Как работает инструмент Найти понижения

Доступно с лицензией Spatial Analyst.

Получение точных данных о водотоках и понимание того, как вода течет по ландшафту, имеет решающее значение для определения границ затоплений и управления водными ресурсами. Обычно это делается путем получения гидрологической информации из цифровых моделей рельефа (ЦМР). Однако ЦМР, как правило, создаются на основе данных дистанционного зондирования, которые не фиксируют элементы физического ландшафта, которые невозможно увидеть из воздуха или сверху. Инфраструктура ливневой канализации, например водопропускные трубы, и другая подземная инфраструктура в эти данные не включена. Если анализируется только ЦМР, то недостаток информации о подземных каналах может проявиться в анализе в виде нарушений в водных объектах, которые не отражают реальное поведение. Обнаружение этих областей нарушенного потока может позволить улучшить качество ЦМР.

Инструмент Найти понижения позволяет выявить области, которые лежат ниже окружающей местности и потенциально могут нарушить поток воды. Этот инструмент может фильтровать эти области на основе пространственных характеристик. Выходные данные инструмента также содержат информацию, которую можно использовать для дальнейшей фильтрации.

Этот инструмент использует поверхность ЦМР в качестве входных данных и создает полигоны, определяющие эти области. Эти области, также известные как понижения, лежат ниже окружающей местности. Инструмент также дополнительно создает точки, связанные с каждым понижением, которые можно использовать для дополнительной фильтрации.

Как обнаруживаются понижения

Понижения обнаруживаются путем сравнения исходной ЦМР с заполненной версией ЦМР. Инструмент Заполнение используется в процессе для создания заполненной версии ЦМР. Затем исходная ЦМР вычитается из заполненной версии. Ячейки, которые изменяют значение при заполнении ЦМР, называются ячейками понижения. При вычитании заполненной ЦМР из исходной эти ячейки дают значения больше 0.

Рисунок 1: Показано отношение между входным растром поверхности и заполненной версией растра. Первоначально понижения обнаруживаются путем вычитания этих двух растров.

Чтобы узнать больше о заполнении локальных понижений и понижений, см. раздел Как работает инструмент Заполнение.

После обнаружения всех возможных понижений их границы сглаживаются с помощью инструмента Удаление границ. Затем понижения фильтруются на основе значений дополнительных параметров анализа. Существует две концептуальные группы дополнительных параметров анализа: геометрия понижений и то, как понижения связаны с окружающей средой. Связь понижений с окружающей средой включает в себя близость к точке соединения ниже по течению и к дорогам.

После фильтрации понижений возвращается итоговый результат. Процесс фильтрации и результаты работы инструмента будут более подробно рассмотрены ниже.

Фильтрация на основе геометрии понижений

Размеры понижений управляются двумя параметрами. Понижения, максимальная глубина которых меньше значения Минимальной глубины, будут исключены. Также будут отфильтрованы понижения, площадь которых меньше значения параметра Минимальная площадь. В выходные данные будут включены только понижения с максимальной глубиной и площадью, превышающими эти значения.

Рассматриваемая здесь площадь — это площадь поверхности верхней части понижения, другими словами, площадь суши, которую занимает понижение, или площадь озера с высоты птичьего полета.

Значение параметра Z единицы обеспечивает корректное вычисление глубины и применение параметра Минимальная глубина. При необходимости значение параметра Минимальная глубина преобразуется в единицы измерения параметра Z единицы.

Фильтрация на основе соединений ниже по течению

Связь понижений с окружающей средой также может предоставить полезную информацию. Водопропускные трубы обычно относительно короткие и располагаются вблизи дорог. С помощью оставшихся дополнительных параметров анализа можно указать расстояния, ограничивающие удаленность понижений от соединения ниже по течению и дороги.

