fā)的一套功能強(qiáng)大的遙感圖像處理。它是快速、便捷、準(zhǔn)確地從影像中提取信息的首屈一指的軟件解決方案。今天，眾多的影像分析師和科學(xué)家選擇ENVI來(lái)從遙感影像中提取信息。ENVI已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、環(huán)境保護(hù)、氣象、石油礦產(chǎn)勘探、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、醫(yī)學(xué)、國(guó)防&安全、地球科學(xué)、公用

44、設(shè)施管理、遙感工程、水利、海洋、測(cè)繪勘察和城市與區(qū)域規(guī)劃等領(lǐng)域。</p><p>　　軟件的作用：在本文中主要運(yùn)用ENVI軟件進(jìn)行原始數(shù)據(jù)投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，由于原始數(shù)據(jù)的投影坐標(biāo)是WGS-84，與我們數(shù)據(jù)處理所要求的投影坐標(biāo)并不一致，所以需要進(jìn)行投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。而ArcGis軟件并不能很好的完成這一目標(biāo)，所以用ENVI軟件進(jìn)行這一項(xiàng)目。</p><p>　　2.3.2 EXCEL軟件<

45、/p><p>　　Microsoft Excel是微軟公司的辦公軟件Microsoft office的組件之一，是由Microsoft為Windows和Apple Macintosh操作系統(tǒng)的電腦而編寫和運(yùn)行的一款試算表軟件。Excel 是微軟辦公套裝軟件的一個(gè)重要的組成部分，它可以進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)分析和輔助決策操作，廣泛地應(yīng)用于管理、統(tǒng)計(jì)財(cái)經(jīng)、金融等眾多領(lǐng)域。</p><p>　　E

46、xcel中大量的公式函數(shù)可以應(yīng)用選擇，使用Microsoft Excel可以執(zhí)行計(jì)算，分析信息并管理電子表格或網(wǎng)頁(yè)中的數(shù)據(jù)信息列表與數(shù)據(jù)資料圖表制作，可以實(shí)現(xiàn)許多方便的功能，帶給使用者方便。</p><p>　　與其配套組合的有：Word、PowerPoint、Access、InfoPath及Outlook,Publisher</p><p>　　現(xiàn)在Excel2013、2010[1]、2

47、007和老一點(diǎn)的Excel2003較為多見，Excel2002版本用的不是很多。比Excel2000老的版本很少見了。最新的版本增添了許多功能。使Excel功能更為強(qiáng)大。</p><p>　　Excel2003支持VBA編程，VBA是Visual Basic For Application的簡(jiǎn)寫形式。VBA的使用可以達(dá)成執(zhí)行特定功能或是重復(fù)性高的操作。</p><p>　　軟件的作用：由于

48、本論文的后期需要運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析工作，而這一方面就要用Excel軟件進(jìn)行。包括數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，分析，函數(shù)的運(yùn)算，折線圖趨勢(shì)圖的繪制等。</p><p>　　3 基于DEM的溝谷網(wǎng)絡(luò)空間信息提取</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取分析需要先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行河網(wǎng)的分析提取等前期工作，然后進(jìn)行strahler分級(jí)和shreve分級(jí)，最后進(jìn)行分析。</p><

49、;p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理</p><p>　　3.1.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)數(shù)據(jù)的獲取</p><p>　　本研究課題所需要的數(shù)據(jù)為DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，主要來(lái)源為網(wǎng)上獲取</p><p>　　①國(guó)外網(wǎng)站來(lái)源有2009NASA發(fā)布的最新Aeter DEM數(shù)據(jù) 采樣精度達(dá)到30m分辨率</p><p>　　https://wist.echo.

50、nasa.gov/wistbin/api/ims.cgi?mode=MAINSRCH&JS=1</p><p>　?、趪?guó)內(nèi)網(wǎng)站來(lái)源為用戶已經(jīng)整理好的國(guó)內(nèi)Aster DEM數(shù)據(jù)</p><p>　　https://skydrive.live.com/?cid=6951EF63E0606481&id=6951EF63E0606481%21121</p><p

51、>　　下載的DEM數(shù)據(jù)是tiff格式 坐標(biāo)系為WGS84 分辨率20~30米不等 16Bite 3601*3601，一共下載了8組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)基本信息表2.1內(nèi)容所列。</p><p>　　3.1.2坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換</p><p>　　本研究進(jìn)行轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系是在ENVI中進(jìn)行的，轉(zhuǎn)換的內(nèi)容是WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)成西安80坐標(biāo)系，具體操作步驟如下：</p><p>&l

