基于DEM和水箱理论识别流域河网方法研究

本文应用水箱原理处理流域DEM数据中存在的洼地问题,提出流域河网识别及编码的新方法。首先,确定洼地网格,搜索洼地区域,计算洼地容量,根据水箱原理确定洼地出口,判断洼地的流向;然后,逐层合并消减洼地,修正洼地水流方向;最后,计算网格集水面积,进行河网识别和编码。本文结合云南东川蒋家沟流域的DEM资料进行河网识别,得到了完整的流域河网,结果与实际勘测的河网完全吻合,这表明应用该方法提取流域河网是可行的,能够为进一步的分布式水文、泥石流、环境模型提供条件。     

基于DEM的流域特征提取研究——以贵州省普定县后寨河流域为例

本文以喀斯特后寨河流域为例,探讨了在Arcgis 9.0环境下从数字高程模型(DEM)中提取流域特征的详细过程,包括:DEM的生成和预处理、水流方向的确定、汇流累积量分析、河网的提取和子流域的划分以及落水洞的计算。经分析得到了研究区域河网特征以及研究区其他常用的流域特征信息,与实际河流水系特征基本吻合,从而证明该方法在分析流域的河网水系结构特征时具有一定的应用价值。     

并行化多流向策略的栅格河网提取算法

流域栅格河网提取是数字地形分析的一个重要应用。为减少数字高程模型(DEM)预处理而产生的伪河道及平行河道,提出基于并行化多流向策略的栅格河网提取算法。通过水流传输矩阵模拟水量的自然流动过程,可直接应用于原始DEM。从河网空间形态和算法运行效率两方面与串行MFD算法、R&N算法及D8算法进行对比,结果表明,多流向策略得到的河网与实际地形形态更加吻合,使用并行策略后,算法的效率比也较其他算法有明显提升。     

滇池SRTM DEM数据的流域特征自动提取

以滇池流域为试验对象,在NASA发布的3弧秒SRTM DEM数据的基础上,运用Arc Hydro Tools进行流域特征的提取,结果表明,以3弧秒的SRTM数据为基础提取的流域河网与水利部门提供的数字河网基本相符,而提取的流域面积与实际流域面积十分接近,显示了SRTM DEM数据在中小型湖泊流域地表水文模拟方面的优势.     

基于DEM的流域特征提取方法初步研究

以岷江上游典型流域为例,从该区的Aster影像上提取DEM,利用GIS技术从该DEM上提取流域特征,并划分出子流域,通过实地考察数据和所提取的河网矢量数据对照,表明用该方法提取研究区流域特征是可行并有效的。     

适用于大河流域的栅格DEM洼地填充算法

针对地势平坦且空间范围较大的流域水系自动提取任务中,采用常规的洼地填充算法难以提取出完整水系,形成大量"断头河"的问题,提出了一种能够导出整个数字高程模型(DEM)所有像元被淹没的次序表的方法,由该次序表构成的矩阵代替原有DEM来实现流向的计算,进而提取出累积流向及分级河道。经用覆盖中心流域的高精度DEM以及覆盖黄河和长江等大型流域的DEM来测试,结果表明:用其他算法提取结果均发生了"断头河"错误,而该方法则能提取出完整的水系。这种方法能正确实施洼地填充和像元填平处理,可以适应于任意规模和精度的DEM填洼问题,具有较强的鲁棒性,克服了以往算法难以处理大河流域DEM洼地填充的不足。     

基于DEM的平缓地区水系提取和流域分割的流向算法分析

本文以地势较为平坦的秦淮河流域为实验样区,以高精度DEM(5m分辨率)和地形图水系为基础数据,对比分析了单流向算法(D8算法)、多流向算法(Dinf法)以及添加数字化河道信息后的单流向算法(AgreeD8算法)3种算法下水系提取和流域分割的结果。实验结果表明,提取得到的水系更逼近于实际河网,该算法既有效提高了水系提取和流域分割的精度,又保留了D8算法模型简单、稳定性强、运行效率高等优点。     