Соединение ниже по течению определяется как ближайшая ячейка к границе понижения, имеющая высоту ниже самой низкой ячейки в пределах понижения. Понижения с соединением ниже по течению, находящимся дальше значения параметра Максимальное расстояние до соединения, будут отфильтрованы. Расстояние измеряется от центра ячейки на границе понижения до центра первой найденной ближайшей ячейки с соответствующим значением высоты.

На рисунке 2 ниже показана ячейка с самой низкой высотой в примере понижения, показанном на рисунке 1. Значение высоты самой низкой ячейки равно 3, поэтому ячейка соединения ниже по течению должна иметь высоту менее 3. Ближайшая ячейка с высотой ниже 3 — это ячейка со значением высоты 2. Эта ячейка представляет местоположение соединения ниже по течению.

Рисунок 2: Показано понижение (синего цвета), его самая низкая ячейка по высоте (красного цвета) и место его соединения ниже по течению (фиолетового цвета).

Расстояние между ячейками, выделенными на рисунке 2, измеряется от центра ближайшей ячейки на границе понижения до центра ячейки соединения ниже по течению. На рисунке 3 показана иллюстрация этого расстояния — в данном примере расстояние равно квадратному корню из 17 или примерно 4,12 ширины ячейки. Таким образом, если бы значение параметра Максимальное расстояние до соединения было меньше 4,12 ячеек, то понижение не было бы включено в выходные данные.

Рисунок 3: Как измеряется расстояние от ближайшей ячейки на границе до соединения ниже по течению.

Фильтрация на основе близости к дорогам

Кроме соединения ниже по течению, понижения также можно фильтровать по близости к дорогам. Водопропускные трубы используются для отвода воды под дорогами, поэтому их обычно располагают в непосредственной близости от них.

Если данные о дорогах доступны, их можно указать в параметре Входной растр или Объекты дорог. Если данные о дорогах указаны в виде векторного слоя, инструмент преобразует их в формат растра, используя размер ячейки Входного растра поверхности. Если данные о дорогах указаны в виде растра с размером ячейки, отличным от растра высот, он масштабируются заново для соответствия Входному растру поверхности.

Параметр Максимальное расстояние до дорог можно применять только в том случае, если указаны данные о дорогах. Понижения, которые находятся дальше от дороги, чем параметр Максимальное расстояние до дорог, будут отфильтрованы.

В примере с понижением из предыдущих рисунков дорога расположена прямо под понижением. Рисунок 4 показывает дорогу. Расстояние от понижения до дороги измеряется от центра ячейки на границе понижения до центра ячейки дороги. Результирующее расстояние для этого примера составляет 1 ячейку.

Рисунок 4: Показано понижение (синего цвета), его самая низкая ячейка по высоте (красного цвета), место его соединения ниже по течению (фиолетового цвета) и входные данные дороги (серого цвета).

Выходные понижения и точки соединений

Только понижения, соответствующие всем критериям, заданным дополнительными параметрами анализа, будут частью значения параметра Выходные полигоны понижений. Эти полигоны содержат поля с дополнительной информацией, которую можно использовать для дальнейшей фильтрации. Тип информации, доступной в этих полях, включает площадь и объем понижений, расстояние до ближайшего понижения, расстояние до точки соединения ниже по течению и, если применимо, расстояние до ближайшей дороги. Поля, содержащие значения расстояния, указываются в метрах и рассчитываются относительно центров ячеек.

Доступен дополнительный параметр — Выходные точки соединений. Он содержит самую низкую точку в каждом понижении и соответствующую точку соединения ниже по течению для всех выходных понижений. Поле POINT_TYPE содержит либо 0, если это местоположение имеет наименьшее значение высоты в понижении, либо 1, если это точка соединения ниже по течению для понижения. Поле DEP_ID содержит идентификатор понижения, с которым связаны точки. Эти точки также содержат дополнительные поля с информацией, которая может быть полезна для дальнейшей фильтрации понижений. Поля, содержащие значения расстояния, указываются в метрах и рассчитываются относительно центров ячеек.