CN108595572A - 一种适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法。为了在城市化地貌区域内正确的提取河流水系要素与划分汇水区，本研究基于原始DEM(建立了融合土地利用类型相关信息和排水体系相关信息的UIDEM(Urban Infrastructure Digital Elevation Model)数据库。其中土地利用类型相关数据包括道路、坑塘、建筑物等空间数据图层，排水体系相关数据包括实际校正水系、排水沟渠、雨水管网与“伪河道”校正水系等空间数据图层。然后借助于ArcGIS软件的Hydrology模型，提取新建的UIDEM完成水系分级和流域层次单元划分。方法简单，具有普适性，易于推广。

Description

一种适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法
技术领域
本发明属于地理信息技术应用领域，具体地说，是借助于ArcGIS软件完成在城市化地貌区域内高精度提取水系与流域单元的方法。
背景技术
人类在城市化区域内的建造建筑物、铺设道路与雨水管网与挖掘排水沟渠等开发与建设活动改变了所在区域下垫面的覆盖与高程情况，改变了自然的水系结构与汇水路径，最终影响到各流域单元的边界。因此，提取原始DEM得到的水系结构与流域单元边界等结果与现实情况有一定的差异。
由此，本发明将以城市地貌替代自然地貌，融合地下管网、道路、河流等信息到原始DEM，形成能生成实际水系与汇水区边界高度一致的高精度UIDEM，从而完成水系提取与流域单元划分。
发明内容
本发明针对在城市地貌区域基于原始DEM提出水系与流域单元不准确，提出了一种适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法，通过对各种影响水系与流域单元的因素进行综合考虑，将它们融入到原始DEM中，实现在城市化地貌区域内高精度提取水系与流域单元，结果客观，具有普适性。
本发明采用以下技术方案予以实现：
一种适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法，包括以下步骤：
(1)基于原始DEM，应用ArcGIS软件提取水系与汇水单元；
(2)应用ArcCatalog建立符合城市地貌的UIDEM数据库；
(3)收集数据库中各数据信息；
(4)在ArcGIS的ArcCatalog中创建UIDEM数据库各要素对应的矢量图层，然后用polygon要素勾勒出原始DEM修改的范围；
(5)利用ArcToolbox工具箱下的Conversion Tools，将生成的各polygon图层由矢量数据格式转换成栅格数据格式；
(6)在栅格计算器中，将要修正的各栅格数据融入到原始DEM中；
(7)利用新建的UIDEM，完成水系分级与流域层次单元划分。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将各影响水系与流域单元的因素融入原始DEM中，使在城市地貌区域内高精度提取水系与划分汇水单元成为可能；
2、本发明建立的符合城市地貌UIDEM数据库包括道路、洼地、建筑物、实际水系、雨水管网、排水沟渠与伪河道等数据，影响因素全面；
3、本发明不仅适用于城市化区域，也适用于平原地貌，具有综合性和普适性，易于推广使用。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的在城市化地貌区域内高精度提取水系与流域单元的方法的一种实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
如图1所示，本实施例的在城市化地貌区域内高精度提取水系与流域单元的方法具体包括以下过程：
S101、基于原始DEM提取水系与汇水单元；
本实施例要求应用ArcGIS软件的Hydrology模型进行水系与流域提取。通过研究提取结果发现，由原始DEM影像提取河流水系与实际水系路径有所出入。
S102、建立符合城市地貌的UIDEM数据库；
本发明中DEM数据库的数据种类主要可分为原始DEM数据、土地利用类型相关数据和排水体系相关数据等三大类，其中为原始DEM为SRTM-90米分辨率的DEM数据，土地利用类型相关数据包括城市化区域、道路、坑塘、建筑物等空间数据图层，排水体系相关数据包括实际校正水系、排水沟渠、雨水管网与“伪河道”校正水系等空间数据图层。
S103、收集数据库中各数据信息；
原始DEM数据是指未经处理的GDEMDEM、SRTMDEM等原始DEM，所述道路数据是指具有排水管网、排水沟或路基明显高于地貌的高速公路等相关数据，所述建筑物数据是指影响径流的连续建筑物或与排水管网相连的建筑物，实所述际水系数据是指直接提取原始DEM未提取到的实际水系，所述伪河道数据是指提取原始DEM得到的实际不存在的水系。
S104、在ArcGIS的ArcCatalog中创建UIDEM数据库各要素对应的矢量图层，然后用polygon要素勾勒出原始DEM修改的范围；
S105、利用ArcToolbox工具箱下的Conversion Tools，将生成的各polygon图层由矢量数据格式转换成栅格数据格式；
S106、在栅格计算器中，将要修正的各栅格数据融入到原始DEM中；
在栅格计算器中输入SQL(Structured Query Language)语言表达式‘con(isnull([raster]),[dem],fixelevation)’，表达式中raster是最终生成的校正栅格，dem是原始高程数据格栅，fixelevation是需要校正的高程值大小(根据实际情况确定的固定高度值，±△h)。
S107、利用新建的UIDEM，完成水系分级与流域层次单元划分。
随着GIS技术的发展，河网水系自动分级技术逐渐成形，目前应用较广泛的是斯特拉勒法和施里夫法；为了反映了水系结构特征上的差别，本发明建议选择斯特拉勒法对提取的韩仓河流域河网水系进行分级。
对流域层次单元划分的步骤为：基于新建的符合城市地貌信息的UIDEM，确定小流域的边界；在小流域内，基于水系分级结果及各水系的生态功能确定次小流域边界；在各次小流域内，基于道路、排水管网等信息，确定汇水区的边界。

Claims (5)

1.一种适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)基于原始DEM提取水系与汇水单元；
(2)建立符合城市地貌的UIDEM数据库；
(3)收集数据库中各数据信息；
(4)在ArcGIS的ArcCatalog中创建UIDEM数据库各要素对应的矢量图层，然后用polygon要素勾勒出原始DEM修改的范围；
(5)利用ArcToolbox工具箱下的Conversion Tools，将生成的各polygon图层由矢量数据格式转换成栅格数据格式；
(6)在栅格计算器中，将要修正的各栅格数据融入到原始DEM中；
(7)利用新建的UIDEM，完成水系分级与流域层次单元划分。
2.根据权利要求1所述的适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法，其特征在于，所述相关数据包括原始DEM数据、道路数据、洼地数据、建筑物数据、实际水系数据、雨水管网数据、排水沟渠数据与伪河道数据等8类。
3.根据权利要求1所述的适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法，其特征在于，在栅格计算器中将要修正的各栅格数据融入到原始DEM中的操作为：在栅格计算器中输入SQL(Structured Query Language)语言表达式‘con(isnull([raster]),[dem],fixelevation)’，表达式中raster是最终生成的校正栅格，dem是原始高程数据格栅，fixelevation是需要校正的高程值大小(根据实际情况确定的固定高度值，±△h)。
4.根据权利要求1所述的适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法，其特征在于，完成水系分级与流域层次单元划分需要借助于ArcGIS平台的Hydrology模型。
5.根据权利要求2所述的适用于城市化区域高精度提取水系与流域单元方法，其特征在于，所述原始DEM数据是指未经处理的GDEMDEM、SRTMDEM等原始DEM，所述道路数据是指具有排水管网、排水沟或路基明显高于地貌的高速公路等相关数据，所述建筑物数据是指影响径流的连续建筑物或与排水管网相连的建筑物，实所述际水系数据是指直接提取原始DEM未提取到的实际水系，所述伪河道数据是指提取原始DEM得到的实际不存在的水系。
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