52、t;b>　　1、添加橢球體</b></p><p>　　語(yǔ)法為 <橢球體名稱>,<長(zhǎng)半軸>,<短半軸>。這里將“Krasovsky，6378245.0，6356863.0”和“IAG-75，6378140.0，6356755.3”加入ellipse.txt末端。</p><p>　　注：ellipse.txt文件中已經(jīng)有了克拉索夫斯基橢

53、球，由于翻譯原因，這里的英文名稱是Krassovsky，為了讓其他軟件平臺(tái)識(shí)別，這里新建一個(gè)Krasovsky橢球體。</p><p><b>　　第二步、添加基準(zhǔn)面</b></p><p>　　語(yǔ)法為<基準(zhǔn)面名稱>,<橢球體名稱>,<平移三參數(shù)>。</p><p>　　這里將“D_BEIJING_1954,

54、 Krasovsky, -12, -113, -41”和“D_Xian_1980,IAG-75,0,0,0”加入datum.txt 末端。 </p><p><b>　　第三步、定義坐標(biāo)</b></p><p>　　在ENVI任何用到投影坐標(biāo)的功能模塊中都可以新建坐標(biāo)系(在任何地圖投影選擇對(duì)話框中，點(diǎn)擊“New”按鈕。)，這里我們選擇Map->Customize

55、 Map Projection，添加一個(gè)20度帶（6度）的坐標(biāo)，添加的參數(shù)如下圖所示。</p><p>　　圖3-1 定義坐標(biāo)緯度帶</p><p>　　選擇Projection->Add New Projection, 將投影添加到 ENVI 所用的投影列表中。選擇 File > Save Projections，存儲(chǔ)新的或更改過(guò)的投影信息。這樣一個(gè)新的投影坐標(biāo)就新建完成。&

56、lt;/p><p>　　打開map_proj.txt，可以看到新建的坐標(biāo)信息已經(jīng)自動(dòng)加入。</p><p><b>　　第四步 使用坐標(biāo)系</b></p><p>　　利用自定義坐標(biāo)系將一副WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為西安80坐標(biāo)系。</p><p>　　由于數(shù)據(jù)的投影信息不是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或者說(shuō)其參數(shù)名稱不是標(biāo)準(zhǔn)的，所以在ENVI中有

57、可能不能讀取數(shù)據(jù)的投影信息，這個(gè)時(shí)候就需要重新設(shè)定投影信息。</p><p>　　打開數(shù)據(jù)文件，在Available Bands List中選擇文件，點(diǎn)擊右鍵打開Header Info，在Edit Attributes中選擇Map Info。選擇Change Projection，將前面定義好的WGS84坐標(biāo)選上。這樣在影像的map info里面就可以看到投影信息了。</p><p>　　

58、選擇Map->Convert Map Projecton,進(jìn)行西安80的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　打開轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，可以看到Map Info中投影信息已經(jīng)更新，起始點(diǎn)的坐標(biāo)也不一樣，有幾米的差別，這也符合WGS84和西安80存在百米范圍內(nèi)的系統(tǒng)誤差。</p><p>　　3.1.3 格式轉(zhuǎn)換——TIFF轉(zhuǎn)換GRID格式</p><p>　　由于應(yīng)用要求需

59、要GRID格式文件，而下載的文件格式為Tiff格式，所以需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，這在ArcGIS中就可以實(shí)現(xiàn)，方法很簡(jiǎn)單：打開所需要轉(zhuǎn)換的文件，單擊右鍵菜單中的Data選下拉菜單中的Export Data， 彈出對(duì)話框Export Raster Data ，然后在Location中選擇一個(gè)保存位置， Format中選擇Grid，就可以實(shí)現(xiàn)Tiff到Grid的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.2 水流方向提取</p&

60、gt;<p>　　水流方向是指水流離開每一個(gè)柵格單元時(shí)的指向。在ArcGIS 中通過(guò)將中心柵格的8 個(gè)鄰域柵格編碼，水流方向便可以其中的某一值來(lái)確定，柵格方向編碼如下表所示。</p><p>　　圖3-2 水流方向的柵格編碼</p><p>　　例如：如果中心柵格的水流流向左邊，則其水流方向被賦值為16。輸出的方向值以2 的冪值指定是因?yàn)榇嬖跂鸥袼?方向不能確定的情況，此時(shí)

