基于DEM的四湖流域水系提取的精度分析

摘要

作为自然地理要素重要组成部分的河网，不仅对水资源的开发利用有着重要的意义，而且对防洪减灾、环境保护等方面有着深刻的影响。流域河网的提取是水文分析及其相关问题研究的基础与关键，水系提取的精度也直接影响着流域水系相关研究的准确性。基于数字高程模型(DEM)直接提取水系和流域信息等方面的应用非常广泛，也为分布式水文模型的开发和应用奠定了基础。数字高程模型的分辨率与处理方式等因素对相关水系因子的提取存在一定的影响。
　　本文以湖北省境内的四湖流域为研究区域，提出了一种河道偏移量检验方法来检验基于DEM水系提取的河道空间定位精度。利用Landsat OLI、Google Earth影像目视解译的结果来评价从SRTM DEM(90m)和ASTER DEM(30m)提取水系的河道偏移量。主要结论有:
　　(1)集水面积阀值集水面积阀值的大小直接关系着水系提取精度的高低。集水面积阀值是水系提取准确程度的决定性因数，阀值愈低，提取水系愈密集;反之阀值愈高，则提取水系愈稀疏。随着集水面积阀值的增大，河道数和河网稀密程度、河流长度等随之减少。本文选取的阀值为3.29km2时，提取的河流水系与真正河网基本相吻合。
　　(2)水系提取不同数据来源提取的水系，以及相同数据来源而不同方式提取的水系之间存在着较大的差异。基于SRTM DEM(90m)和ASTER DEM(30m)以及Landsat OLI这三种数据提取的水系在河流长度、河道数都不相同;Landsat OLI计算机解译和人工目视解译的河网差异比较大，河网密度分别是0.10km/km2和0.36km/km2。
　　(3)河道偏移量的计算相对于30m分辨率Landsat OLI影像目视解译的结果，SRTM DEM遥感数据提取的河网平均河道偏移量为0.05-2.84km，ASTER DEM数据提取的水系平均河道偏移量为0.06-5.46km。研究结果同时表明，河道偏移量的大小与河流等级有关:河流等级越高，则河道偏移量越大;河流等级越低，则河道偏移量越小。显然，这是D8算法误差积累效应造成的结果。
　　综合分析表明，相对而言，SRTM DEM(90m)提取的河道的精度较高，能够满足水文和水资源管理与研究的需要。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 原理与方法

2．1 开源数据及其分析工具

2．1．1 DEM概述

2．1．2 开源数据库

2．1．3 水文分析工具介绍

2．2 基于DEM的水系提取方法

2．2．1 搜索谷地并连接成河网

2．2．2 基于单元流向信息确定河网

2．2．3 搜索谷线提取河网

2．2．4 综合坡面流算法和搜索谷点算法

2．3 河网提取步骤

2．3．1 DEM数据的预处理

2．3．2 确定水流方向

2．3．3 计算汇流累积量

2．3．4 设定阀值提取水系

2．3．5 河网分级

2．4 河道偏移量

3 实证研究

3．1 研究区概况

3．2 数据来源与处理

3．2．1 研究区基础图件数据

3．2．2 研究区DEM数据来源及相关处理

3．2．3 OLI影像数据

3．3 DEM自然水系提取

3．3．1 根据DEM水流方向计算汇流累积量

3．3．2 按照设定的阀值提取河网

3．4 OLI遥感影像解译

3．5 精度分析模型

4 结果

4．1 河网提取

4．2 河网基本信息比较

4．3 计算河道偏移量

5 讨论

5．1 基于DEM的水系提取

5．2 关于河道偏移量检验

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究不足与展望

参考文献

致谢