Flux de travail pour déterminer le gradient de flux?


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En ce qui concerne les données, je travaille avec des fichiers NHD .shp , 10 m DEM et certaines données LIDAR.

Mon objectif est de déterminer la pente de segments de 100 m d'un réseau de flux.

Je suis déjà en mesure de le faire, mais je m'attends à ce que mon flux de travail ne soit pas idéal, en particulier dans la mesure où je ne peux pas du tout gérer les réseaux branchés.

Si vous vous y mettiez tous, quelle sorte d'étapes utiliseriez-vous?

De plus, j'ai publié un article sur le problème ici , où je pense avoir fait un bien meilleur travail en décrivant mes objectifs.


Le plus gros problème est l'enregistrement des jeux de données. Il est inhabituel que les caractéristiques du flux vectoriel coïncident avec les flux identifiés à partir d'un DEM, sauf si les caractéristiques vectorielles sont dérivées directement du DEM. Le manque de coïncidence peut éloigner les gradients: vous trouvez souvent de l'eau qui coule en amont, par exemple. Envisagez-vous d'aborder ce problème dans votre "workflow" ou supposez-vous que l'enregistrement a déjà été effectué?
whuber

C'est certainement l'un des problèmes que j'ai rencontrés en essayant de mailler les lignes centrales du flux de NHD avec des DEM. Existe-t-il de bonnes solutions en ce qui concerne l'enregistrement des deux ensembles de données?
Jacques Tardie

Auparavant, nous avions utilisé un réseau de diffusion dérivé des données LIDAR elles-mêmes, mais j'aimerais savoir comment procéder autrement.
Jacques Tardie

À quelle échelle les axes des cours d'eau ont-ils été collectés? Il semble que la longueur du segment de 100 m soit un peu trop petite. Quand quelqu'un comme vous travaille, il serait certainement utile que les résultats (comme les flux dérivés de LIDAR) puissent être migrés vers l'un des gestionnaires de données
Kirk Kuykendall

Les données LIDAR que j'utilise proviennent de Noah Snyder de la Colombie-Britannique, qui ont été traitées jusqu'à un DEM de 1 m. Données initialement collectées dans le bassin versant de Narraguagas dans le Maine. Vous avez peut-être raison jusqu'à 100 mètres. J'espérais être aussi précis que possible afin d'essayer d'automatiser l'emplacement du barrage restant dans le ruisseau, c'est pourquoi je cherchais une échelle aussi fine. Kirk, une fois ce projet terminé, je me ferai un plaisir de tout gérer pour vous assurer qu'il vaut la peine de le soumettre à l'USGS. Merci pour les commentaires de tout le monde.
Jacques Tardie

Réponses:


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Étant donné que vous avez le LIDAR DEM, vous devez utiliser les flux qui en dérivent. Cela garantit un enregistrement parfait.

L'essentiel de l'idée est d'estimer les pentes moyennes en fonction des élévations aux extrémités des segments.

L'une des procédures les plus simples consiste à «exploser» le réseau de flux en ses arcs non ramifiés composants. Convertissez la collection en une couche "route" basée sur la distance, la rendant "mesurable". Il est maintenant simple de générer une collection d '"événements" d'itinéraire basés sur un tableau de jalons (à des intervalles de 100 m par exemple) pour chaque arc et d'extraire les élévations DEM de ces points d'événement. Des différences d'élévation successives le long de chaque arc, divisées par 100 m, estiment les pentes moyennes des segments.

La figure suivante cartographie les arcs de cours d'eau dérivés d'une analyse d'accumulation de flux d'un DEM USGS de 7,5 minutes (partie du comté de Highland, VA). C'est environ 10 km de diamètre (6 mi).

DEM

Étant donné que vous recherchez un barrage restant, ce qui pourrait être indiqué par un changement de pente sur quelques dizaines de mètres (pour un très petit barrage), pensez à utiliser des segments encore plus petits . Si le jeu de données est trop approximatif pour fournir des signaux clairs, vous pouvez facilement le filtrer plus tard (au moyen de moyennes mobiles ou autrement, telles que les courbes de splining des élévations et la différenciation de la spline). En effet, cette approche vous place dans le domaine de l'analyse des séries chronologiques où la variable d'intérêt est l' élévation, pas le gradient, et vous recherchez des modèles composés de courtes sections de niveau suivies de changements soudains.

Graphiques d'élévation par rapport aux jalons

Il s'agit d'un tracé des élévations DEM observées à des intervalles de 100 m le long de la plupart (pas tous) des segments de cours d'eau représentés. (La taille des cellules est de 30 m.) Si nécessaire, les arcs ont été réorientés pour que l'élévation diminue généralement de gauche à droite. (Si vous regardez attentivement, vous pouvez voir où j'en ai manqué un: il monte de gauche à droite.)