61、須將數(shù)個(gè)方向值相加，這樣在后續(xù) 處理中從相加結(jié)果便可以確定相加時(shí)中心柵格的鄰域柵格狀況。 </p><p>　　水流的流向是通過(guò)計(jì)算中心柵格與鄰域柵格的最大距離權(quán)落差來(lái)確定。距離權(quán)落差是指中心柵格與鄰域柵格的高程差除以兩柵格間的距離，柵格間的距離與方向有關(guān)，如果鄰域柵格對(duì)中心柵格的方向值為2、8、32、128，則柵格間的距離為2 的開平方根，否則距離為1。 </p><p>　　ArcGI

62、S 中的水流方向是利用D8 算法，也就是最大距離權(quán)落差（最大坡降法）來(lái)計(jì)算水流方向的。具體計(jì)算步驟如下：</p><p>　　1. 在ArcMap 中用左鍵單擊ArcToolbox 圖標(biāo)，啟動(dòng)ArcToolbox。</p><p>　　2. 打開水文分析模塊。啟動(dòng)ArcToolbox，展開Analysis Tools 工具箱，打開hydrology 工具集。 </p><

63、;p>　　3. 雙擊Flow Direction 工具，打開如圖所示水流方向（Flow Direction） 計(jì)算對(duì)話框。</p><p>　　（1） Input surface data文本框中選擇輸入數(shù)據(jù)dem。 </p><p>　?。?） Output flow direction raster文本 框中命名計(jì)算出來(lái)的水流方向文件名為flowdir，并選擇保存路徑。 <

64、/p><p>　?。?） 在Force all edge cells to flow outward(Optional)前的復(fù)選框前打鉤，所有在DEM數(shù)據(jù)邊緣的柵格的水流方向全部是流出DEM數(shù)據(jù)區(qū)域。默認(rèn)為不選擇。這一步為可選步驟。 </p><p>　　（4） drop raster輸出。drop raster是該柵格在其水流方向上與其臨近的柵格之間的高程差與距離的比值，以百分比的形式記錄。

65、它反映了在整個(gè)區(qū)域中最大坡降的分布情況。這一步為可選步驟。 </p><p>　?。?） 單擊OK，進(jìn)行水流方向計(jì)算過(guò)程。 </p><p>　　（6） 計(jì)算完成后，計(jì)算出的水流方向數(shù)據(jù)如下圖所示。</p><p>　　圖3-3 計(jì)算出來(lái)的水流方向圖</p><p>　　3.3 無(wú)洼地DEM生成</p><p>　　3

66、.3.1 計(jì)算水流方向</p><p>　　同3.1步驟一樣計(jì)算出所有8個(gè)區(qū)域的水流方向</p><p>　　3.3.2 洼地計(jì)算</p><p>　　洼地區(qū)域是水流方向不合理的地方，可以通過(guò)水流方向來(lái)判斷那些地方是洼地，然后再對(duì)洼地進(jìn)行填充。有一點(diǎn)必須清楚的是，并不是所有的洼地區(qū)域都是由于數(shù)據(jù)的誤差造成的，有很多洼地區(qū)域也是地表形態(tài)的真實(shí)反映，因此，在進(jìn)行洼地填充

67、之前，必須計(jì)算洼地深度，判斷哪些地區(qū)是由于數(shù)據(jù)誤差造成的洼地而哪些地區(qū)又是真實(shí)的地表形態(tài)， 然后在進(jìn)行洼地填充的過(guò)程中，設(shè)置合理的填充閾值。</p><p>　?。?）雙擊hydrology工具集中的Sink工具，彈出洼地計(jì)算對(duì)話框。 </p><p>　　（2） 在Input flow direction raster文本框中，選擇水流方向數(shù)據(jù)flowdir。</p>&l

68、t;p>　　（3）在Output raster文本框中，選擇存放的路徑以及重新命名輸出文件為sink。 </p><p>　　（4） 單擊OK進(jìn)行洼地計(jì)算。結(jié)果如下圖所示，深色的區(qū)域是洼地。</p><p>　　圖3-4 計(jì)算出來(lái)的洼地區(qū)域</p><p>　　3.3.3洼地深度計(jì)算</p><p>　　（1） 雙擊hydrology

69、工具集中的watershed工具，彈出流域計(jì)算對(duì)話框，用來(lái)計(jì)算洼地的貢獻(xiàn)區(qū)域。 </p><p>　　（2） 在Input flow direction raster文本框中選擇水流方向數(shù)據(jù)flowdir，在Input raster or feature pour point文本框中輸入洼地?cái)?shù)據(jù)sink，在pour point field文本框中選擇value。 </p><p>　　（3

