Thuật toán nào được sử dụng bởi công cụ ArcGIS Watershed?

Có ai biết loại thuật toán nào được sử dụng trong công cụ ArcGIS Watershed (trong gói Spatial Analyst) không?

Rất ít thông tin được cung cấp trên trang web của Esri ... nhưng tôi nghi ngờ đó có thể là một loại tìm kiếm chuyên sâu / rộng.

Tôi đã xem các trang Trợ giúp Trực tuyến ArcGIS này:

• Đầu nguồn (Nhà phân tích không gian)
• Cách thức hoạt động của đầu nguồn

Vì vậy, có, nó sử dụng raster hướng dòng chảy, nhưng nó sử dụng thuật toán gì để đi qua raster?

Xin lưu ý, tôi không tìm kiếm câu trả lời dọc theo dòng 'nó sử dụng D8 ..'... D8 không thực sự là một thuật toán, mà là một mô hình để giúp xác định thuật toán bạn sẽ sử dụng. IE bạn có thể triển khai lược đồ D8 trong thuật toán tìm kiếm theo chiều sâu và / hoặc thuật toán tìm kiếm theo chiều rộng

Phương pháp mà tôi đã triển khai bằng một vài ngôn ngữ và tin rằng ESRI sử dụng (xin lỗi, không có tài liệu tham khảo nào ngoài Jenson và paramue được trích dẫn ở nơi khác trong trang này) là bắt đầu tại một ô "đổ điểm" do người dùng cung cấp hoặc một ô ở rìa của lưới hướng dòng chảy (fdr), kiểm tra tám lân cận của nó để tìm dòng nào trong số đó chảy trực tiếp vào ô hiện tại và gán các ô đó cho "lưu vực" hiện tại trong lưới đầu ra. Sau đó, hàm đệ quy gọi chính nó một lần cho mỗi hàng xóm đang chảy. Quá trình này lặp lại cho đến khi tất cả các tế bào chảy vào cạn kiệt cho một điểm đổ, và sau đó sẽ lặp lại cho tất cả các điểm đổ.

Thiết kế thuật toán đệ quy có thể khá tốn kém vì cuối cùng nó có thể cố giữ nhiều dữ liệu trong bộ nhớ, phải trao đổi / trang vào đĩa và do đó thường bị chậm lại.

(xem bình luận của người dưới đây về các phương pháp đệ quy khác nhau, nếu bạn sẽ RỦI RO)

_____________ EDIT _____________

Lấy mã C cũ của tôi làm ví dụ (lưu ý: Mặc dù hầu hết các python có thể muốn chạy khỏi phòng, nhưng không nên quá tệ). Nghĩ rằng nó có thể được quan tâm để minh họa. Mặc dù bây giờ tôi chỉ quen thuộc một cách hời hợt với lần đệ quy đầu tiên so với đệ quy sâu đầu tiên, tôi nghĩ rằng thói quen của tôi thực sự là sâu sắc (và mô tả ngôn ngữ tự nhiên của tôi ở trên là sai lệch) dựa trên bài đăng stackoverflow này (hy vọng @ whuber hoặc người khác thông minh hơn tôi có thể xác nhận / từ chối).

Mã: giải thích: idirlà raster của các giá trị hướng dòng chảy. offsetđề cập đến ô trung tâm hiện đang được phân tích và offkiểm tra từng ô lân cận của ô đó. Điều này gọi một hàm khác, does_it_flow_into_metrả về một boolean về việc liệu luồng dữ liệu của ô lân cận trỏ đến ô hiện tại. Nếu đúng với một người hàng xóm, sau đó tái diễn đến vị trí đó.

void shed(int init_x, int init_y, int basin_id){

int i, j, offset, off, flow_dir;

offset = ((init_y - 1) * nc) + (init_x - 1);
*(basin + offset) = basin_id;


/* kernel analysis */
for (i = -1; i <  2; i++) {
    for (j = -1; j <  2; j++) {
        if ((i) || (j)) {

            off = offset + (j * nc +  i);
            flow_dir = *(idir + off);


            if (does_it_flow_into_me(i,j,flow_dir)){
                shed(init_x+i, init_y+j,basin_id);
            }
        } /*not center */
    } /* do - j */
} /* do - i */
}

Trợ giúp ArcGIS cho biết:

Đầu nguồn có thể được phân định từ DEM bằng cách tính toán hướng dòng chảy và sử dụng nó trong công cụ đầu nguồn. Để xác định khu vực đóng góp, trước tiên phải tạo một raster đại diện cho hướng của dòng chảy bằng công cụ Flow Direction.

Hướng dòng chảy được tính toán từ DEM bằng phương pháp D8 , trong đó dòng chảy được trừu tượng hóa bằng cách tính toán cho từng ô, trong đó có 8 ô lân cận, nước từ ô này sẽ chảy đến.

Có nhiều lựa chọn thay thế cho D8, chẳng hạn như Rho8, Froh8 & Stream Tube, nhưng hầu hết các Phần mềm GIS bao gồm ArcGIS đều có xu hướng sử dụng D8, vì nó đơn giản hơn và ít tính toán hơn các phần mềm khác.

