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DEM流径算法的相似性分析 总被引：4，自引：0，他引：4
流径算法是分布式水文模型、土壤侵蚀模拟等研究中的关键技术环节,决定着汇水面积、地形指数等许多重要的地形、水文参数的计算。本文以黄土高原两个典型样区的不同分辨率DEM为研究对象,对常用的五种流径算法(D8、Rho8、Dinf、MFD和DEMON)通过相对差系数、累积频率图、XY散点分布图等进行了定量的对比分析。结果表明:算法的差异主要集中在坡面区域,汇流区域各类算法的差别较小;算法差异在不同DEM尺度下都有所体现,但高分辨率下的差异会更明显;在地形复杂区域,多流向算法要优于单流向算法。研究也进一步指出汇水面积、地形指数等水文参数对流径算法具有强烈的依赖性。 相似文献
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平缓地区地形湿度指数的计算方法 总被引：8，自引：3，他引：5
地形湿度指数( topographic wetness index) 可定量模拟流域内土壤水分的干湿状况, 在流域 的土壤及分布式水文模型等研究中具有重要的意义。但现有的地形湿度指数计算方法在应用于 地形平缓地区时会得到明显不合理的结果, 即在河谷地区内, 地形湿度指数仅在狭窄的汇水线上 数值较高, 而在汇水线以外的位置则阶跃式地变为异常低的地形湿度指数值。本文针对此问题对 地形湿度指数的计算方法提出改进: 以多流向算法MFD- fg 计算汇水面积, 相应地以最大下坡计 算地形湿度指数, 再基于一个正态分布函数对河谷平原地区内的地形湿度指数进行插值处理。应 用结果表明, 所得地形湿度指数的空间分布不但能合理地反映平缓地区坡面上的水分分布状况, 并且在河谷地区内地形湿度指数值也都比较高, 其空间分布呈平滑过渡, 因而整个研究区域的水 分分布状况得到了比较合理的反映。 相似文献
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TOPMODEL中地形指数ln 的新算法 总被引：4，自引：0，他引：4
TOPMODEL中地形指数ln (α/tanβ)被用来近似表征流域径流源面积和地下水水位的空间分布特征,目前广泛使用的计算地形指数的方法为多流向算法 (FD8算法)。本文首先介绍了多流向算法的基本原理,并基于此对流动累积分配中的有效等高线长度精确计算提出了几何锥面内切圆算法,同时改进了传统的地形指数中单位等高线汇流面积α的计算方法,增强了多流向算法对DEM中异常栅格的处理能力。改进后的地形指数新算法在两个不同流域和不同分辨率DEM上与传统多流向算法进行了对比分析。结果表明新算法在原理上更符合地形指数物理意义,实际应用中其计算结果更准确。这种地形指数新算法的提出对于流域水文过程机理分析及陆面过程定量化研究具有一定的现实意义。 相似文献
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TOPMODEL中地形指数ln(α/tanβ)的新算法 总被引：2，自引：1，他引：1
TOPMODEL中地形指数ln(α/tanβ)被用来近似表征流域径流源面积和地下水水位的空间分布特征,目前广泛使用的计算地形指数的方法为多流向算法(FD8算法).本文首先介绍了多流向算法的基本原理,并基于此对流动累积分配中的有效等高线长度精确计算提出了几何锥面内切圆算法,同时改进了传统的地形指数中单位等高线汇流面积α的计算方法,增强了多流向算法对DEM中异常栅格的处理能力.改进后的地形指数新算法在两个不同流域和不同分辨率DEM上与传统多流向算法进行了对比分析.结果表明新算法在原理上更符合地形指数物理意义,实际应用中其计算结果更准确.这种地形指数新算法的提出对于流域水文过程机理分析及陆面过程定量化研究具有一定的现实意义. 相似文献
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基于单位汇水面积的地形因子特征评价 总被引：1，自引：0，他引：1
探讨了典型黑土区基于单位汇水面积的LS因子算法与传统基于径流路径长度算法的差异。研究表明,在研究区坡长坡缓的地形条件下,基于单位汇水面积的LS因子算法值普遍要大于基于径流路径长度算法的LS因子值;在有限的坡度范围内,不同算法的坡度因子相差不大,与之相比,不同算法的坡长因子值差别明显,特别是对于坡长指数采用定值的Govers算法更是如此。这说明在研究区坡长坡缓的地形条件下,坡长因子对LS因子算法的响应更为敏感。同时,侵蚀机理分析得出,坡长因子指数采用与坡度有关的变值更为合理,特别是在采用DEM进行大范围土壤侵蚀量预测时更应如此。 相似文献
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《地理与地理信息科学》2017,(4)
基于数字高程模型(Digital Elevation Models)进行河网提取是数字地形分析的重要研究内容和水文分析的关键步骤,而流向算法是其中最重要的部分。然而,传统的流向算法在平坦地形区域容易形成平行河网。为解决平行河网问题,该文提出了一种结合Priority-Flood算法漫水思想和改进D8算法的流向算法。借助Priority-Flood算法的漫水思想,可以保证流向符合宏观地形特征;同时将地形划分为上坡、平地和下坡3种类型,辅以PriorityFlood算法可以实现在不填洼的基础上计算流向,而且针对不同地形,采用相应的改进D8流向算法,从而保证流向符合微观地形特征。通过这两种算法的结合,可以直接使用原始DEM提取河网,消除了填洼过程,提高了流向计算效率,同时消除了填洼造成的大量平地,有效地解决了平地区域平行河网问题。最后,选取全球不同区域SRTM数据对JD算法与新算法进行对比实验,结果表明,新算法能够有效地改善平行河网问题。 相似文献
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《地理与地理信息科学》2017,(4)
基于GIS的数字地形分析的理论、方法与应用是地理信息科学研究的热点问题。目前公路微地形模型缺失对汇水要素的完整表达,且汇水分析绝大部分用于自然地表模型,较难开展汇水要素约束下的公路微地形的水文分析。该文利用公路排水设计在内的公路设计数据,提取公路微地形的水文信息与高程信息,基于公路微地形三维中心线构建、横断面坐标系转换、汇水要素添加等方法流程,构建汇水要素约束下的公路微地形三维模型,在此基础上,完成公路微地形三维模型可视化表达并实现公路微地形水文分析。研究结果表明,面向水文分析的公路微地形三维建模方法,可满足公路微地形三维模型可视化与水文分析应用的双重需求,为我国公路的设计、建设、运行及维护等方面做出贡献。 相似文献
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基于数字高程模型自动提取水系的若干问题 总被引：8，自引：0，他引：8