70、） 在Output raster文本框中設(shè)置輸出數(shù)據(jù)的名稱為watershsink。</p><p>　?。?） 單擊OK，進(jìn)行洼地貢獻(xiàn)區(qū)域的計(jì)算。顯示結(jié)果如圖所示。</p><p>　　圖3-5 計(jì)算出來(lái)的洼地貢獻(xiàn)區(qū)域</p><p>　?。?） 計(jì)算每個(gè)洼地所形成的貢獻(xiàn)區(qū)域的最低高程。雙擊spatial analysis tools工具箱中zonal工具集下的z

71、onal statistic工具。 </p><p>　　1） 在Input raster or feature zonal data 文本框中選擇洼地貢獻(xiàn)區(qū)域數(shù)據(jù) watershsink； </p><p>　　2）在Input value raster 文本框中輸入希望進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)層，現(xiàn)在需要統(tǒng)計(jì)洼地貢獻(xiàn)區(qū)域的最低高程，選dem作為value raster。 </p>

72、<p>　　3） 在Output raster文本框中將輸出數(shù)據(jù)文件命名為zonalmin，存放路徑保持不變。 </p><p>　　4） 統(tǒng)計(jì)類型選擇。在統(tǒng)計(jì)類型選擇的下拉菜單中有軟件所提供的一些統(tǒng)計(jì)類型：分別是在分帶區(qū)域中統(tǒng)計(jì)的每一個(gè)分帶的平均值（mean）、最大值（maximum）、最小值（minimum）、分帶中的屬性值的變化值（rang）、標(biāo)準(zhǔn)差（std）以及總和（sum）。這里選擇最小值

73、作為統(tǒng)計(jì)類型。 </p><p>　　以上設(shè)置完畢之后，單擊OK，完成計(jì)算。 </p><p>　　計(jì)算每個(gè)洼地貢獻(xiàn)區(qū)域出口的最低高程即洼地出水口高程。雙擊spatial analysis tools工具箱中zonal工具集下的zonal fill工具，彈出如圖9所示的分區(qū)統(tǒng)計(jì)對(duì)話框。在Input zone raster文本框中選擇watershsink，在Input weight ras

74、ter文本框中選擇dem，在Output raster文本框中將輸出數(shù)據(jù)文件名改為zonalmax，然后單擊OK，進(jìn)行運(yùn)算。 </p><p>　　（7）計(jì)算洼地深度。加載Spatial Analyst模塊，點(diǎn)擊Spatial Analyst模塊的下拉箭頭，點(diǎn)擊raster calculator菜單工具，在文本框里面輸入sinkdep = ( [zonalmax] - [zonalmin])，然后點(diǎn)擊evalua

75、te進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　經(jīng)過(guò)以上七步的運(yùn)算，就可得到所有洼地貢獻(xiàn)區(qū)域的洼地深度。通過(guò)對(duì)研究區(qū)地形的分析，可以確定出哪些是由數(shù)據(jù)誤差而產(chǎn)生的洼地，哪些洼地區(qū)域又是真實(shí)的反映地表形態(tài)，從而根據(jù)洼地深度來(lái)設(shè)置合理的填充閾值，使得生成的無(wú)洼地DEM更準(zhǔn)確的反映地表形態(tài)。</p><p><b>　　3.3.4洼地填充</b></p><p>

76、;　　洼地填充是無(wú)洼地DEM 生成的最后一個(gè)步驟。在通過(guò)洼地計(jì)算之后，知道了原始的DEM 上是否存在著洼地，如果沒(méi)有存在著洼地，那么原始DEM 數(shù)據(jù)就直接可以用來(lái)進(jìn)行以后的河網(wǎng)的生成、流域的分割等。而洼地深度的計(jì)算又為在填充洼地時(shí)設(shè)置填充閾值提供了很好的參考。 </p><p>　　1. 雙擊hydrology 工具集中的fill 工具。</p><p>　　2. 在Input surfa

77、ce raster 文本框中，選擇需要進(jìn)行洼地填充的原始DEM數(shù)據(jù)。 </p><p>　　3.在Output surface raster 文本框中設(shè)置輸出文件名為filldem。 </p><p>　　4.Z limit——填充閾值，當(dāng)設(shè)置一個(gè)數(shù)值之后，在洼地填充過(guò)程中，那些洼地深度大于閾值的地方將作為真實(shí)地形保留，不予填充；系統(tǒng)默認(rèn)情況是不設(shè)閾值，也就是所有的洼地區(qū)域都將被填平。

