CN106897519B - 一种基于dem的内流湖集水区划定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于DEM的内流湖集水区划定方法，其包括获取设定区域内高程数字模型的DEM数据，并对其进行切割，得到基础DEM数据；根据基础DEM数据确立设定区域内的山脊线；对高程数字模型的空间单元进行分割，得到空间流向栅格数据；根据山脊线和空间流向栅格数据，确立内流湖集水区。该基于DEM的内流湖集水区划定方法有效地解决了内流湖湖泊因缺少明确流域出口，导致难以直接在地理信息平台上进行集水区划定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种河湖集水区的划分方法，具体涉及一种基于DEM的内流湖集水区划定方法。
背景技术
目前广泛用于模拟流域水文过程的方法是分布式水文模型，其最显著的特点就是与DEM的有效结合；为了能够考虑水文参数和过程的空间特异性，分布式水文模型需要将流域分散成较小的、具有相对单一的空间单元，水分在离散单元之间运动和交换，空间单元的划分是分布式水文模型的重要基础。
在河网纵横、湖泊密集的流域内，湖泊、水库和圩区都是具有独立积水功能的单元，在流域划分过程中应该作为单独的集水单元进行划分。对于外流性的河湖集水区，在有一个明确的流域出口的前提下，可以在相关的地理信息平台上，通过填洼、流向计算等步骤予以划分。但对于内流湖湖泊，往往由于缺少明确的流域出口，难以在地理信息平台上直接完成。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于DEM的内流湖集水区划定方法解决了内流湖湖泊因缺少明确流域出口，导致难以直接在地理信息平台上进行集水区划定的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：提供一种基于DEM的内流湖集水区划定方法，其包括：
S1：获取设定区域内高程数字模型的DEM数据，并对其进行切割，得到基础DEM数据；
S2：根据基础DEM数据确立设定区域内的山脊线；
S3：对高程数字模型的空间单元进行分割，得到空间流向栅格数据；
S4：根据山脊线和空间流向栅格数据，确立内流湖集水区。
进一步地，步骤S1的具体步骤为：利用Arcgis平台切割高程数字模型的DEM数据，使设定区域内的入湖口位于栅格文件的边界上，并且栅格文件覆盖所在河流的流域，得到基础DEM数据。
进一步地，步骤S2的具体步骤为：
S21：利用Arcgis平台对基础DEM数据进行处理，得到汇流累积量为零的栅格数据，并对汇流累积量为零的栅格数据进行分析处理，得到目标数据；
S22：利用Arcgis平台对基础DEM数据进行处理，分别生成高程数字模型的等值线图和晕渲图；
S23：根据等值线图和晕渲图，对目标数据分析处理，得到重分类数据；
S24：利用Arcgis平台对设定区域内高程数字模型的DEM数据进行分析处理，得到正地形数据；
S25：利用Arcgis平台对重分类数据和正地形数据进行分析处理，确立山脊线。
进一步地，S21的具体步骤为：
S211：根据基础DEM数据，利用Arcgis平台填充设定区域内的洼地，得到无洼地栅格数据；
S212：根据无洼地栅格数据，利用Arcgis平台测得无洼地水流方向，得到无洼地水流方向栅格数据；
S213：根据无洼地水流方向栅格数据，利用Arcgis平台计算其汇流的积累量，得到汇流累积量；
S214：根据汇流累积量，利用Arcgis平台提取为零值的汇流累积量，得到汇流累积量为零的栅格数据；
S215：对汇流累积量为零值栅格数据进行分析处理，得到目标数据。
进一步地，S215的具体步骤为：将汇流累积量为零的栅格数据进行3×3邻域分析，并求均值，得到目标数据。
进一步地，S23的具体步骤为：
S231：根据等值线图和晕渲图将目标数据分为两级，并调整分级临界点，得到二值化数据并确定分界阈值；
S232：根据分界阈值 ，将得到的二值化的数据进行重分类，将属性值接近于1部分的属性值赋值为1，其余赋值为0，得到重分类数据。
进一步地，S24的具体步骤为：根据设定区域内高程数字模型的DEM数据，利用Arcgis平台计算其平均值，并将该平均值与邻域分析后的均值做减法运算，再对减法运算的结果进行重分类，将大于0的区域赋值为1，小于0的区域赋值为0，得到正地形数据。
进一步地， S25的具体步骤为：将重分类数据与正地形数据相乘，消除负地形区域的山脊线，并将计算结果进行重分类，属性不为1的栅格属性值赋为无数据，得到山脊线。
进一步地，S3的具体步骤为：利用“九单元分割法”对高程数字模型的空间单元进行分割，利用Arcgis平台计算得到空间流向栅格数据。
进一步地，S4的具体步骤为：利用Arcgis平台，对空间流向栅格数据和山脊线进行处理，得到各条河网弧段的集水区区域，再将得到集水区域矢量化，利用Arcgis平台中的编辑工具，去掉河网和湖泊以外的河网弧段集水区域，得到内流湖集水区。
