Tính toán chỉ số độ ẩm địa hình (chọn từ các thuật toán khác nhau)


10

Chỉ số độ ẩm địa hình có thể được biểu thị bằng

 Ln(a/tanB) based on the idea of Beven and Kirkby (1979)

Ở đâu

  a is the specific catchment area (a=A/L, catchment area (A)divided by contour length(L))

  tanB is the slope 

Ý tưởng cơ bản ở đây rất đơn giản, nhưng vì có nhiều cách để tính cả a và tanB, kết quả của TWI có thể khác nhau rất nhiều (Qin et al. 2011).

Tích lũy dòng chảy và diện tích lưu vực có thể được tính toán, ví dụ:

 D8 (O'Callaghan, J.F. / Mark, D.M. (1984))
 D-infinity  (Tarboton, D.G. (1997)
 Triangular Multiple flow direction (Seibert, J. / McGlynn, B. (2007)

các thuật toán, và có nhiều thuật toán khác cũng có sẵn.

Độ dốc thường được tính là độ dốc cục bộ xung quanh pixel (Sorensen et al. 2005). Độ dốc cục bộ cũng có thể được tính là độ dốc tối thiểu, trung bình và độ dốc tối đa xung quanh pixel. Một cách khác để tính độ dốc được trình bày bởi Hjerdt et al. 2004 trong đó độ dốc được tính đến một điểm d mét bên dưới trung tâm tế bào.

Độ dốc là một công cụ cơ bản trong hầu hết các phần mềm GIS, tuy nhiên tính toán có thể khác nhau. Dưới đây là một vài ví dụ: ESRI: http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/index.cfm?TopicName=Calculating_slope SAGA: http://sourceforge.net/apps/trac/saga-gis/wiki/Terrain 20Phân tích% 20-% 20 Biến dạng% 20module% 20 thư viện

Như bạn có thể thấy có nhiều tùy chọn có sẵn để tính cả a và tanB. Vì vậy, câu hỏi là, trong thực tế, đâu là cách thích hợp (tốt nhất) để tính toán TWI bằng các thuật toán khác nhau? Hay là có?

Cá nhân tôi thích làm việc trong SAGA, chủ yếu vì có nhiều lựa chọn công cụ thủy văn nguồn mở.

Ps tôi đang gặp khó khăn để tìm hiểu chính xác cách tính độ dốc lưu vực trong Saga GIS và chính xác ý nghĩa của nó ở đây là gì. (Phân tích địa hình -hydrology: diện tích lưu vực song song).

EDITED: Đã được trả lời bởi Volker Doesmann từ Diễn đàn SAGA: "Lưới đầu ra độ dốc của mô-đun Lưu vực (Song song) được tính như thế này: đối với mỗi ô, độ dốc cục bộ được tính theo cách tiếp cận của Zevenbergen & Thorne. Cuối cùng, đối với mỗi ô, các giá trị độ dốc tích lũy được chia cho diện tích lưu vực dẫn xuất của ô. Đơn vị của lưới là radian. "

"Mô-đun Chỉ số Độ ẩm Địa hình (TWI) yêu cầu lưới độ dốc bình thường làm đầu vào."

Người giới thiệu:

Beven và Kirkby 1979. Một mô hình khu vực đóng góp biến đổi dựa trên vật lý của thủy văn lưu vực. Bản tin khoa học thủy văn, 24, tr 43 436969.

Hjerdt et al. 2004. Một chỉ số địa hình mới để định lượng kiểm soát trượt xuống trên hệ thống thoát nước cục bộ. Nghiên cứu tài nguyên nước , 40, W05602, doi: 10.1029 / 2004WR003130.

O'Callaghan, JF và Mark, DM 1984. Việc trích xuất mạng lưới thoát nước từ dữ liệu độ cao kỹ thuật số. Thị giác máy tính, Đồ họa và Xử lý hình ảnh , 28: 323-344

Tần và cộng sự. Năm 2011. Cách tiếp cận để tính toán chỉ số độ ẩm địa hình dựa trên độ dốc dốc tối đa. Chính xác Nông nghiệp 12: 32 sắt43.

