流向函数

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总览

获取表面的水文特征的关键之一是能够确定从栅格中的每个像素流出的方向。“流向”栅格函数将表面作为输入,并创建从每个像素到其最陡下坡相邻点的流向的栅格。“流向”函数支持三种流向建模方法:D8(八流向)、多流向 (MFD) 和 D-Infinity (DINF)。

这是一个全局栅格函数。

备注

有关特定流向建模方法的详细信息,请参阅以下的相关部分。

D8 方法

D8 流选项可对从每个像素到其最陡下坡相邻点的流向进行建模。所有流将定向至此最陡相邻点。D8 方向类型的输出是值范围介于 1 到 255 之间的整型栅格。从中心出发的各个方向值如下图所示:

流向编码

例如,如果最陡下降方向位于当前处理像素的左侧,则该处理像素的流向编码将为 16。以下示例显示了如何将高程值转换为流向代码。

流向图示
高程值转换为流向代码

如果某像素低于八个相邻像素,则将为该像素指定其相邻像素的最低值,并将流向定向到此像素。如果多个相邻像素都具有最低值,则仍为该像素分配此值,但会使用下面介绍的其中一种方法来定义流向。此方法可用于移除被视为噪声的汇。

汇是指流向栅格中流向无法被赋予八个有效值之一的一个或一组空间连接像素。在所有相邻像素都高于待处理像素时,或在两个像素互相流入以创建一个由两个像素构成的循环时,都会发生这种情况。

  • 如果像素的 z 值在多个方向上均发生相同变化,并且该像素是凹陷点的一部分,则该像素的流向将被视为未定义。此时,该像素在输出流向栅格中的值将为这些方向的总和。例如,如果 z 值向右(流向 = 1)和向下(流向 = 4)的变化相同,则该像素的流向为 1 + 4 = 5。
  • 如果某像素的 z 值在多个方向上均发生相同变化,并且该像素不是凹陷的一部分,则将使用定义最可能方向的查找表来指定流向。请参阅以下 Greenlee (1987)。

如果强制所有边缘像元向外流动参数在默认情况下未选中,则处于表面栅格边缘的像素将流向 z 值下降方向最陡的内部像素。如果降幅小于或等于零,则像素将流出表面栅格。

多流向 (MFD) 方法

由 Qin (2007) 描述的多流向 (MFD) 算法可对像素到所有下坡相邻点的流向进行划分。水流分区指数根据当地地形条件通过自适应方法创建,可用于确定排放到每个下坡相邻点的水流部分。

  • MFD 流向输出仅显示 D8 流向。由于 MFD 流向可能具有与每个感兴趣像素相关的多个值(每个值对应于流向每个下坡相邻点的水流的比例),因此不易对输出进行可视化。但是,MFD 流向输出栅格是由流量工具识别的输入,该工具利用比例 MFD 流向并累积每个像素到所有下坡相邻点的流量。

D-Infinity (DINF) 方法

由 Tarboton (1997) 描述的 D-Infinity (DINF) 流量法将流向确定为在以感兴趣的像素为中心的 3×3 像素窗口中形成的八个三角面上最陡的下坡方向。流向输出是一个表示为单一角度的浮点型栅格,以度为单位:从 0(正东)到 360(下一个正东) 逆时针转动。

参数

参数说明

栅格

输入栅格表示连续的高程表面。

强制所有边缘像元向外流动

指定边缘像素始终向外流动还是遵循正常流动规则。

  • - 如果边缘像素内部的最大降幅大于零,则将照常确定流向;否则流向将朝向边缘。应从表面栅格的边缘向内流动的像素也将执行此行为。这是默认设置。
  • - 表面栅格边缘的所有像素将从表面栅格向外流动。

流向类型

指定用于计算流向的流向法的类型。

  • D8 - 根据 D8 流量法分配流向。此方法可将流向分配至最陡下坡相邻点。这是默认设置。
  • MFD - 根据 MFD 流量法分配流向。此方法可将多方向比例流量分配给所有下坡相邻点。
  • DINF - 使用三角面的最陡坡度,根据 D-Infinity 流量法分配流向。

参考文献

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.

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