Élévation vs jalon sur l'arc 16

Ce détail de l'arc 16 (le long segment en haut de la carte) montre ce que vous pourriez obtenir lorsque les flux ne sont pas parfaitement enregistrés avec le DEM: par endroits, le flux semble couler vers le haut. Néanmoins, les segments suggérant des caractéristiques de bassin et de chute sont facilement identifiables, en particulier après les jalons 1800 (mètres le long du segment), 4000, 4600 et 6500. Cette identification peut être automatisée de diverses manières, en particulier après le nettoyage de la série d'élévation (par lissage il).

Vous pouvez voir que l'intervalle d'échantillonnage de 100 m utilisé ici n'est vraiment pas assez bon pour identifier des entités beaucoup plus petites de 400 à 500 mètres de long. Donc, pour trouver un petit barrage restant, vous voudrez probablement échantillonner autour d'un intervalle de 10-25 m sur votre LIDAR DEM.

BTW, ce qui rend un segment de flux "trop ​​petit" pour ce genre de travail n'est ni une courte longueur ni une grande taille de cellule, bien que les deux jouent un rôle dans la décision. «Trop petit» dépend de la façon dont vous utiliserez les pentes estimées et du degré d'incertitude de ces estimations. Pour certains travaux, il pourrait même être judicieux d'estimer les gradients à des intervalles de 10 m sur une grille de 10 m!


+1 grande analyse. Avez-vous des suggestions sur la façon d'appliquer (fusionner?) Les codes d'accès des lignes de flux NHD correspondantes aux lignes de courant dérivées du DEM Lidar?
Kirk Kuykendall

@Kirk C'est une question difficile et perspicace; J'ai consciemment évité de l'aborder dans mon analyse! Certaines questions récentes sur ce site concernant la comparaison des traces GPS se rapportent à un problème similaire et suggèrent des solutions utiles. La réponse dépend en partie de la différence entre les deux ensembles de données (polyligne): les petites différences sont faciles à détecter et à corriger automatiquement; des différences plus importantes peuvent entraîner des erreurs importantes dans la recherche de segments correspondants.
whuber

@whuber Contrairement au problème de suivi GPS, il semble que celui-ci pourrait tirer parti du DEM. Si vous versez de l'eau à un point sur une ligne de flux NHD, il semble que souvent, il devrait s'écouler sur le DEM Lidar vers la polyligne générée à partir du Lidar (et qui devrait correspondre à la ligne de flux NHD). Certes, une automatisation complète serait encore peu probable, mais il semble toujours que le DEM pourrait faciliter la tâche. Je suppose que les flux tressés seraient la plus grande douleur.
Kirk Kuykendall

@Kirk J'ai rédigé un commentaire spécifique sur l'exploitation du DEM, mais je l'ai supprimé car il est spéculatif et pourrait être faux. C'est-à-dire, je pense que votre idée est exacte, mais sa mise en œuvre nécessite des recherches. Le problème est que les lignes NHD rebondiront généralement entre les parois de la vallée du DEM LIDAR, changeant constamment les relations d'écoulement entre chaque segment NHD et son segment dérivé du LIDAR correspondant. Cela doit être exploitable, mais exactement comment le faire efficacement et avec précision est la question.
whuber

@whuber Je vois que Katharine Kolb présentera bientôt un article à ce sujet lors de l' atelier NHD . Bien sûr, ce serait formidable si nous pouvions déplacer la discussion en ligne. Compte tenu des compressions budgétaires, je parie qu'il y aura beaucoup de documents qui seront annulés. Ainsi, ils pourraient être disposés à recevoir un papier d'entrée tardif (nudge-nudge).
Kirk Kuykendall

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Je fais une analyse hydrologique de mon côté et comme je devais créer mon raster Flow Direction, je me suis souvenu de votre message. Ce n'est qu'un coup dans le noir mais, dans ArcGIS 10, il existe une option pour créer un raster de dépôt de sortie. Je me demande si cela pourrait être utilisé pour résoudre votre problème.

Le raster de chute montre le rapport de la variation maximale de l'élévation de chaque cellule le long de la direction de l'écoulement à la longueur du chemin entre les centres des cellules, exprimé en pourcentages.


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La réponse de Jakub est bonne, car elle considère chaque cellule sans avoir besoin de séparer davantage les lignes. Si vous avez combiné un raster de flux avec une accumulation de flux le long de ce raster de flux, vous pouvez obtenir la distance le long du flux, puis représenter graphiquement la pente sur l'axe des y et la distance du flux sur l'axe des x. Vous devrez également tenir compte de la distance diagonale, mais cela pourrait être traité en utilisant la direction euclidienne.

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