78、</p><p>　　5. 單擊OK，進(jìn)行洼地填平計(jì)算，計(jì)算后的無(wú)洼地DEM。</p><p>　　圖3-6 填充后的無(wú)洼地DEM</p><p>　　洼地填充的過(guò)程是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程。當(dāng)一個(gè)洼地區(qū)域被填平之后，這個(gè)區(qū)域與附近區(qū)域再進(jìn)行洼地計(jì)算，可能有會(huì)形成新的洼地，所以呢，洼地填充是一個(gè)不斷反復(fù)的過(guò)程，直到最后所有的洼地都被填平，新的洼地不再產(chǎn)生為止。因此,當(dāng)數(shù)據(jù)量

79、很大時(shí)，這個(gè)過(guò)程會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。</p><p>　　3.4 匯流累計(jì)量與溝谷的計(jì)算</p><p>　　3.4.1 匯流累計(jì)量的計(jì)算</p><p>　　在地表徑流模擬過(guò)程中，匯流累積量是基于水流方向數(shù)據(jù)計(jì)算而來(lái)的。對(duì)每一個(gè)柵格來(lái)說(shuō)，其匯流累積量的大小代表著其上游有多少個(gè)柵格的水流方向最終匯流經(jīng)過(guò)該柵格， 匯流累積的數(shù)值越大，該區(qū)域越易形成地表徑流。由水流方向數(shù)據(jù)

80、到匯流累積量計(jì)算的過(guò)程如圖所示。</p><p>　　圖3-7 水流方向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成匯流累積量的原理</p><p>　　1. 基于無(wú)洼地DEM的水流方向的計(jì)算。計(jì)算過(guò)程同水流方向的計(jì)算一樣，使用的DEM 數(shù)據(jù)是無(wú)洼地DEM。將生成的水流方向文件命名為fdirfill。 </p><p>　　2. 匯流累積量的計(jì)算。在得到水流方向之后，可以利用水流方向數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算匯流累

81、積量。雙擊 hydrology 工具集中的的fill accumulation 工具，打開匯流累積量計(jì)算對(duì)話框。 </p><p>　?。?） 在Input flow direction raster文本框中，選擇由無(wú)洼地DEM生成的水流方向柵格數(shù)據(jù)fdirfill。 </p><p>　?。?） 在Output accumulation raster文本框中，將數(shù)據(jù)文件名修改為flowa

82、cc。</p><p>　?。?） 在Input weight raster文本框中輸入配權(quán)數(shù)據(jù)，配權(quán)數(shù)據(jù)一般是表示降水、土壤以及植被等對(duì)徑流影響的因素分布不平衡而形成的，更能詳細(xì)模擬該區(qū)域的地表特征。如果無(wú)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)默認(rèn)為所有的柵格配以相同的權(quán)值1，那么計(jì)算出來(lái)的匯流累積量的數(shù)值就代表著該柵格位置流入的柵格數(shù)的多少。 </p><p>　?。?） 點(diǎn)擊OK，完成計(jì)算。結(jié)果見圖所示。<

83、;/p><p>　　圖3-8 計(jì)算出來(lái)的匯流累積量顯示圖</p><p>　　3.4.2 溝谷網(wǎng)絡(luò)的生成和提取</p><p>　　基于DEM 的水文分析，其中一個(gè)目的就是以DEM 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)一些計(jì)算和處理而得到地表的水流網(wǎng)絡(luò)。目前常用的溝谷提取方法是采用地表徑流漫流模型計(jì)算：首先是在無(wú)洼地DEM 上利用最大坡降的方法得到每一個(gè)柵格的水流方向；然后利用水流方向柵格

84、數(shù)據(jù)計(jì)算出每一個(gè)柵格在水流方向上累積的柵格數(shù)，即匯流累積量，所得到的匯流累積量則代表在一個(gè)柵格位置上有多少個(gè)柵格的水流方向流經(jīng)該柵格；假設(shè)每一個(gè)柵格處攜帶一份水流，那么柵格的匯流累積量則代表著該柵格的水流量。基于上述思想，當(dāng)匯流量達(dá)到一定值的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生地表水流，那么所有那些匯流量大于那個(gè)臨界數(shù)值的柵格就是潛在的水流路徑，由這些水流路徑構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，就是溝谷網(wǎng)絡(luò)。 </p><p>　　1. 溝谷網(wǎng)絡(luò)的生成是基于