在分析对比基于数字高程模型(DEM)自动提取水系算法的基础上,针对地表径流模型数据预处理中存在的问题,提出了相应的解决方案。该方案根据现实可得DEM数据的精度,指出DEM中“数字负地形”来自真实的地形和伪地形;伪凹陷来自数据单元的低估或高估;伪平原区的流向是一种汇聚模式的流向。通过对ARC／INFO的样本数据进行实验,该方案有效解决了数据预处理中存在的问题。 相似文献
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顾及局部微地形特征的DEM洼地处理算法 总被引：1，自引：0，他引：1
《地理与地理信息科学》2017,(5)
基于数字高程模型(DEM)的洼地处理过程是分布式水文建模的基础步骤,但也是极其耗时的环节。随着DEM数据量的不断提高,洼地处理的效率提升成为解决当前分布式水文分析的重要突破口。该文在对局部微地形特征剖析的基础上,提出了局部微地形漫水算法(MFF算法),该方法分析了洼地处理过程中的8种局部微地形模式,并提出了两种洼地处理过程中的冗余点判别方法。通过对微地形中冗余点、洼地、平地的优化处理,实现了算法效率的有效提升。最后,以70个不同数据量的DEM为实验数据,分析了MFF算法的正确性与计算效率。实验结果表明:MFF算法在保证运算正确性的基础上,相比WL算法,执行效率平均提高40.13%,最大提高57.21%,可望为DEM高效水文分析提供新的方法。 相似文献
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基于DEM的数字流域特征提取研究进展 总被引：9，自引：0，他引：9
数字高程模型(DEM)是地表形态高程属性的数字化表达,利用流域DEM数据构建数字水系模型并提取流域水文特征,是分布式水文过程模拟的重要基础。DEM中闭合洼地和平坦区域的处理、流向的确定以及DEM分辨率的大小都直接影响着流域水系特征提取的质量与效率。针对当前基于DEM提取河网与流域特征的诸多问题,阐述了DEM数据提取流域水系特征的原理,回顾了数字水系模型与流域特征提取方法,评述了洼地和平地的处理方法及水流方向的确定方法的研究进展,介绍了当前基于不同DEM数据类型的提取方法研究,探讨了DEM尺度和分辨率对提取流域特征的影响,总结了平缓区域数字水系和河网提取的研究进展。 相似文献
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C. Qin A.‐X. Zhu T. Pei B. Li C. Zhou L. Yang 《International journal of geographical information science》2013,27(4):443-458
Most multiple‐flow‐direction algorithms (MFDs) use a flow‐partition coefficient (exponent) to determine the fractions draining to all downslope neighbours. The commonly used MFD often employs a fixed exponent over an entire watershed. The fixed coefficient strategy cannot effectively model the impact of local terrain conditions on the dispersion of local flow. This paper addresses this problem based on the idea that dispersion of local flow varies over space due to the spatial variation of local terrain conditions. Thus, the flow‐partition exponent of an MFD should also vary over space. We present an adaptive approach for determining the flow‐partition exponent based on local topographic attribute which controls local flow partitioning. In our approach, the influence of local terrain on flow partition is modelled by a flow‐partition function which is based on local maximum downslope gradient (we refer to this approach as MFD based on maximum downslope gradient, MFD‐md for short). With this new approach, a steep terrain which induces a convergent flow condition can be modelled using a large value for the flow‐partition exponent. Similarly, a gentle terrain can be modelled using a small value for the flow‐partition exponent. MFD‐md is quantitatively evaluated using four types of mathematical surfaces and their theoretical ‘true’ value of Specific Catchment Area (SCA). The Root Mean Square Error (RMSE) shows that the error of SCA computed by MFD‐md is lower than that of SCA computed by the widely used SFD and MFD algorithms. Application of the new approach using a real DEM of a watershed in Northeast China shows that the flow accumulation computed by MFD‐md is better adapted to terrain conditions based on visual judgement. 相似文献