本发明的有益效果为：该基于DEM的内流湖集水区划定方法首先确立了山脊线，并进行了空间分割，进而结合山脊线和空间流向栅格数据得到内流湖的集水区；在内流湖集水区的划定中提供了一种新颖的划定方法，使其可直接在地理信息平台上进行划定；有效地解决了内流湖湖泊因缺少明确流域出口，导致难以直接在地理信息平台上进行集水区划定的问题。
附图说明
图1示意性的给出了基于DEM的内流湖集水区划定方法的步骤示意图。
图2示意性的给出了基于DEM的内流湖集水区划定方法的基于河流的步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，该基于DEM的内流湖集水区划定方法包括：
S1：获取设定区域内高程数字模型的DEM数据，并对其进行切割，得到基础DEM数据；在具体实施中，利用Arcgis平台切割高程数字模型的DEM数据，使设定区域内的入湖口位于栅格文件的边界上，并且栅格文件覆盖所在河流的流域，得到基础DEM数据；其具体表现为利用Arcgis平台的编辑器建立多边形掩膜数据，再利用Arcgis平台中的掩膜提取工具，按多边形掩膜数据，提取所需区域的栅格数据。
S2：根据基础DEM数据确立设定区域内的山脊线；在具体实施中，先利用Arcgis平台对基础DEM数据进行处理，得到汇流累积量为零的栅格数据，并对汇流累积量为零的栅格数据进行分析处理，得到目标数据；再利用Arcgis平台中的轮廓列表工具和山体阴影工具对基础DEM数据进行处理，分别生成高程数字模型的等值线图和晕渲图。
接着根据等值线图和晕渲图，对目标数据分析处理，得到重分类数据；利用Arcgis平台对设定区域内高程数字模型的DEM数据进行分析处理，得到正地形数据；最后根据重分类数据和正地形数据，确立山脊线。
其中，根据基础DEM数据，利用Arcgis平台中的File填充设定区域内的洼地，得到无洼地栅格数据；再利用Arcgis平台中的Flow Direction测得无洼地水流方向，得到无洼地水流方向栅格数据；接着利用Arcgis平台中的Flow Accumulation计算其汇流的积累量，得到汇流累积量；并利用Arcgis平台中的Raster Calculator提取为零值的汇流累积量，得到汇流累积量为零的栅格数据；对汇流累积量为零值栅格数据进行分析处理，得到目标数据。
在具体实施中，在对汇流累积量为零值栅格数据进行分析处理过程中，具体表现为将汇流累积量为零的栅格数据进行3×3邻域分析，并求均值，得到目标数据。
在根据等值线图和晕渲图，对目标数据分析处理过程中，具体表现为根据等值线图和晕渲图将目标数据分为两级，并调整分级临界点，得到二值化数据并确定分界阈值；其中，属性值越接近于1的栅格越有可能是山脊线的位置；再根据分界阈值 ，将得到的二值化的数据进行重分类，将属性值接近于1部分的属性值赋值为1，其余赋值为0，得到重分类数据。
在利用Arcgis平台对设定区域内高程数字模型的DEM数据进行分析处理，得到正地形数据过程中，具体表现为根据设定区域内高程数字模型的DEM数据，利用Arcgis平台中的Focal Statistic计算其平均值，并通过Arcgis平台中Raster Calculator将该平均值与邻域分析后的均值做减法运算，再利用Arcgis平台中Reclassify对减法运算的结果进行重分类，将大于0的区域赋值为1，小于0的区域赋值为0，得到正地形数据。
在根据重分类数据和正地形数据，确立山脊线过程中，具体表现为将重分类数据与正地形数据相乘，消除负地形区域的山脊线，并将计算结果进行重分类，属性不为1的栅格属性值赋为无数据，得到山脊线。
S3：对高程数字模型的空间单元进行分割，得到空间流向栅格数据；在具体实施中，利用“九单元分割法”对高程数字模型的空间单元进行分割，利用Arcgis平台中的FlowDirection计算得到空间流向栅格数据。
S4：根据山脊线和空间流向栅格数据，确立内流湖集水区；在具体实施中，利用Arcgis平台中的Watershed，对所述空间流向栅格数据和山脊线进行处理，得到各条河网弧段的集水区区域，再利用Arcgis平台中的Stream to Feature将得到的集水区区域矢量化，利用Arcgis平台中的编辑工具，去掉河网和湖泊以外的河网弧段集水区域，得到内流湖集水区
在具体实施中，该基于DEM的内流湖集水区划定方法首先确立了山脊线，并进行了空间分割，进而结合山脊线和空间流向栅格数据得到内流湖的集水区；在内流湖集水区的划定中提供了一种新颖的划定方法，使其可直接在地理信息平台上进行划定；有效地解决了内流湖湖泊因缺少明确流域出口，导致难以直接在地理信息平台上进行集水区划定的问题。
如图2所示，图2示意性的给出了另一种可实施的基于DEM的内流湖集水区划定方法的步骤示意图，该方法以主要河流入湖口为处理对象，其步骤包括获取设定区域内高程数字模型的DEM数据，并对其进行切割，得到基础DEM数据。