85、匯流累積矩陣的，首先應(yīng)該計(jì)算出研究區(qū)域的匯流累積矩陣。</p><p>　　2. 設(shè)定閾值。閾值的設(shè)定在河網(wǎng)的提取過(guò)程是很重要的，并且直接影響到溝谷網(wǎng)絡(luò)的提取結(jié)果。閾值的設(shè)定應(yīng)遵循科學(xué)、合理的原則。首先應(yīng)該考慮到研究的對(duì)象，研究對(duì)象中的溝谷的最小級(jí)別，不同級(jí)別的溝谷所對(duì)應(yīng)的不同的閾值；其次考慮到研究區(qū)域的狀況，不同的研究區(qū)域相同級(jí)別的溝谷需要的閾值也是不同的。所以，在設(shè)定閾值時(shí)，應(yīng)充分對(duì)研究區(qū)域和研究對(duì)象進(jìn)行分析

86、，通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)和利用現(xiàn)有地形圖等其它數(shù) 據(jù)輔助檢驗(yàn)的方法來(lái)確定能滿足研究需要并且符合研究區(qū)域地形地貌條件的合適的閾值。 </p><p>　　3. 柵格形式的溝谷的形成。柵格溝谷網(wǎng)絡(luò)的生成是利用map algebra 工具集中的multi map output 工具中的con命令或者setnull命令計(jì)算的，他們都是基于柵格進(jìn)行有條件的查詢并將查詢結(jié)果賦予新的柵格數(shù)據(jù)中。計(jì)算的思想是利用所設(shè)定的閾值進(jìn)行整區(qū)域的

87、分析并生成一個(gè)新的柵格圖層，在生成柵格數(shù)據(jù)中將那些匯流量大于設(shè)定閾值的柵格的屬性值設(shè)定為1，而小于或等于設(shè)定閾值的柵格的屬性值設(shè)定為無(wú)數(shù)據(jù)。柵格河網(wǎng)的生成是利用設(shè)定一個(gè)河網(wǎng)生成閾值，也可以利用ArcMap中的Spatial Analysis 分析模塊下的 Raster Calculator來(lái)計(jì)算出所有大于設(shè)定閾值的柵格，這些柵格就是溝谷網(wǎng)絡(luò)的潛在位置。將計(jì)算出來(lái)的柵格溝谷網(wǎng)絡(luò)命名為streamnet。</p><p&

88、gt;　　4. 柵格溝谷網(wǎng)絡(luò)矢量化。在hydrology工具集中提供了將上一步生成的柵格溝谷網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行矢量化的工具stream to feature，通過(guò)stream to feature就可以得到矢量形式的溝谷網(wǎng)絡(luò)圖。柵格數(shù)據(jù)的矢量化時(shí)，選擇的是最短的路線繪制成線。雙擊hydrology工具集中的stream to feature工具。在Input stream raster文本框中，選擇streamnet；在Input flow di

89、rection raster文本框中，輸入由無(wú)洼地計(jì)算出來(lái)的水流方向數(shù)局fdirfill；在Output polyline features文本框中將輸出的數(shù)據(jù)命名為streamfea。生成的矢量數(shù)據(jù)如圖所示。</p><p>　　圖3-9 生成的矢量河網(wǎng)顯示圖</p><p>　　3.4.3 溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)的生成</p><p>　　溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)是對(duì)一個(gè)線性的河流網(wǎng)

90、絡(luò)進(jìn)行分級(jí)別的數(shù)字標(biāo)識(shí)。在地貌學(xué)中，對(duì)溝谷網(wǎng)絡(luò)的分級(jí)是根據(jù)河流的流量、形態(tài)等因素進(jìn)行河流的分級(jí)。而基于DEM提取的河網(wǎng)的分支具有一定的水文意義。利用地表徑流模擬的思想，不同的級(jí)別的溝谷網(wǎng)絡(luò)首先是它們所代表的匯流累積量也不同，級(jí)別越高的溝谷網(wǎng)絡(luò)，其匯流累積量也越大，那么在水文研究中，這些溝谷網(wǎng)絡(luò)往往是主流，而那些級(jí)別較低的溝谷網(wǎng)絡(luò)則是支流。溝谷網(wǎng)絡(luò)的分級(jí)同樣可以研究水流的運(yùn)動(dòng)、匯流模式，對(duì)于水土保持等也具有重要的意義。 </p>

91、;<p>　　在ArcGIS 的水文分析中，提供兩種常用的溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)方法：Strahler 分級(jí)和Shreve 分級(jí)。 如下圖所示，對(duì)于Strahler 分級(jí)來(lái)說(shuō)，它是將所有河網(wǎng)弧段中沒(méi)有支流河網(wǎng)弧段分為第1 級(jí)，兩個(gè)1 級(jí)河網(wǎng)弧段匯流成的河網(wǎng)弧段為第2 級(jí)，如此下去分別為第3 級(jí)，第4 級(jí)， 一直到河網(wǎng)出水口。在這種分級(jí)中，當(dāng)且僅當(dāng)同級(jí)別的兩條河網(wǎng)弧段匯流成一條河網(wǎng)弧段 時(shí)，該弧段級(jí)別才會(huì)增加，對(duì)于那些低級(jí)弧段匯入高級(jí)