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1 Introduction Automated extraction of drainage features from DEMs is an effective alternative to the tedious manual mapping from topographic maps. The derived hydrologic characteristics include stream-channel networks, delineation of catchment boundaries, catchment area, catchment length, stream-channel long profiles and stream order etc. Other important characteristics of river catchments, such as the stream-channel density, stream-channel bifurcation ratios, stream-channel order, number… 相似文献
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Hydrologic data derived from digital elevation models (DEM) has been regarded as an effective method in the spatial analysis of geographical information systems (GIS). However, both DEM resolution and terrain complexity has impacts on the accuracy of hydrologic derivatives. In this study, a multi-resolution and multi-relief comparative approach was used as a major methodology to investigate the accuracy of hydrologic data derived from DEMs. The experiment reveals that DEM terrain representation error affects the accuracy of DEM hydrological derivatives (drainage networks and watershed etc.). Coarser DEM resolutions can usually cause worse results. However, uncertain result commonly exists in this calculation. The derivative errors can be found closely related with DEM vertical resolution and terrain roughness. DEM vertical resolution can be found closely related with the accuracy of DEM hydrological derivatives, especially in the smooth plain area. If the mean slope is less than 4 degrees, the derived hydrologic data are usually unreliable. This result may be helpful in estimating the accuracy of the hydrologic derivatives and determining the DEM resolution that is appropriate to the accuracy requirement of a particular user. By applying a threshold value to subset the cells of a higher accumulation flow, a stream network of a specific network density can be extracted. Some very important geomorphologic characteristics, e.g., shallow and deep gullies, can be separately extracted by means of adjusting the threshold value. However, such a flow accumulationbased processing method can not correctly derive those streams that pass through the working area because it is hard to accumulate enough flow direction values to express the stream channels at the stream's entrance area. Consequently, errors will definitely occur at the stream’s entrance area. In addition, erroneous derivatives can also be found in deriving some particular rivers, e.g., perched (hanging up) rivers, anastomosing rivers and braided rivers. Therefore, more work should be done to develop and perfect the algorithms. 相似文献
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Glenn O'Neil Ashton Shortridge 《International journal of geographical information science》2013,27(7):1292-1311