Vài năm trước, tôi đang làm việc trong một dự án Delineation đầu nguồn và chúng tôi đã phải đối mặt với một số vấn đề do ArcGIS sử dụng phương pháp D8. Hai vấn đề chính là

• D8 chỉ cho phép Uni Directional Flow. Nước chỉ có thể chảy ra theo một hướng từ một tế bào.
• Các luồng Stream được tạo ra có độ lệch lớn dọc theo trục chéo. Điều này đã dẫn đến những dòng tìm kiếm kỳ lạ.

Từ dữ liệu của chúng tôi, chúng tôi biết rằng hai vấn đề này là những vấn đề lớn, vì vậy tôi đã phát triển một số công cụ để tạo hướng dòng chảy bằng phương pháp lai.

Một trong những nhiệm vụ đầu tiên của tôi là thiết kế ngược công cụ tính toán Lưu vực. Tôi thấy rằng nó khá đơn giản. Nếu bạn muốn tìm lưu vực cho điểm đã cho (còn gọi là điểm đổ), trước tiên bạn tìm ô chứa nó. Thường thì bạn sẽ cố gắng đưa nó đến điểm có tích lũy dòng chảy cao nhất trong một dung sai cho trước.

Đối với ô này, bạn sẽ tìm thấy tất cả các ô trong vùng lân cận đóng góp cho nó. Đối với mỗi ô lân cận này, bạn tìm thấy các ô đóng góp cho chúng, v.v. Bạn tiếp tục quá trình lặp lại này cho đến khi bạn không tìm thấy ô nào mới. Đó là khi bạn đã đạt đến các đường sườn núi hoặc ranh giới đầu nguồn.

Tôi thấy rằng mã đơn giản của tôi đã làm điều này cho các trình quét của ASCII, đã cho đầu ra gần như tương tự khi so sánh với công cụ đầu nguồn của ArcGIS. Đôi khi, có một sự khác biệt của một vài ô trên đường biên, vì vậy tôi tin rằng ArcGIS tuân theo thuật toán D8 chưa được sửa đổi.

Điều này đã được hỏi trước đây , mặc dù có lẽ trong một bối cảnh hơi khác. Tất cả các công cụ xử lý địa lý trong bộ công cụ thủy văn của Nhà phân tích không gian sử dụng mô hình hướng dòng chảy D8 , như đã nêu trong trang Cách thức hoạt động của dòng chảy :

Có tám hướng đầu ra hợp lệ liên quan đến tám ô liền kề mà luồng có thể di chuyển. Cách tiếp cận này thường được gọi là mô hình dòng chảy tám hướng (D8) và tuân theo cách tiếp cận được trình bày trong Jenson và Sebastue (1988).

Một bản sao của bài báo Jenson và hque (1988) có sẵn ở đây .

Tất cả các công cụ sử dụng trình quét Flow Direction làm đầu vào sử dụng mô hình hướng dòng chảy này bằng cách liên kết. Điều này bao gồm đầu nguồn, tích lũy dòng chảy, chiều dài dòng chảy, điền, v.v.

Để suy nghĩ nhiều hơn cho câu hỏi này, tôi đã chạy một phân tích lưu vực theo cung: Tôi lấy một DEM (điền), tính hướng dòng chảy và đặt một vài điểm tương ứng với các vị trí trên mạng luồng được tính toán trước đó. Tôi đã chạy công cụ 'đầu nguồn' và nó đã cho tôi một vài lưu vực đẹp, bao gồm hầu hết các khu vực còn lại 'ngược dòng' (như bạn mong đợi):

Sau đó, tôi đã mã hóa một thuật toán tìm kiếm nhanh trong Python (như câu trả lời ở trên), để kiểm tra lưới hướng dòng chảy và 'theo dõi' các đường dẫn luồng. Đối với mỗi nút, tôi kiểm tra 8 lân cận và nếu một hàng xóm chảy vào nút hiện tại, tôi gọi hàm tương tự đệ quy với nút lân cận là đầu vào.

Mã giả (ish):

class d8():
    def __init__(self, arr):
       self.catchment = set()
       self.arr = arr

    def search(self, node):
        """ Searches all neighbouring nodes to find flow paths """ 

        # add the current node to the catchment
        self.catchment.add(node)

        # search the neighbours, ignore ones we already visited
        for each_neighbour:
            if neighbour is in self.catchment:
               do nothing

            # if the neighbour flows into the current node, visit that neighbour
            elif neighbour_flows_into_me:
               self.search(neighbour)

Tôi đã chạy chức năng đó bằng cách sử dụng cùng một lưới đầu vào hướng dòng chảy và một trong những điểm giống nhau. Vấn đề là, nơi hồ quang trả về một lưu lượng khoảng 40000 ô cho điểm đó, thuật toán của tôi chỉ trả về 72 ô.

Có ai biết tôi đang làm gì sai không?