山脊山谷线的提取

山脊山谷线的提取

1.背景： 作为地形特征线的山脊线、山谷线对地形、地貌具有一定的控制作用。它们与山顶点、谷底点以及鞍部点等一起构成了地形起伏变化的骨架结构。同时由于山脊线具有分水性，山谷线具有合水特征，使得它们在地形分析中具有特殊的意义。 2.目的： 了解基于DEM水文分析方法提取山脊线和山谷线的原理，掌握水流方向、汇流累积提取原理及方法。 3.要求： 利用ArcGIS水文分析模块提取出样区的山脊线和山谷线。 4.数据： 25米分辨率的DEM数据，区域面积约140平方公里。 5.算法思想： 山脊线和山谷线的提取实质上是分水线和汇水线的提取。因此，可以利用水文分析的方法进行提取。 对于山脊线而言，由于它同时也是分水线，而分水线的性质即为水流的起源点。所以，通过地表径流模拟计算之后，这些栅格的水流方向都应该只具有流出方向而不存在流入方向，及栅格的汇流累计为0.因此通过对0值的提取，就可得到分水线，即山脊线。 对山谷线而言，可以利用反地形计算。即利用一个较大的数值减去原始DEM数据，得到与原始DEM地形相反的地形数据，使得原始的DEM中的山脊变成反地形的山谷，而原始DEM中的山谷在反地形中就变成了山脊。再利用山脊线的提取方法就可以实现山谷线的提取。但是此方法提取出的山脊和山谷位置有些偏差，可以利用正、负地形加以纠正。 6.操作步骤：

（1）正负地形的提取。

1）在ArcMap中加载样区的原始DEM数据。

2）加载SpatialAnalyst模块，单击SpatialAnalyst模块的下拉箭头，单击Neighborhood Statistics菜单工具，利用邻域分析的方法以11*11的窗口计算平均值，计算结果命名为meandem

3）单击SpatialAnalyst中的RasterCalculator命令，对原始DEM数据域邻域分析之后的数据meandem做减法运算。

4）对运算结果进行两次重分类（Reclassify命令），分级界限为0.一次将大于0的区域赋值为1（即正地形），小于0的区域赋值为0，命名为zhengdixing，如图所示。另一次将小于0的区域属性值赋值为1（即负地形），大于0的区域赋值为0，命名为fudixing，如图所示。

(2)山脊线的提取。

1）在ArcMap中加载样区的原始DEM数据，如图所示。启动ArcTOOLbox展开AnalysisTools工具箱，打开Hydrology工具集。

2）洼地填充：

双击Hydrology工具集中的Fill工具，进行原始DEM的洼地填充，在Input Surface raster文本框中选择原始DEM数据集dem，将输出数据命名为filldem，Z limit取默认值，即填充所有洼地。 3）无洼地的水流方向的计算：双击Hydrology工具集中的FlowDirection工具，在Input surface raster文本框中选择填充过的无洼地的DEM数据集filldem，设置输出文件名为flowdirfill。

4）汇流累计的计算：双击Hydrology工具集中的FlowAccumulation工具，选择flowdirfill作为输入的水流方向数据，输出数据命名为flowccl。

5）汇流累计量为零值的提取：单击SpatialAnalyst模块的下拉箭头，单击RasterCalculation命令，打开栅格计算对话框，在文本框中填写公式：

6）在ArcMAP中打开facc0，会发现有很多地方并不是山脊线，因此需对此数据作如下处理：利用邻域分析的方法，对facc0进行3*3的邻域分析，求均值，使数据变得光滑，处理后的数据命名为neiborfacc0

7）单击SpatialAnalyst模块中的SurfaceAnalysis中的Contour和Hillshade命令，分别生成原始DEM的等值线图ctour和晕渲图hillshade

8）在neiborfacc0数据上单击右键，选择Properties命令，进入Symbology选项卡，进行重新分级，将数据分为两级，这时需要不断调整分级临界点，并以等值线图和晕渲图作为辅助判断。属性值越接近于1的栅格余越有可能是山脊线的位置，最终确定的分界阈值为0.5541

9）将进行过二值化的neiborfacc0进行重新分类为reneibor，将属性值接近于1的那一类的属性值赋值为1，其余的赋值为0

10）利用SpatialAnlyst菜单下的RasterCalculator将重分类后的reneibor数据与正地形数据zhengdixing相乘，消除了那些存在于负地形区域中的错误的山脊线，然后将计算结果进行重分类，所有属性值不为1的栅格值赋为NO DATA，即得到了山脊线。

（3）山谷线的提取：

1）选择SpatialAnalyst下的RasterCalculator，打开栅格计算对话框，在文本框中填写反地形的计算公式：fandem=Abs(dem-2000)单击evaluation按钮，得到与原始DEM地形完全相反的反地形数据。得到反地形数据后，山谷线的提取步骤和山谷线的提取相同，最终利用重分类方法将结果二值化处理。这里不需要对反地形DEM进行洼地填充。

2）利用SpatialAnalyst菜单下的RasterCalculator将重分类后的数据与负地形数据相乘，消除那些存在于正地形区域中错误的山谷线，然后计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为nodata，即获得山谷线，如图所示。

（3）山谷线的提取：

1）选择SpatialAnalyst下的RasterCalculator，打开栅格计算对话框，在文本框中填写反地形的计算公式：fandem=Abs(dem-2000)单击evaluation按钮，得到与原始DEM地形完全相反的反地形数据。得到反地形数据后，山谷线的提取步骤和山谷线的提取相同，最终利用重分类方法将结果二值化处理。这里不需要对反地形DEM进行洼地填充。

2）利用SpatialAnalyst菜单下的RasterCalculator将重分类后的数据与负地形数据相乘，消除那些存在于正地形区域中错误的山谷线，然后计算结果进行重分类，所有属性不为1的栅格属性值赋为nodata，即获得山谷线，如图所示。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/oks7.html