在具体实施中，利用Arcgis平台切割高程数字模型的DEM数据，确保入湖口位于栅格文件的边界上，并保证所切的栅格文件覆盖所在河流的流域，得到基础DEM数据；其具体表现为利用Arcgis平台的Editor建立多边形掩膜数据，再利用Arcgis平台中的Extract byMask按多边形掩膜数据，提取所需区域的栅格数据。
接着利用基础DEM数据确定各条河流的入湖口，在具体实施中，利用Arcgis平台中的Snap Pour Point找到流入湖泊的各条河流的入湖口，得到入湖口的栅格数据；再者分析各条河流流向信息，确定各条的河流汇水区。
在具体实施中，先利用Arcgis平台中Flow Direction计算各条河流的流向信息，再结合各条河流的流向信息和入湖口的栅格数据，利用Arcgis平台中的Watershed输出各条河流的集水区；其中，得到的各条河流的集水区及其包围的范围即为内流湖集水区。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将使显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制与本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种基于DEM的内流湖集水区划定方法，其特征在于，包括：
S1：获取设定区域内高程数字模型的DEM数据，并对其进行切割，得到基础DEM数据；
S2：根据所述基础DEM数据确立设定区域内的山脊线；
S3：对所述高程数字模型的空间单元进行分割，得到空间流向栅格数据；
S4：根据所述山脊线和空间流向栅格数据，确立内流湖集水区；
所述步骤S1的具体步骤为：利用Arcgis平台切割高程数字模型的DEM数据，使设定区域内的入湖口位于栅格文件的边界上，并且栅格文件覆盖所在河流的流域，得到基础DEM数据；
所述步骤S2的具体步骤为：
S21：利用Arcgis平台对所述基础DEM数据进行处理，得到汇流累积量为零的栅格数据，并对所述汇流累积量为零的栅格数据进行分析处理，得到目标数据；
S22：利用Arcgis平台对所述基础DEM数据进行处理，分别生成高程数字模型的等值线图和晕渲图；
S23：根据所述等值线图和晕渲图，对所述目标数据分析处理，得到重分类数据；
S24：利用Arcgis平台对设定区域内高程数字模型的DEM数据进行分析处理，得到正地形数据；
S25：利用Arcgis平台对所述重分类数据和正地形数据进行分析处理，确立山脊线；
所述S24的具体步骤为：根据设定区域内高程数字模型的DEM数据，利用Arcgis平台计算其平均值，并将该平均值与邻域分析后的均值做减法运算，再对所述减法运算的结果进行重分类，将大于0的区域赋值为1，小于0的区域赋值为0，得到正地形数据；
所述S25的具体步骤为：将所述重分类数据与正地形数据相乘，消除负地形区域的山脊线，并将计算结果进行重分类，属性不为1的栅格属性值赋为无数据，得到山脊线。
2.根据权利要求1所述的基于DEM的内流湖集水区划定方法，其特征在于，所述S21的具体步骤为：
S211：根据所述基础DEM数据，利用Arcgis平台填充设定区域内的洼地，得到无洼地栅格数据；
S212：根据所述无洼地栅格数据，利用Arcgis平台测得无洼地水流方向，得到无洼地水流方向栅格数据；
S213：根据所述无洼地水流方向栅格数据，利用Arcgis平台计算其汇流的积累量，得到汇流累积量；
S214：根据所述汇流累积量，利用Arcgis平台提取为零值的汇流累积量，得到汇流累积量为零的栅格数据；
S215：对所述汇流累积量为零值栅格数据进行分析处理，得到目标数据。
3.根据权利要求2所述的基于DEM的内流湖集水区划定方法，其特征在于，所述S215的具体步骤为：将所述汇流累积量为零的栅格数据进行3×3邻域分析，并求均值，得到目标数据。
4.根据权利要求1所述的基于DEM的内流湖集水区划定方法，其特征在于，所述S23的具体步骤为：
S231：根据所述等值线图和晕渲图将所述目标数据分为两级，并调整分级临界点，得到二值化数据并确定分界阈值；
S232：根据所述分界阈值 ，将得到的二值化的数据进行重分类，将属性值接近于1部分的属性值赋值为1，其余赋值为0，得到重分类数据。
5.根据权利要求1所述的基于DEM的内流湖集水区划定方法，其特征在于，所述S3的具体步骤为：利用“九单元分割法”对所述高程数字模型的空间单元进行分割，利用Arcgis平台计算得到空间流向栅格数据。
6.根据权利要求1所述的基于DEM的内流湖集水区划定方法，其特征在于，所述S4的具体步骤为：利用Arcgis平台对所述空间流向栅格数据和山脊线进行处理，得到各条河网弧段的集水区区域，再将得到的集水区区域矢量化，利用Arcgis平台中的编辑工具，去掉河网和湖泊以外的河网弧段集水区域，得到内流湖集水区。
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