ArcGIS提取斜坡单元步骤详解要点

1、斜坡单元 地质灾害危险性区划中常用的单元类型有网格单元、地域单元、均一条件单元、子流域 单元、斜坡单元等。其中：网格单元形状较规则，便于实现快速剖分，离散后得到的矩阵形式 的数据有利于进一步运算，但是不能完全反映地势起伏，与地质环境条件联系不够紧密；均一 条件单元没有考虑不同区域的地质环境条件差异；子流域单元适用于泥石流灾害危险性区划， 对滑坡、崩塌等则不适用。斜坡单元是滑坡、崩塌等地质灾害发育的基本单元，并且在各类 控制或影响因素中，河流和沟谷的发育阶段对滑坡、崩塌的形成具有明显的控制作用，因此 采用基于幼年期沟谷划分的斜坡单元作为评价单元，可以与地质环境条件紧密联系，综合体现 各类控制或影

2、响因素的作用，使评价结果更贴近于实际。因此，在满足DEM精度要求的前 提下，斜坡单元划分较适用于地质灾害危险性区划【1 o 斜坡单元划分原理 斜坡单元划分的实质是 基于DEM的地表水文分析，包括正反地形无洼地DEM的生 成、水流方向的提取、汇流累积量的计算、河网的生成、集水流域的生成等关键步骤，其基本 原理是利用正反地形分别提取山谷线和山脊线（分别对应于汇水线和分水线），把生成的 集水流域与反向集水流域融合，再经后期处理人工修改不合理的单元，最终得到的由汇水线 与分水线所组成的区域即为斜坡单元。斜坡单元划分流程见图【1 o ArcGIS划分斜坡单元操作步骤 K生成无洼地DEM 原理：DEM是一

3、种比较光滑的地形表面模型，由于DEM误差以及一些真实地形的存在， 使DEM表面存在一些凹陷的区域，在进行水流方向计算时往往会导致不合理的甚至错误的水 流方向，因此计算前应先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM o基 本过程是：首先，利用水流方向数据计算出DEM数据中的洼地区域和洼地深度；其次，依据 洼地深度并参考真实地形，确定填充阈值对洼地进行填充；再次，一次洼地填充完毕后又会产 生新的洼地，因此需要重复上述过程，反复填充【11 o 操作：填洼 11 ArcToolbox +Network Analyst +Schematics 工具 工貝 0 Spatial Analyst 创0

4、区域分析 工具 * 叠加分析 十氐地下水分析 4也多元分析 十太阳辐射 *気,密度分析 S局部 *抵提取分析 ti电插值 a 0数学 十冬条件分析 创抵柵格创建 +心删格综合 -転水文分析 气分水岭 埴洼 捕捉倾泻点 删格河网矢量化 水流长度 气汇 .河谎连接 气河网分级 f流向 UU 気流量 x,金域分析 知f表面分析 抵距离分析 创邻域分析 S &重分类 + Tracking Analyst 工具 令分析工具 2 &制圉工具 +野地理編码工具 4 AM. -vA 0 选择空间分析工具/水文分析/填挖 输入DEM ,输出填挖后的DEM 注：如果要保证结果尽量精确的话，请参照【2 u 11.1

5、无洼地DEM生成”进行操作 2、水流方向提 取 原理：对于每个格网，水流方向是指水流离开此格网时的指向。在ArcGIS中，水流的 流向是通过计算中心格网与邻域格网的最大距离权落差来确定的，因此可通过无洼地DEM直 接提取水流方向【1】。 操作：提取水流方 向 选择空间分析工具/水文分析/流 向 输入表面删格数据 iiii 强制所有边緣像元向外流动冋选） Idem集水区提取 辽1&的5 1上 输岀谎向栅格数据 D：我的文档ArcGISDefault. gdbfloDir_dm5已| 输岀流向栅格数据 确定 mi环境二隐藏帮助 工具帮助 输入填洼后的DEM ,输出流向 流向图 显示从每个像元到其最

6、 陡下坡相邻点的流向的 输岀栅格。 3、流量提取 按照水流从高处流往低处的 自 原理：在DEM的每个网格节点处赋予不同深度的水 位，然规律，根据区域地形和水流方向计算每个节点处流 过的水量，量【1 o 操作： 选择空间分析工具/水文分析/流量 输入流向栅格，输出流量栅格（注：输出数据类型要选择u INTEGER ” ,否则后面的河网无 4、河网生成 原理：河网是基于汇流累积量数据生成的。根据试验结果和地形等资料辅助检验，设定 汇流累积量的阈值，其中不同级别的沟谷对应于不同的阈值，级别相同而所处区域不同的沟 谷阈值也不相同，将大于阈值的栅格属性赋值为1,小于或等于阈值的栅格属性设置为无数 据（空

