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基于DEM水系提取方法和分析 1 DEM简介 DTM即数字地面模型 是地形表面形态属性信息的数字表达 是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述 DEM即数字高程模型 是DTM中最基本的部分 是DTM的一种特例 是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达 DEM主要有以下三种表达形式 规则格网结构 grid 不规则三角网结构 TIN 等高线结构 2 DEM提取水系的原理 水总是沿斜坡最陡方向流动的原理DEM数据自身属性特征 蕴含丰富的地形信息 3 提取水系的两种方法 基于地形表面几何形态 用一个矩形窗口扫描DEM矩阵来确定上凹面 位于凹面内 底部的格网单元标记为水系的组成部分基于地表径流漫流模型 在研究区域内水文条件一致的假设下 模拟地表径流在地表的流动来产生水系 以上两种方法均基于格网DEM数据 这是因为 1 TIN的无规律性使得流域属性的计算比栅格DEM更加困难 2 等高线提供的信息与水文模型所需要的信息不兼容 比较两种方法分析如下 第一种方法易产生不连续的水流线 需要相应的处理来把它们连接起来 这一缺陷在地形平缓和复杂地形处尤为明显第二种方法简单 直接产生连续的流线段 由于它模拟地表径流 有一定的模型基础 因而被认为是较好的方法而被广泛使用 4 基于地表径流漫流模型的水系提取方法 根据DEM栅格单元和八个相邻单元格之间的最大坡度来确定水流方向 计算每个单元格的上游汇水面积 确定一个汇水面积阈值 不低于该阈值的单元格标记为水系的组成部分 该方法的技术路线 其核心部分为确定水流方向的流向算法 流向算法 单流向算法 D8法 Rho8法等 多流向算法 DEMON法 Dinf法 MFD法等 单流向法认为每一格网单元本身产生的流量及其上游流量都流向其周围唯一的相邻网格 多流向法将给定单元流出的流量根据其坡度 坡向或曲面形态等因子分配给周围数个相邻网格 5 D8法缺陷分析 当应用到两种不同地貌区域时 易出现平行流线的伪水道 其原因是由于算法企图采用单一相同的水道集水面积阈值来描述两种完全不同的地貌类型 这违背了方法的基本假定 降低D8法误差的可能途径 可以考虑在不同的地貌类型区域间设定不同的水道集水面积阈值 利用已有的数字化的水文数据对DEM数据进行修正以减少误差 6 展望 DEM由于资料获取容易 成本低 存取效率高 适合各种流向算法 未来应用于自动化提取水系潜力较大后续研究可依坡度与级序 分段整合不同的流向算法 并采用分辨率更高的DEM数据 以有效提高提取水系河道数据的精确度 7 参考文献 不同流向演算法与集流阈值对数值地形模型河川网路萃取之影响基于DEM的河网提取算法比较基于DEM的平缓地区水系提取和流域分割的算法分析基于DEM与遥感的数字流域水系提取研究基于规则格网DEM的水系提取算法研究基于数字高程模型的水系提取算法浅谈数字高程流域水系模型基于1 100万DEM的我国地形地貌特征研究数字地形分析的理论
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