ArcGIS提取斜坡單元步驟詳解

1、斜坡單元地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃中常用的單元類型有網(wǎng)格單元、地域單元、均一條件單元、子流域單元、斜坡單元等。其中: 網(wǎng)格單元形狀較規(guī)則，便于實(shí)現(xiàn)快速剖分，離散后得到的矩陣形式的數(shù)據(jù)有利于進(jìn)一步運(yùn)算，但是不能完全反映地勢起伏，與地質(zhì)環(huán)境條件聯(lián)系不夠緊密; 均一條件單元沒有考慮不同區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境條件差異; 子流域單元適用于泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃，對滑坡、崩塌等則不適用。斜坡單元是滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的基本單元，并且在各類控制或影響因素中，河流和溝谷的發(fā)育階段對滑坡、崩塌的形成具有明顯的控制作用，因此采用基于幼年期溝谷劃分的斜坡單元作為評價單元，可以與地質(zhì)環(huán)境條件緊密聯(lián)系，綜合體現(xiàn)各類控制或影響因素的作

2、用，使評價結(jié)果更貼近于實(shí)際。因此，在滿足DEM 精度要求的前提下，斜坡單元劃分較適用于地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃【1】。斜坡單元劃分原理斜坡單元劃分的實(shí)質(zhì)是基于DEM 的地表水文分析，包括正反地形無洼地DEM 的生成、水流方向的提取、匯流累積量的計(jì)算、河網(wǎng)的生成、集水流域的生成等關(guān)鍵步驟，其基本原理是利用正反地形分別提取山谷線和山脊線( 分別對應(yīng)于匯水線和分水線)，把生成的集水流域與反向集水流域融合，再經(jīng)后期處理人工修改不合理的單元，最終得到的由匯水線與分水線所組成的區(qū)域即為斜坡單元。斜坡單元劃分流程見圖【1】。ArcGIS劃分斜坡單元操作步驟1、生成無洼地DEM原理：DEM 是一種比較光滑的地形表面

3、模型，由于DEM 誤差以及一些真實(shí)地形的存在，使DEM表面存在一些凹陷的區(qū)域，在進(jìn)行水流方向計(jì)算時往往會導(dǎo)致不合理的甚至錯誤的水流方向，因此計(jì)算前應(yīng)先對原始DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行洼地填充，得到無洼地的DEM?；具^程是: 首先，利用水流方向數(shù)據(jù)計(jì)算出DEM 數(shù)據(jù)中的洼地區(qū)域和洼地深度;其次，依據(jù)洼地深度并參考真實(shí)地形，確定填充閾值對洼地進(jìn)行填充; 再次，一次洼地填充完畢后又會產(chǎn)生新的洼地，因此需要重復(fù)上述過程，反復(fù)填充【1】。操作：填洼選擇空間分析工具/水文分析/填挖輸入DEM，輸出填挖后的DEM注：如果要保證結(jié)果盡量精確的話，請參照【2】“11.1 無洼地DEM生成”進(jìn)行操作。2、水流方向提取原理：

4、對于每個格網(wǎng)，水流方向是指水流離開此格網(wǎng)時的指向。在ArcGIS 中，水流的流向是通過計(jì)算中心格網(wǎng)與鄰域格網(wǎng)的最大距離權(quán)落差來確定的，因此可通過無洼地DEM 直接提取水流方向【1】。操作：提取水流方向選擇空間分析工具/水文分析/流向輸入填洼后的DEM，輸出流向流向圖3、流量提取原理：在DEM 的每個網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處賦予不同深度的水位，按照水流從高處流往低處的自然規(guī)律，根據(jù)區(qū)域地形和水流方向計(jì)算每個節(jié)點(diǎn)處流過的水量，從而得到該區(qū)域的匯流累積量【1】。操作：選擇空間分析工具/水文分析/流量輸入流向柵格，輸出流量柵格（注：輸出數(shù)據(jù)類型要選擇“INTEGER”，否則后面的河網(wǎng)無法生成）。流量柵格圖4、河網(wǎng)生

5、成原理：河網(wǎng)是基于匯流累積量數(shù)據(jù)生成的。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和地形等資料輔助檢驗(yàn)，設(shè)定匯流累積量的閾值，其中不同級別的溝谷對應(yīng)于不同的閾值，級別相同而所處區(qū)域不同的溝谷閾值也不相同，將大于閾值的柵格屬性賦值為1，小于或等于閾值的柵格屬性設(shè)置為無數(shù)據(jù)( 空值) ，即可獲得河網(wǎng)的柵格文件，再通過柵矢轉(zhuǎn)換生成河網(wǎng)圖。閾值設(shè)置越小繪制的河網(wǎng)越精細(xì)，因此可根據(jù)不同的精度要求來設(shè)置閾值【1】。操作：選擇空間分析工具/條件分析/設(shè)為空函數(shù)輸入流量柵格；表達(dá)式為“value閾值”（注：閾值是一個經(jīng)驗(yàn)值，可以在流量柵格像素范圍內(nèi)選擇多個不同的閾值，如1000、5000、10000等，生成河網(wǎng)后與實(shí)際比較，河網(wǎng)越接近實(shí)地