基于排水管网中心城区小流域划分方法研究

流域边界提取是流域精细化管理和分析的基础,由于平原河网区域地势平坦,地形的起伏较小,很难按照基于数字高程模型(DEM)提取流域边界。针对此技术问题,在梳理平原河网水系的基础上,提出利用排水管网的汇水特性辅助划分平原区小流域,可以解决平原区流域划分困难的问题,生成的小流域与实际情况比较接近。将此方法应用于北京市中心城区的小流域划分工作中,取得了较好的效果,为平原区流域划分提供了一个有效途径。     

LiDAR DEM在平原区河网自动提取中的应用研究

利用数字高程模型(DEM)提取数字河网是水文模拟的关键和基础。本文分别利用传统方法与LiDAR生成的DEM数据源,针对地势起伏较小的江南平原区进行河网提取的对比研究。研究结果表明,未经任何处理的LiDAR DEM提取的河网与真实河网的匹配度达到67.34%,较传统DEM提取的河网与真实河网的匹配度有明显提高,提取结果与真实河网基本吻合。这种快速有效自动提取河网的方法,可以为后续分布式水文模型的构建提供重要参考。     

正六边形规则格网表达的DEM谷地线提取

基于规则格网DEM谷地线提取受格网的几何形态、空间剖分和网格布局影响较大。传统的四边形格网D8算法中，四边形网格的角邻域与边邻域存在的距离度量差异，影响了其计算结果对于地形变化的表达在两方向上的均衡性，从而影响了谷地线提取结果。六边形格网具有邻域一致、各向同性、紧凑、采样率高等优点，在空间场建模中越来越得到重用。本文旨在探求六边形格网结构在DEM谷地线提取中的性能特征，发现其与四边形格网比较的突出优势。基于六邻域处理单元，对六边形格网DEM谷地线提取过程中填洼、流向计算及平地区域流向判定作预处理，然后对流向线作拓扑连通组织，从而实现基于六边形DEM的谷地线提取。本文比较发现六边形方法在谷地线形状特征保持方面能力强，随着分辨率减小，六边形DEM所提取的谷地线与实测数据吻合程度高，弯曲特征继承性强。同时，在相同数据存储量条件下，六边形DEM数据精度更高，且其提取的谷地线网络的形状特征更为精细。     

河网汇水区域的层次化剖分与地图综合

对于具有网络状结构的河系数据的综合化简,判断河流分支在河网中的重要性需要考虑三个层次的结构信息:全局范围内的空间分布模式;局域环境下的分布密度;单条河流的几何特征。为提取这些结构化信息,本文基于网络分析运用Delaunay三角网模型建立了各级河流分支汇水区域的层次化剖分模型,其基本思想是将汇水区域划定当作“空间竞争”问题来求解,运用类似于Voronoi图的空间等剖分几何构造表达“袭水”过程,在各支流子系统内部及其环境之间通过Delaunay三角网骨架线确定汇水区域的分水岭。基于该层次剖分模型可计算河流分布密度、相邻河流间距、汇水范围及层次关系,进而推算出河系网中每一条河流的重要性系数,实现不同尺度下河流的综合选取。     

基于SWBD修复的SRTM DEM的1∶250000水系自动更新——以浙江省瓯江流域为例

以浙江省瓯江流域为例,基于SWBD修复的SRTM DEM数据,采用Arc Hydro Tools水文分析工具自动提取瓯江水系,并分地貌、分河流等级地定量评价水系数据精度,开展1∶250 000水系自动更新的可行性研究。结果表明：①SWBD修复的SRTM DEM的空白区域面积为54.78 km2,有效地弥补了SRTM DEM的数据缺失,进而提高了水系提取的准确度和精度;②与1∶250 000水系数据相比,基于SWBD修复后的SRTM DEM,在小起伏山、中起伏低山、低海拔丘陵上提取的水系数据精度高于其他地貌,而干流、一级支流、二级支流的精度又高于三级支流;③以资源三号卫星ZY-3遥感影像为参照,从水系上采集同名点反复比较点位精度后发现,利用SRTM DEM提取的水系符合制图规范和测绘内业规范（限差1 mm）,可以满足1∶250 000水系自动更新的要求。     

