Розрахунок індексу топографічної вологості (вибір із різних алгоритмів)

Індекс топографічної вологості може бути виражений як

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

де

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

і

  tanB is the slope 

Основна ідея тут проста, але оскільки існує кілька способів обчислення як a, так і tanB, результати TWI можуть сильно відрізнятися (Qin et al. 2011).

Акумуляція потоку та площа водозбору можна обчислити, наприклад:

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

алгоритми, також існує багато інших алгоритмів.

Нахил зазвичай обчислюється як локальний нахил навколо пікселя (Sorensen et al. 2005). Локальний нахил також може бути розрахований як мінімальний, середній та максимальний нахил навколо пікселя. Інший спосіб розрахунку нахилу представлений Hjerdt et al. 2004 рік, де ухил обчислюється до точки d метрів нижче центру клітин.

Нахил є основним інструментом більшості програмних засобів ГІС, однак розрахунок може відрізнятися. Ось кілька прикладів: ESRI: http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/index.cfm?TopicName=Calculating_slope SAGA: http://sourceforge.net/apps/trac/saga-gis/wiki/Terrain% 20Аналіз% 20-% 20Морфометрія% 20модуль% 20бібліотека

Як бачимо, існує багато варіантів для обчислення і a, і tanB. Отже, питання полягає на практиці, який правильний (найкращий) спосіб обчислити TWI, використовуючи різні ці алгоритми? Або є якісь?

Мені особисто подобається працювати в SAGA, головним чином тому, що є великий вибір інструментів гідрології з відкритим кодом.

Ps Мені важко дізнатися, як саме обчислюється схил водозбору в Saga GIS, і що саме це означає тут. (Аналіз рельєфу - гідрологія: паралельне водозборення).

ВЕДЕНО: Відповів Волкер Віхманн з Форумів SAGA: "Вихідна сітка схилу ухилу модуля зони водозбору (паралельно) обчислюється так: для кожної комірки локальний нахил обчислюється з використанням підходу Зевенберген і Торна. Ці значення нахилу є Нарешті, для кожної комірки значення накопиченого схилу діляться на отриману площу водозбору клітини. Одиницею сітки є радіани ".

"Модуль індексу топографічної інтенсивності (TWI) вимагає нормальної сітки нахилу як вхідного даних."

Список літератури:

Beven and Kirkby 1979. Модель на базі гідрології басейну фізично заснованої на змінній площі. Вісник гідрологічних наук, 24, с. 43–69.

Hjerdt та ін. 2004. Новий топографічний індекс для кількісного визначення контролю за зниженням рівня місцевого стоку. Дослідження водних ресурсів , 40, W05602, дої: 10.1029 / 2004WR003130.

O'Callaghan, JF та Mark, DM, 1984. Вилучення дренажних мереж з цифрових даних висоти. Комп'ютерне бачення, графіка та обробка зображень , 28: 323-344

Цинь та ін. 2011. Підхід до обчислення показника топографічної вологості на основі максимального градієнта спаду. Precision Agric 12: 32–43.

Сейберт, Дж. Та МакГлінн, Б. 2007. Новий трикутний алгоритм спрямованості множинних потоків для обчислення високих ділянок з сітчастих цифрових моделей висот, дослідження водних ресурсів , Vol. 43, W04501

Соренсен та ін. 2005. Про обчислення показника топографічної вологості: оцінка різних методів на основі польових спостережень. Гідрол. Земля Сис. Наук. Обговоріть. , 2, 1807–1834

Тарботон, ГД 1997 р. Новий метод визначення напрямків потоку та поверхонь верхньої площі в цифрових моделях висот сітки, Дослідження водних ресурсів , т.33, №2, с.309-319

Я думаю, що ця публікація на форумі SAGA GIS може виявитися корисною для відповіді на ваше запитання про те, як обчислюється схил:

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

Також, грунтуючись на моєму розумінні TWI (як докторант гідрології, що займається гідрологічним моделюванням), D-Inf (Tarboton), MFD-md (Qin), DEMON (Коста-Кабрал) та MFD (Quinn) з експонентом p = 1,1 (Фріман) - найкращі варіанти визначення площі накопичення 'a' в обчисленні TWI.