6、的閾值肯定越合適。經(jīng)驗(yàn)之談：最好有一張配準(zhǔn)的分辨率比較高的遙感地圖，如spot5，這樣可以直接將生成的河網(wǎng)疊加到遙感圖上，逐片比較一下河網(wǎng)與遙感圖上的沖溝和河流是否重疊的比較好）；輸入條件為false時所取的柵格數(shù)據(jù)或常量：如果要保留value5000以上像元的原值的話，就輸入流量柵格；如果要讓value5000的所有像元都取值1，請輸入“1”。注：輸入1時是帶雙引號的1，即“1”，不能直接單獨(dú)輸入1，否則報(bào)錯。輸出河網(wǎng)柵格。上述設(shè)為空函數(shù)界面輸入的參數(shù)含義為： 所有流量值小于5000的柵格都設(shè)為空，其余流量大于等于5000的則設(shè)為值“1”。（實(shí)際含義就是大于等于5000的柵格在實(shí)際地貌中可能

7、對應(yīng)沖溝或者河流；當(dāng)然可以進(jìn)一步給河網(wǎng)分級，實(shí)際依據(jù)的也是每個柵格單元的不同流量數(shù)據(jù)）。河網(wǎng)柵格河網(wǎng)柵格和遙感地圖疊加后確定河網(wǎng)劃分是否合理，借此調(diào)節(jié)流量閾值的設(shè)定。5、生成河流連接（Stream Link）原理：Stream link是記錄著河網(wǎng)中的一些節(jié)點(diǎn)之間的連接信息，主要記錄著河網(wǎng)的結(jié)構(gòu)信息。如下圖所示，Stream link的每條弧段連接著兩個作為出水點(diǎn)或匯合點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)，或者連接著作為出水點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)和河網(wǎng)起始點(diǎn)。因此通過Stream link的計(jì)算，即得到每一個河網(wǎng)弧段的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。同樣，也可以得到該匯水區(qū)域的出水點(diǎn)。這些出水點(diǎn)具有很重要的水文作用，對于水量、水土流失等研究具有重要意

8、義。而且，這些出水口點(diǎn)的確定，也為進(jìn)一步的流域分割準(zhǔn)備了數(shù)據(jù)【2】。 操作：選擇空間分析工具/水文分析/河流連接輸入河流柵格；輸入流向柵格；輸出河流連接?xùn)鸥窈恿鬟B接?xùn)鸥駡D6、集水流域生成（Watershed）原理：對于低級的集水區(qū)的生成，可以使用hydrology工具集中的watershed工具生成。其思想如下：先確定一個出水點(diǎn)，也就是該集水區(qū)的最低點(diǎn)，然后結(jié)合水流方向數(shù)據(jù)，分析搜索出該出水點(diǎn)上游所有流過該出水口的柵格，直到所有的該集水區(qū)的柵格都確定了位置，也就是搜索到流域的邊界，分水嶺的位置【2】。操作：選擇空間分析工具/水文分析/分水嶺輸入流向柵格，輸入要素傾瀉點(diǎn)數(shù)據(jù)（實(shí)際就是上一步生成的

9、河流連接?xùn)鸥瘢?；選擇傾瀉點(diǎn)字段為“VALUE”；輸出集水流域柵格集水流域柵格圖7、集水流域面矢量生成原理：柵矢轉(zhuǎn)換功能獲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單元。操作：選擇轉(zhuǎn)換工具/由柵格轉(zhuǎn)出/柵格轉(zhuǎn)面輸入集水流域柵格；選擇字段“VALUE”；輸出集水流域面文件。8、反轉(zhuǎn)DEM原理：通過對正DEM以上步驟的水文分析，實(shí)際是提取了山脊線；通過反轉(zhuǎn)DEM，再經(jīng)過以上相同步驟提取集水流域，實(shí)際就是提取了山谷線；將兩次分析生成的山脊線和山谷線合并，就生成了我們需要的斜坡單元。反轉(zhuǎn)DEM就是高的變低的，低的變高的，將DEM反過來。操作：選擇空間分析工具/地圖代數(shù)/柵格計(jì)算器用正DEM的最高高程（通過正DEM的高程分布范圍可知，見下圖）減去DEM。輸出反轉(zhuǎn)DEM。反轉(zhuǎn)后的DEM9、依樣畫葫蘆，獲得反集水流域面文件用反轉(zhuǎn)DEM重復(fù)步驟1-7，直到最后獲得反集水流域面文件。反集水流域面文件10、生成斜坡單元原理：將正反兩個集水流域面文件合并。當(dāng)然，為確保與實(shí)際相吻合，有些不合理的部分肯定需要人工修改。操作：選擇菜單“地理處理/合并”輸入正集水流域和反集水流域面文件；輸出斜坡單元面文件。斜坡