92、弧段的情況，高級(jí)弧段的級(jí)別不會(huì)改變，這也是比較常用的一種河網(wǎng)分級(jí)方法。對(duì)于Shreve 分級(jí)而言，其第1級(jí)河網(wǎng)的定義 與Strahler分級(jí)是相同的，所不同的是以后的分級(jí)，兩條1級(jí)河網(wǎng)弧段匯流而成的河網(wǎng)弧段為2級(jí)河網(wǎng)弧段，那么對(duì)于以后更高級(jí)別的河網(wǎng)弧段，其級(jí)別的定義是由其匯入河網(wǎng)弧段的級(jí)別</p><p>　　之和，如圖所示，當(dāng)一條3級(jí)河網(wǎng)弧段和一條4級(jí)河網(wǎng)弧段匯流而成的新的河網(wǎng)弧段的級(jí)別就是7，那么這種河網(wǎng)分級(jí)

93、到最后出水口的位置時(shí)，其河網(wǎng)的級(jí)別數(shù)剛好是該河網(wǎng)中所有的1級(jí)河網(wǎng)弧段的個(gè)數(shù)。</p><p>　　在ArcGIS 中對(duì)溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)的步驟如下：</p><p>　　1.同Stream link的計(jì)算一樣，stream order的計(jì)算也是基于水流方向數(shù)據(jù)和柵格河網(wǎng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，首先在ArcMap里將水流方向數(shù)據(jù)fdirfill和柵格河網(wǎng)數(shù)據(jù)streamras打開。 </p>

94、<p>　　2. 雙擊hydrology工具集中的stream order工具，彈出stream order計(jì)算的對(duì)話框。在Input stream raster文本框中選擇streamnet，在Input flow direction raster文本框中選擇fdirfill。 分別用Strahler分級(jí)和Shreve分級(jí)對(duì)河網(wǎng)進(jìn)行分級(jí)，改輸出數(shù)據(jù)名稱分別設(shè)為Streamostr和Streamoshr，單擊OK完成。<

95、/p><p>　　對(duì)于stream link和stream order計(jì)算出的柵格數(shù)據(jù)同樣可以利用hydrology工具集中的stream to feature工具將其轉(zhuǎn)化成矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究和分析。</p><p>　　4 不同空間區(qū)域的溝谷網(wǎng)絡(luò)特征分析</p><p>　　4.1 基于分級(jí)溝谷網(wǎng)絡(luò)提取基本信息數(shù)據(jù)</p><p>　　4

96、.1.1 收集分級(jí)與數(shù)目，匯流累積量三者的數(shù)據(jù)</p><p>　　對(duì)所有地區(qū)的的DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行strahler和shreve兩種分級(jí)后就進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集過(guò)程了，一共8個(gè)區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計(jì)溝谷網(wǎng)絡(luò)分級(jí)后一個(gè)有多少個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別的溝谷數(shù)目是多少，以及內(nèi)個(gè)級(jí)別的平均匯流累計(jì)量是多少然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。尋找溝谷分級(jí)與數(shù)目和匯流累積量?jī)烧咧g的函數(shù)關(guān)系。</p><p>　　每種分級(jí)的溝谷

97、的數(shù)目需要選取每一級(jí)別然后從圖中再找出來(lái)。</p><p>　　表4-1 Strahler分級(jí)中各個(gè)等級(jí)和溝谷網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的數(shù)目關(guān)系</p><p>　　每個(gè)級(jí)別溝谷的長(zhǎng)度是利用ArcGIS軟件中的統(tǒng)計(jì)圖表Open Attitude Table得出每個(gè)級(jí)別的河流的柵格數(shù)目，利用已知的柵格大小計(jì)算出溝谷的長(zhǎng)度。</p><p>　　匯流累計(jì)量數(shù)據(jù)的提取的是選取一段河流，該

98、段河流匯流量的最大之就是該段河流的匯流累積量。</p><p>　　表4-2 Strahler扥集中各個(gè)等級(jí)的平均匯流累積量</p><p><b>　　4.2 結(jié)果分析</b></p><p>　　4.2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)</p><p>　　1、strahler分級(jí)中等級(jí)和數(shù)目之間的關(guān)系</p><