Seibert, J. và McGlynn, B. 2007. Một thuật toán đa hướng dòng chảy tam giác mới để tính toán các khu vực tăng áp từ các mô hình độ cao kỹ thuật số có lưới, Water Ressource Research , Vol. 43, W04501

Sorensen và cộng sự. 2005. Về việc tính toán chỉ số độ ẩm địa hình: đánh giá các phương pháp khác nhau dựa trên quan sát thực địa. Thủy phân. Trái đất Sys. Khoa học. Bàn luận. , 2, 1807 Từ1834

Tarboton, DG 1997. Một phương pháp mới để xác định hướng dòng chảy và khu vực tăng áp trong các mô hình độ cao kỹ thuật số lưới, Nghiên cứu nguồn nước , Vol.33, số 2, tr.309-319

Câu trả lời:


6

Tôi nghĩ rằng bài đăng này trong diễn đàn SAGA GIS có thể chứng minh hữu ích trong việc trả lời câu hỏi của bạn về cách tính độ dốc:

https://sourceforge.net/p/saga-gis/discussion/354013/thread/27ecdc6b/

Ngoài ra, dựa trên sự hiểu biết của tôi về TWI (với tư cách là một sinh viên thủy văn tiến sĩ liên quan đến mô hình thủy văn), D-Inf (Tarboton), MFD-md (Qin), DEMON (Costa-Cabral) và MFD (Quinn) với số mũ p = 1.1 (Freemann) là các tùy chọn tốt nhất để xác định vùng tích lũy 'a' trong phép tính TWI.

Tôi nghĩ rằng công việc của Sorensen và công việc của Qin, tin tưởng vào ý kiến ​​bán chuyên nghiệp của riêng tôi. Tuy nhiên, thuật toán cải tiến của Qin (MFD-md) đã không được kiểm tra và sử dụng nhiều như các thuật toán khác.

Khi tôi đã sử dụng SAGA để tính TWI, trước tiên tôi tính độ dốc bằng cách sử dụng độ dốc trong mô-đun Phân tích địa hình / Hình học / Độ dốc, Aspect, độ cong , sử dụng thuật toán mặc định được đề cập trong bài đăng trên diễn đàn. Sau đó, tôi tính toán diện tích lưu vực bằng cách sử dụng lựa chọn Phân tích địa hình / Thủy văn / Lưu vực / Khu vực lưu vực (Song song) , sử dụng thuật toán MFD hoặc thuật toán D-INF với 1.1 làm hệ số hội tụ (p = 1.1, từ Freeman).

Sau đó, tôi chạy tùy chọn TWI, trong Phân tích địa hình / Thủy văn / Chỉ số địa hình / Chỉ số độ ẩm địa hình (TWI) , với các tùy chọn để chuyển đổi diện tích thành "1 / kích thước ô" và sử dụng phép tính tiêu chuẩn. Tôi chuyển đổi sang khu vực lưu vực cụ thể bởi vì đây là công thức ban đầu của Beven và Kirkby yêu cầu. Về sự khác biệt giữa "Tiêu chuẩn" và "TOPMODEL", tôi không chắc nó là gì - bản thân tôi đang nhìn vào đó.

Trang tham khảo 106 trở đi của pdf được liên kết để được trợ giúp cụ thể hơn: http://sourceforge.net/projects/saga-gis/files/SAGA%20-%20Documentation/SAGA% 20Document / SagaManual.pdf / download

Tôi quên thêm, tất cả đều cho rằng DEM đã được xử lý trước bằng cách đổ đầy bồn. Đó là một chủ đề phức tạp khác, với hai tùy chọn (chính) riêng biệt.

Tôi hi vọng cái này giúp được!

Tom

Chỉnh sửa PS cho @reima:

Đây là thứ mà tôi mới chỉ đào gần đây và tôi có thể thừa nhận rằng tôi chưa nghĩ mình đã chạm đáy! Tôi thích phương pháp của Lindsay và Creed, cách tiếp cận tác động tối thiểu chọn breeching hoặc điền dựa trên việc giảm thiểu tổng tác động địa hình (tên chính thức là "Thuật toán giảm tác động" - IRA) mà tôi nghĩ đã được triển khai trong công cụ Phần mềm phân tích địa hình của mình (trước đây là TAS, bây giờ WhiteBox GAT - liên kết: http://www.uoguelph.ca/~hydrogeo/Whitebox/ ).

