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流向ラスター関数

Spatial Analyst のライセンスで利用可能。

概観

サーフェスの水文特性を算出するための重要な項目の 1 つは、ラスター内の各ピクセルから流向を特定することです。流向ラスター関数は、入力としてサーフェスをとり、各ピクセルから最も急な降下傾斜となる近傍ピクセルへの流向のラスターを作成します。流向ラスター関数は、D8 (8 方向)、多重流向 (MFD) および D-Infinity (DIFN) という 3 つのフロー モデリング方法をサポートしています。

備考

特定のフロー モデリング方法の詳細については、下記の関連するセクションをご参照ください。

D8 法

D8 流向オプションは、各ピクセルから最も急な降下傾斜となる近傍ピクセルへの流向をモデル化します。すべてのフローは、この最も急な傾斜となる近傍ピクセルに向かいます。[D8] 流向タイプの出力は、1 ~ 255 の値を持つ整数ラスターです。中心からのそれぞれの方向の値は、次のようになります。

[流向ラスターの作成 (Flow Direction)] のコード

たとえば、降下傾斜が最も急な方向がある処理ピクセルの左側である場合、フロー方向は 16 とコード化されます。以下の例は、標高値を流向ラスターのコードに変換する方法を示しています。

[流向ラスターの作成 (Flow Direction)] の図
流向ラスターのコードに変換される標高値

あるピクセルが 8 つの近傍セルより低い場合、そのピクセルには近傍ピクセルの最低値が与えられ、フローはこのピクセルへ向かう方向になります。複数の近傍ピクセルが最低値を持つ場合、ピクセルにはこの値が与えられますが、フローは以下で説明する 2 つの方法のいずれかを使用して定義されます。この方法は、ノイズと見なされる窪地の除去に使用されます。

窪地とは、流向として、流向ラスターの 8 つの有効な値のいずれも割り当てることができない 1 つのピクセルまたは空間的に接続している一連のピクセルのことです。これは、すべての隣接セルが処理ピクセルよりも高い場合、または 2 つのピクセルが相互に流れ込んでループが形成されている場合に発生します。

  • ピクセルが複数の方向で同じ Z 値の変化を持ち、そのピクセルが窪地 (シンク) の一部である場合、フロー方向は未定義と見なされます。このような場合、出力流向ラスターのピクセルの値は、それらの方向の合計となります。たとえば、Z 値の変化が右 (フロー方向 = 1) と下 (フロー方向 = 4) で同じ場合、そのピクセルのフロー方向は 1 + 4 = 5 になります。
  • ピクセルが複数の方向で同じ Z 値の変化を持ち、窪地 (シンク) の一部でない場合、フロー方向は可能性が最も高い方向を定義するルックアップ テーブルを使用して割り当てられます。以下の「Greenlee (1987)」をご参照ください。

[エッジにあるセルはすべて外側に流出] パラメーターをデフォルトのオフの設定にした場合、サーフェス ラスターのエッジにあるピクセルは、Z 値の降下率が最も高く、ピクセルの内部に向かって流れます。降下がゼロ以下の場合、ピクセルはサーフェス ラスターの外に流れ出ます。

多重流向 (MFD) 法

多重流向 (MFD) アルゴリズムは、ピクセルから降下傾斜となるすべての近傍へのフローを分割します (Qin、2007 年)。フローパーティション指数は、現地の地形の状態に基づく適応アプローチによって作成され、降下傾斜となるそれぞれの近傍ピクセルに流出するフローの一部を特定するために使用されます。

  • MFD 流向出力は、D8 流向しか表示しません。MFD 流向では、対象の各ピクセルに対して複数の値が関連付けられている可能性があるため (各値は、降下傾斜となる各近傍ピクセルへのフローの割合に対応する)、出力は簡単に視覚化できません。ただし、MFD 流向出力ラスターは [累積流量ラスターの作成 (Flow Accumulation)] ツールによって認識されている入力であり、比例配分した MFD 流向を使用し、各ピクセルから降下傾斜となるすべての近傍ピクセルへのフローを累積します。

D-Infinity (DINF) 法

D-Infinity (DINF) 法では、8 つの三角形ファセット上の最も急な傾斜となる流向を特定します (Tarboton、1997 年)。このファセットは、対象となるピクセルの中心にある 3x3 ピクセル ウィンドウとして決定されます。流向出力は、0 (真東) から 360 (真東) まで反時計回りの角度として表される、浮動小数点のラスターです。

パラメーター

パラメーター説明

ラスター

連続標高サーフェスを表す入力ラスター。

エッジにあるセルはすべて外側に流出

エッジ ピクセルが常に外向きに流れるか、通常のフロー規則に従うかを指定します。

  • いいえ - エッジ ピクセルの内部の最大降下がゼロより大きい場合、通常のフロー規則に従って判定されます。それ以外の場合、フロー方向はエッジ方向になります。内側に流れるべきピクセルは、内側に流れます。これがデフォルトです。
  • はい - サーフェス ラスターのエッジにあるすべてのピクセルが、サーフェス ラスターから外側に流れます。

流向タイプ

流向の計算時に使用される、フロー方法のタイプを指定します。

  • D8 - D8 法に基づいて流向を割り当てます。この方法では、最も急な傾斜となる近傍ピクセルに流向が割り当てられます。これがデフォルトです。
  • MFD - MFD 法に基づいて流向を割り当てます。この方法では、降下傾斜となるすべての近傍ピクセルに複数の流向の比例配分したフローが割り当てられます。
  • DINF - 三角形ファセットの最も急な傾斜を使用し、D-Infinity 法に基づいて流向を割り当てます。

参照

Greenlee, D. D. 1987. "Raster and Vector Processing for Scanned Linework." Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 53 (10): 1383-1387.

Qin, C, A. X. Zhu, T. Pei, B. Li, C. Zhou, and L. Yang. 2007. "An adaptive approach to selecting a flow partition exponent for a multiple flow directions algorithm." International Journal of Geographical Information Science 21 (4): 443-458.

Tarboton, D. G., R. L. Bras, and I. Rodriguez–Iturbe. 1991. "On the Extraction of Channel Networks from Digital Elevation Data." Hydrological Processes 5: 81-100.

関連トピック


このトピックの内容
  1. 概観
  2. 備考
  3. パラメーター
  4. 参照