99、p>　　編號(hào)8 y = 2473.9e-1.523x R² = 0.9957</p><p>　　編號(hào)7 y = 3194e-1.606x R² = 0.9997</p><p>　　編號(hào)6 y = 2151.2e-1.432x R² = 0.996</p><p>　　編號(hào)5 y = 2345.8e-1.438x

100、R² = 0.9983</p><p>　　編號(hào)4 y = 3749.9e-1.634x R² = 0.9972</p><p>　　編號(hào)3 y = 2599.1e-1.439x R² = 0.9999</p><p>　　編號(hào)2 y = 1869.4e-1.311x R² = 0.9884</p>

101、<p>　　編號(hào)1 y = 3641.1e-1.564x R² = 0.9856</p><p>　　同時(shí)對(duì)方程左右兩邊求對(duì)數(shù)得：</p><p>　　8：lny = ln2473.9-1.523x</p><p>　　7： lny = ln3194-1.606x</p><p>　　6： lny = ln2151

102、.2-1.432x</p><p>　　5： lny = ln2345.8-1.438x</p><p>　　4： lny = ln3749.9-1.634x</p><p>　　3： lny = ln2599.1-1.439x</p><p>　　2： lny = ln1869.4-1.311x</p><p>

103、;　　1： lny = ln3641.1-1.564x</p><p>　　應(yīng)用這些數(shù)據(jù)繪制折線圖如下</p><p>　　圖4-1 strahler分級(jí)等級(jí)與數(shù)目的關(guān)系</p><p>　　首先，由于各個(gè)方程的R²值都大于0.98，證明了河網(wǎng)分級(jí)與每個(gè)等級(jí)河道數(shù)目之間強(qiáng)烈的對(duì)應(yīng)關(guān)系。將原方程全部取對(duì)數(shù)后可以發(fā)現(xiàn)Ln</p><p&g

104、t;　　Y 與X之間的線性關(guān)系強(qiáng)烈，且與區(qū)域類型有一定的關(guān)系，在廣東省等南方代表區(qū)域，線性方程的斜率較大，而北方地區(qū)的線性方程斜率較小。</p><p>　　2、strahler分級(jí)中等級(jí)和匯流累積量之間的關(guān)系</p><p>　　1： y = 2752.3e1.4193xR² = 0.9993</p><p>　　2： y = 3213.3e1.387

105、6xR² = 0.9951</p><p>　　3： y = 2746.9e1.4367xR² = 0.998</p><p>　　4： y = 1889.1e1.6796xR² = 0.9926</p><p>　　5： y = 2419.8e1.5192xR² = 0.9952</p><p&g

106、t;　　6： y = 2182.2e1.6119xR² = 0.9985</p><p>　　7： y = 2839.6e1.4758xR² = 0.9998</p><p>　　8： y = 3081.6e1.4242xR² = 0.9985</p><p>　　同時(shí)對(duì)方程左右兩邊求對(duì)數(shù)得：</p><p&g

107、t;　　1： lny = ln2752.3+1.4193x</p><p>　　2： lny = ln3213.3+1.3876x</p><p>　　3： lny = ln2746.9+1.4367x</p><p>　　4： lny = ln1889.1+1.6796x</p><p>　　5： lny = ln2419.8+1.

108、5192x</p><p>　　6： lny = ln2182.2+1.6119x</p><p>　　7： lny = ln2839.6+1.4758x</p><p>　　8： lny = ln3081.6+1.4242x</p><p>　　圖4-2 strahler分級(jí)中等級(jí)和平均匯流量之間的關(guān)系</p><

109、;p>　　首先，由于各個(gè)方程的R²值都大于0.98，證明了河網(wǎng)分級(jí)與每個(gè)等級(jí)河道的平均匯流累積量之間強(qiáng)烈的對(duì)應(yīng)關(guān)系。將原方程全部取對(duì)數(shù)后可以發(fā)現(xiàn)Ln</p><p>　　Y 與X之間的線性關(guān)系強(qiáng)烈，并且山東等地區(qū)的斜率較小，二南方等地區(qū)的斜率較大。</p><p>　　3、shreve分級(jí)中等級(jí)和數(shù)目之間的關(guān)系</p><p>　　N23E115 y

110、 = 1639.7x-2.594R² = 0.94</p><p>　　N24E116 y = 4607.8x-3.298R² = 0.9782</p><p>　　N26E113 y = 3358.1x-2.921R² = 0.9669</p><p>　　N28E101 y = 4319.9x-3.082R² =