Tuy nhiên, ngay cả công cụ của ông dường như thực hiện các chương trình điền khác:

  1. Thuật toán lấp đầy vết lõm / trầm cảm (cơ bản, nhưng cực kỳ nhanh) của Wang và Liu (2006) - mà tôi không tin là vận hành theo cách thức IRA, nhưng tương tự như cách ArcMap lấp đầy các vết lõm / trầm cảm, chỉ cần đứng thẳng lên mà không có bất kỳ lỗi nào .

  2. Và sự chìm xuống / trũng của Planchon và Darboux (2001), làm ngập DEM và sau đó loại bỏ nước từng chút một - nó có thể tạo ra độ dốc trên khu vực nộp đơn, mà tôi nghĩ có thể cải thiện tính toán TI.

ArcMap có một tiện ích bổ sung "khử" mới ( http://bloss.esri.com/esri/arcgis/2013/03/05/optimized-tool-for-dem-pit-removal-now-av Available / ) nó có vẻ giống với Lindsay và Creeds IRA, nhưng tôi chưa đọc bài báo được trích dẫn để xác định mức độ giống nhau. Phương pháp này có thể đáng xem.

Tôi cũng quan tâm đến việc xem xét giả định của mình rằng các tính toán TI cần các DEM đầy. Tôi có ba DEM lưu vực có kích thước khác nhau (<100 km vuông, 100-1000 km vuông,> 1000 km vuông), được cắt bằng tệp hình dạng từ dữ liệu NED 10 m. Chúng không được điền, vì tệp hình đã cung cấp phân định đầu nguồn. Tôi sẽ chạy phép tính SAGA GIS TI (MFD, p = 1.1) trên cả ba lưu vực, trên cả DEM đã điền và chưa được lấp đầy, sử dụng sơ đồ điền ArcMaps (cũ và mới) và thuật toán Wang và Liu (trong Whitebox, có thể trong SAGA) và thuật toán Planchon và Darboux (trong Whitebox, có thể trong SAGA). Tôi cũng sẽ tính toán các giá trị TI bằng cách sử dụng tính toán TI được nhúng trong mô hình thủy văn của mình.

Nếu bạn muốn, tôi có thể chia sẻ những kết quả này với bạn. Tôi có thể không có chúng trong một tháng hoặc lâu hơn, vì tôi có một nghiên cứu thích hợp khác mà tôi đang tập trung vào, nhưng tôi cần phải tinh chỉnh quá trình tính toán TI của mình vào giữa tháng 5 muộn nhất.


Cảm ơn bạn đã nhập Tom! Có vẻ như chúng tôi có dòng công việc gần như giống hệt nhau. Tiền xử lý DEM thực sự là một chủ đề khác, đặc biệt là khi có đường, cầu v.v ... làm hỏng hướng tích lũy và dòng chảy tự nhiên. Tôi có thể hỏi bạn phương pháp mặc định của bạn để làm đầy bồn là gì và làm thế nào để bạn xử lý các hồ trong quá trình tiền xử lý của DEM? Cuối cùng tôi đã loại bỏ tất cả các hồ bởi vì mọi tùy chọn bồn rửa đều có xu hướng nâng những chiếc vòi nước này cao hơn so với thực tế, gây mất thông tin gần các hồ.
reima

@reima, xem ở trên. Tôi chưa làm gì đặc biệt cho hồ cả. Tất cả sự tập trung của tôi là vào việc dự đoán lưu lượng tại cửa suối / cửa sông - Tôi vẫn chưa bao giờ suy nghĩ về việc các hồ sẽ tương tác với tất cả những điều này. Ngoài ra, tôi cảm thấy mình nên làm rõ, trong phép tính TI bạn không muốn "Độ dốc bắt". Bạn muốn độ dốc bình thường - chỉ muốn đảm bảo rằng rõ ràng từ liên kết diễn đàn SAGA GIS tôi đã cung cấp.
traggatmot

Có, (tôi đã cố gắng in nghiêng phần về độ dốc cục bộ ("bình thường") nhưng tôi đoán nó sẽ không rõ ràng một chút (xấu của tôi)). Tôi đã kết thúc bằng phương pháp điền vào Wang Liu 2006, nhưng nếu Tôi tiếp tục với chủ đề này, tôi chắc chắn sẽ phải đào sâu hơn nữa. Tôi cũng rất quan tâm đến kết quả của bạn!
reima

@reima, xin vui lòng chấp nhận câu trả lời của tôi là câu trả lời nếu bạn cảm thấy nó giải quyết câu hỏi của bạn.
traggatmot
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.