Absolute elevation error in digital elevation models (DEMs) can be within acceptable National Map Accuracy standards, but still have dramatic impacts on field-level estimates of surface water flow direction, particularly in level regions. We introduce and evaluate a new method for quantifying uncertainty in flow direction rasters derived from DEMs. The method utilizes flow direction values derived from finer resolution digital elevation data to estimate uncertainty, on a cell-by-cell basis, in flow directions derived from coarser digital elevation data. The result is a quantification and spatial distribution of flow direction uncertainty at both local and regional scales. We present an implementation of the method using a 10-m DEM and a reference 1-m lidar DEM. The method contributes to scientific understanding of DEM uncertainty propagation and modeling and can inform hydrological analyses in engineering, agriculture, and other disciplines that rely on simulations of surface water flow. 相似文献
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由于DEM数据不包括河流、湖泊(水库)及流域边界和堤坝等信息,因此常规仅依靠DEM提取水系的方法不能反映平坦区域及受人类影响强烈区域水系的真实特征。该文建立了融合DEM、河流、湖泊水库、流域边界和堤坝等多源数字信息的流域水系提取方法,对多源信息进行栅格化,采用所提出的高程-距离函数对DEM进行校正,使得提取的数字水系与实际水系精确拟合。将该方法应用于山区太湖西苕溪流域老石坎水库及其上游集水区和平原丘陵分布区的淮河史灌河蒋家集站、梅山、鲇鱼山水库区间流域,提取的河网结构与地图信息拟合较好。 相似文献
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Igor V. Florinsky 《International journal of geographical information science》2013,27(2):213-231
Loci of extreme curvature of the topographic surface may be defined by the derivation function (T) depending on the first‐, second‐, and third‐order partial derivatives of elevation. The loci may partially describe ridge and thalweg lines. The first‐ and second‐order partial derivatives are commonly calculated from a digital elevation model (DEM) by fitting the second‐order polynomial to a 3×3 window. This approach cannot be used to compute the third‐order partial derivatives and T. We deduced formulae to estimate the first‐, second‐, and third‐order partial derivatives from a DEM fitting the third‐order polynomial to a 5×5 window. The polynomial is approximated to elevation values of the window. This leads to a local denoising that may enhance calculations. Under the same grid size of a DEM and root mean square error (RMSE) of elevation, calculation of the second‐order partial derivatives by the method developed results in significantly lower RMSE of the derivatives than that using the second‐order polynomial and the 3×3 window. An RMSE expression for the derivation function is deduced. The method proposed can be applied to derive any local topographic variable, such as slope gradient, aspect, curvatures, and T. Treatment of a DEM by the method developed demonstrated that T mapping may not substitute regional logistic algorithms to detect ridge/thalweg networks. However, the third‐order partial derivatives of elevation can be used in digital terrain analysis, particularly, in landform classifications. 相似文献
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地形信息对确定DEM适宜分辨率的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
分辨率会直接影响基于栅格数字高程模型（DEM）的数字地形分析结果,因此在实际应用中,需要选择适宜的DEM分辨率。目前采取的基本方法,基于某种地形信息定量刻画尺度效应曲线,从而确定DEM适宜分辨率,但对于采用不同地形信息时所产生的影响尚缺乏研究。本文针对该方法中通常采用的坡度、剖面曲率、水平曲率等3 种地形信息,每种地形信息提取时,分别使用两种不同的常用算法,在3 个不同地形特征的研究区中,逐一计算其在不同分辨率下的局部方差均值,以刻画尺度效应曲线,确定相应的DEM适宜分辨率,并进行对比分析。结果表明：① 采用剖面曲率或水平曲率所得适宜分辨率结果基本相同,但采用坡度所得出的适宜分辨率结果则有明显差别,后者所得的适宜分辨率更粗;② 采用不同地形信息时,越是在平缓地形为主的研究区,所得的适宜分辨率结果越相近,在复合地形特征的研究区所得到的适宜分辨率区间均明显较宽;③ 地形属性计算时所用的算法对适宜分辨率结果的影响不明显。 相似文献