Я думаю, що робота Соренсена та робота Цина надають довіри моїй власній напівпрофесійній думці. Однак вдосконалений алгоритм Qin (MFD-md) не був настільки ретельно перевірений та використаний так само, як інші.

Коли я використав SAGA для розрахунку TWI, я спочатку обчислити нахил з допомогою нахилу віддає в / Slope, Aspect, модулі кривизни Terrain Analysis / морфометрії , використовуючи алгоритм за замовчуванням , зазначеному в повідомленні на форумі. Потім я обчислюю площу водозбору за допомогою вибору аналізу місцевості / гідрології / зони водозбору / зони водозбору (паралельно) , використовуючи алгоритм MFD або алгоритм D-INF з 1,1 як коефіцієнт конвергенції (p = 1,1, від Freeman).

Потім я запускаю опцію TWI в " Аналіз місцевості / Гідрологія / Топографічні індекси / Індекс топографічної вологості (TWI)" з можливістю перетворення площі на "1 / розмір комірки" та використання стандартного обчислення. Я перетворюю на конкретну зону водозбору, тому що саме до цього закликали оригінальну формулювання Бевена та Кіркбі. Щодо різниці між "Стандартним" та "ТОПМОДЕЛЬ", я не впевнений, що це таке - зараз я в цьому переглядаю.

Сторінка посилання 106 на посилання пов'язаного pdf для отримання більш конкретної допомоги: http://sourceforge.net/projects/saga-gis/files/SAGA%20-%20Documentation/SAGA% 20Documents / SagaManual.pdf / завантажити

Я забув додати, це все передбачає, що DEM був попередньо оброблений заповненням мийок. Це ще одна складна тема з двома (основними) окремими варіантами.

Я сподіваюся, що це допомагає!

Том

Правки PS для @reima:

Це те, що я нещодавно закопав, і можу визнати, я ще не думаю, що я досяг дна! Я віддаю перевагу методу Lindsay and Creed - підходу мінімального впливу, який вибирає вигин чи заповнення, заснований на мінімізації загального топографічного впливу (офіційно названий "Алгоритм зменшення впливу" - IRA), який, на мою думку, був реалізований у його програмному засобі аналізу місцевості (раніше TAS, тепер WhiteBox GAT - посилання: http://www.uoguelph.ca/~hydrogeo/Whitebox/ ).

Однак навіть його інструмент, здається, реалізує інші схеми наповнення:

1. Алгоритм заповнення раковини / депресії (основний, але шалено швидкий) Вангом і Лю (2006) - який, я не вірю, працює в ІРА манері, але подібний до того, як ArcMap заповнює раковини / поглиблення, просто прямо без будь-якого накиду .

2. І заповнення раковини / депресії Planchon і Darboux (2001), яке затоплює DEM і потім видаляє воду потроху - це може забезпечити нахил на поданій ділянці, що, на мою думку, може покращити розрахунки TI.

ArcMap має нове доповнення "детінгтінг" ( http://blogs.esri.com/esri/arcgis/2013/03/05/optimized-tool-for-dem-pit-removal-now-available/ ) це схоже на Lindsay and Creeds IRA, але я ще не читав цитований документ, щоб визначити, наскільки подібний. Цей метод, можливо, варто переглянути.

Мені також цікаво перевірити моє припущення, що для розрахунків TI потрібні заповнені DEM. У мене є три різного розміру вододільні ДЕМ (<100 кв. Км, 100-1000 кв. Км,> 1000 кв. Км), відрізані за допомогою файлу форми з 10 м даних NED. Вони не заповнені, оскільки файл форми вже надав розмежування вододілу. Я буду запускати обчислення ГІС TI SAGA (MFD, p = 1.1) на всіх трьох вододілах, як на заповнених, так і незаповнених DEM, використовуючи схему заповнення ArcMaps (стару і нову) та алгоритм Ванга і Лю (у Whitebox, можливо в SAGA) і алгоритм Планшона і Дарбу (в Whitebox, можливо, в SAGA). Я також буду обчислювати значення TI, використовуючи розрахунок TI, вкладений у мою гідрологічну модель.

Якщо ви хочете, я можу поділитися цими результатами з вами. Я не можу мати їх протягом місяця або близько того, як у мене є інші більш відповідні дослідження, на які зараз зосереджуються мої фокуси, але мені потрібно уточнити мій процес обчислення TI не пізніше середини травня.