基于分形分维和数学函数的南流江流域河网信息提取

利用南流江流域30 m分辨率的DEM数据,介绍了Arc GIS中进行河网提取的一系列过程,并利用其图解建模工具,提取南流江流域的不同汇流累积面积的水系河网,实现了提取过程的流程化处理。分别统计河源密度和沟壑密度,并分别计算它们与汇流累积面积的几何函数关系,并对其进行二阶求导,确定其二阶导数关系,得到合适的汇流累积阈值,并借助分形分维理论对河网的分维值进行了验证。利用函数关系和分形分维确定汇流累积面积提取水系河网的方法有效地避免了人工选择汇流累积面积的主观性,提高了研究结果的准确性和可靠性,在知道研究流域河网分维值的前提下,可快速获取准确的汇流累计面积阈值。     

地图水系综合中等高线簇与河网协同的汇水区域提取方法

在地图水系自动综合中河流选取需要建立对不同河流重要性程度的有效判别。由于河流汇水区域直接反映河流的作用空间,因而其面积大小成为关键性的量化指标。目前基于河流的汇水区域自动提取方法主要从河流单一要素出发,按“空间均衡竞争”思想平分河流之间的区域,由于未考虑地形因素使得提取的汇水区域往往存在偏差,而传统基于DEM的汇水区域提取虽然考虑了地形,但没有与河流目标建立显性的对应关系。河流是一种天然的沟谷地性线,与山脊线具有对生互补的空间耦合关系,本文提出了一种等高线簇与河网双要素协同的河流汇水区域提取方法,该方法对河流与等高线的目标集合构建约束Delaunay三角网(CD-TIN)并将三角形分类,对不同类型的三角形分别采用骨架线提取规则与梯度向量引导的分水线搜索规则提取分水线段,连接形成网络结构并依此计算各河段的汇水区域。实验结果表明,本算法能更准确地提取河流汇水区域,从而为河流综合选取提供有效支持。     

基于DEM的不同地貌类型区小流域划分及分布特征研究——以贵州省赤水河流域为例

小流域已经成为水土流失治理、生态系统修复等研究工作的重要地理单元。本文以贵州省赤水河流域为研究对象,探索我国西南典型喀斯特与非喀斯特地貌混合分布区小流域划分方法及小流域分布特征,基于DEM提取小流域边界,利用1∶5万地形图进行修正,并结合野外调查和地质、水文数据验证,最终将贵州省赤水河流域划定了753个小流域。其中,喀斯特地貌区小流域个数358个,喀斯特+非喀斯特地貌区小流域个数182个,非喀斯特地貌区213个;就不同流域类型小流域划分结果看,完整型小流域530个,区间型小流域180个,坡面型小流域43个;这些小流域中面积小于3km²的有9个,面积在3～10km²的有310个,面积在10～30km²的有348个,面积在30～50km²的有86个。贵州省赤水河流域小流域划分研究可为小流域治理工作提供依据,为区域制定水土保持方案和生态建设措施提供辅助决策,促进喀斯特地区水土保持与生态环境建设。     

基于不同斜坡单元划分方法和BP神经网络的泥石流易发性评价

选取合适的评价单元是泥石流易发性评价的关键,为探索斜坡单元不同划分方法对泥石流易发性评价结果的影响,本文以泥石流多发地东川区为例,对比分析了水文分析法和曲率分水岭法两种斜坡单元划分方法在泥石流易发性评价中的效果。首先在解译泥石流点的基础上,采用不同划分方法的斜坡单元作为评价单元,然后对初步选取的指标因子进行多重共线性和贡献率分析,以完善指标因子体系,最后构建基于BP神经网络的泥石流易发性评价模型。结果表明,泥石流极高和高易发区主要集中分布于研究区小江河谷和金沙江南岸,该地区地质环境脆弱,危险性较高。基于曲率分水岭法的易发性模型AUC值为0.865 8,高于水文分析法的0.815 3,表明采用曲率分水岭法划分的斜坡单元更适用于研究区泥石流易发性评价。