消除倾斜表面上的高程趋势?


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是否存在从DEM表面消除趋势的已知方法?

例如,如果我有一条河流的DEM,则该河流将从高海拔(上游)流向较低海拔(下游)。即使在整个河流中从水面顶部到河床底部的距离相同,栅格的下游部分在DEM中仍将具有较低的高程值。是否可以使这些值均匀,以使相等深度的区域也具有相等的标高?

消除这种趋势后,最好保留DEM的总体特征,例如河床中的倾角。在此处输入图片说明

Answers:


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@jul是正确的,即“您需要计算一个趋势面,然后从初始DEM中减去它以获得“被趋势下降的”趋势面,”但这听起来像在这种情况下需要更简单的过程来“保留跌落”。如果“趋势曲面”过于接近原始DEM,则残差将无法保留曲面的局部特征。因此,应避免的技术是所有局部的技术(样条,过滤器,尤其是克里金法),而应避免的技术是全局性的。

一种简单,健壮,直接的方法是在河边将飞机安装到DEM。 这不需要任何花哨的技术或繁重的计算,因为(根据Euclid)平面是由空间中的三个(非共线)点确定的。因此,在河的上游选择一个点(x1',y1',z1')=(坐标,高程),在下游端选择另一个点(x2',y2',z2'),在第三点选择您选择的(x0',y0',z0')远离连接前两个点的线段。(这些坐标以质数表示,因为我们将很快对其进行更改。)最后一点没有必须对应于地面上甚至附近的一个点!实际上,一个很好的初始选择可能是将其标高设置为上游和下游标高的平均值,z0'=(z1'+ z2')/ 2。

通过将点(x0',y0',z0')用作局部坐标系的原点,可以简化计算。在这些坐标中,其他两个点位于

(x1,y1,z1) = (x1'-x0',y1'-y0',z1'-z0') 
(x2,y2,z2) = (x2'-x0',y2'-y0',z2'-z0'). 

在此新系统中,原始坐标系中(x',y')处的任何任意位置的坐标(x,y)=(x'-x0',y'-y0')。因为任何通过原点(0,0,0)的平面都必须具有z = a * x + b * y形式的方程,所以将问题简化为以下形式:

对于通过点(0,0,0),(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)的平面,找到z = a * x + b * y形式的方程。

独特的解决方案是计算

u = z1 y2 - z2 y1
v = x1 z2 - x2 z1
w = x1 y2 - x2 y1

用什么术语

a = u/w, b = v/w.

找到这两个数字a和b,并调出两个原始坐标x0'和y0',以表格形式进行栅格计算

[DEM] - a * ([X'] - x0') - b * ([Y'] - y0')

从DEM中删除“倾斜”。在该表达式中,[X'] 表示原始坐标中的x坐标网格,[Y']表示原始y坐标网格。保证生成的DEM在您最初选择的三个点中的每个点都具有相同的高程(即z0');它在其他地方做什么取决于DEM本身!


(我希望一些读者欣赏这种方法如何避免所有引用三角学或最小二乘法的机器。:-)



@丹好主意:在以前的帖子在gis.stackexchange.com/questions/10959/...密切相关,这个看起来。
ub

前面的问题也是我的-我认为我应该对其进行完善,以便更简洁地提出问题(例如,需要保持低谷)。我一直在寻找可以进行这种类型的分析的代码,但是我一直没有成功。您是否知道可以利用ArcObjects的任何有用信息,还是应该从头开始?感谢您的帮助-它非常宝贵。
雷达

@Radar首先尝试进行此分析。它需要一些判断(您必须仔细选择这三个点),并且通常需要进行一些迭代才能正确执行。该经验将使您对计算如何工作有更好的了解。您也可以将此方法与ArcGIS中提供的线性趋势曲面拟合进行比较。
ub

相当公平-我已经自动化了上游和下游点的派生。我想最棘手的部分将是获得第3点。再次感谢!
雷达

3

我发现趋势分析的趋势对河流并不令人满意。它可能在中西部这样的地区工作,但在西部,由于地形复杂,单个线性或多项式表面似乎永远无法很好地近似河流梯度。我使用的是加权平均,其中我使用内核密度将高地像素的高程与河流的加权平均值进行比较(请参阅2010年冬季ArcUser中的文章)。这将产生一个更“本地化”的结果。仍然可以得到一些负值,但我发现这些值似乎仅限于河道,并且在陡峭的梯度区域最常见。最近,我尝试了使用路径距离方法来绘制“洪水高度”,但这并不会成功


谢谢汤姆的发言。欢迎来到我们的网站-很高兴在这里见到您!
ub

2

您需要计算一个趋势面,然后从您的初始DEM中减去它以获得“被去趋势的”趋势面。

要计算趋势表面,可以使用任何表面简化功能(滤波,样条平滑,克里格法等)。该选择取决于您希望该趋势面如何显示。

这是有关如何在arcGIS 10.0中使用克里金法的示例


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以我的示例为例,是否存在获取趋势表面的首选方法(例如,表面简化的类型)?
雷达

就是那个问题!这取决于您希望哪些地形变化被视为“趋势”并消除,以及您希望保留哪些变化。简化程度越强,保留的地形局部变化就越少。正如胡布说的那样,由局部平面组成的趋势面甚至可以满足要求。
julien 2011年
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