7、值），即可获得河网的栅格文件，再通过栅矢转换生成河网图。 阈值设置越小绘 制的 河网越精细，因此可根据不同的精度要求来设置阈值【1 O 操作： 选择空间分析工具/条件分析/设为空函数 1 设为空函数 匸）回区I 输入流量栅格； 表达式为u value 选 择多个不同的阈值，如1000. 5000 X 10000等，生成河网后与实际比较，河网越接近实地的 阈值肯定越合适。经验之谈：最好有一张配准的分辨率比较高的遥感地图，如 spot5,这样 可以直接将生成的河网叠加到遥感图上，逐片比较一下河网与遥感图上的冲沟和河流是否重叠 的比较好）； 输入条件为false时所取的栅格数据或常量：如果要保留va

8、lue5000以上像元的原值的 话，就输入流量栅格；如果要让va I ue5000的所有像元都取值1,请输入“ T。注：输 入1时是带双引号的1,即“ 1,不能直接单独输入1,否则报错。 输出河网栅格。 上述设为空函数界面输入的参数含义为: 所有流量值小于5000的栅格都设为空，其余流量大于等于5000的则设为值“。 （实际含义就是大于等于5000的栅格在实际地貌中可能对应冲沟或者河流；当然可以进 -步给河网分级，实际依据的也是每个栅格单元的不同流量数据）。 1 河网栅格和遥感地图叠加后确定河网划分是否合理，借此调节流量阈值的设定。 5、生成河流连接(Stream Link ) 原理：Stre

9、am I ink是记录着河网中的一些节点之间的连接信息，主要记录着河网的结 构 信息。如下图所示，Stream link的每条弧段连接着两个作为出水点或汇合点的结点，或 者连接着作为出水点的结点和河网起始点。因此通过Stream link的计算，即得到每一个河 网弧段的起始点和终止点。同样，也可以得到该汇水区域的出水点。这些出水点具有很重要 的水文作用，对于水量、水土流失等研究具有重要意义。而且，这些出水口点的确定，也为进 步的流域分割准备了数据【2o 操作: 选择空间分析工具/水文分析/河流连 接 11 河济连接 河网分级 口回区I 河涼连接 输入河流栅格；输入流向栅格；输出河流连接栅格 河

10、流连接栅格 图 6、集水流域生成(Watershed ) 原理：对于低级的集水区的生成，可以使用hydrology工具集中的watershed工具生 成。其思想如下：先确定一个出水点，也就是该集水区的最低点，然后结合水流方向数据， 分析 搜索出该出水点上游所有流过该出水口的栅格，直到所有的该集水区的栅格都确定了位 置， 也就是搜索到流域的边界，分水岭的位置【2 o 操作： 选择空间分析工具/水文分析/分水岭 （3回区I 分水岭 输入流向栅格，输入要素倾泻点数据（实际就是上一步生成的河流连接栅格）；选择倾泻点 字段为“VALUE ；输出集水流域栅 格 集水流域栅格 图 7、集水流域面矢量生成 原

11、理：栅矢转换功能获得集水流域的矢量文件，以便于和反向集水流域合并生成最后的 斜坡单元。 操作: 选择转换工具/由栅格转出/栅格转面 格转面口叵I冈 2 8、反转DEM 原理：通过对正DEM以上步骤的水文分析，实际是提取了山脊线；通过反转DEM ,再 经过以上相同步骤提取集水流域，实际就是提取了山谷线；将两次分析生成的山脊线和山谷 线合并，就生成了我们需要的斜坡单元。反转DEM就是高的变低的，低的变高的，将DEM反 过来。 操作： 选择空间分析工具/地图代数/栅格计算器 2 条件分析 A Con Pick SetNull JR学 Abs Fwn V 用正DEM的最高高程（通过正DEM的高程分布范围可知，见下图）减去DEM。输出反转 DEM o 反转后的DEM 9、依样画葫芦，获得反集水流域面文件 用反转DEM重复步骤1-7 ,直到最后获得反集水流域面文件。 反集水流域面文件 10 x生成斜坡单元 原理：将正反两个集水流域面文件合并。当然，为确保与实际相吻合，有些不合理的部 分肯定需要人工修改。 操作： 选择菜单“地理处理/合 并” 输入正集水流