ArcGIS分水岭工具使用什么算法？

有谁知道ArcGIS分水岭工具（在Spatial Analyst软件包中）使用哪种算法？

Esri网站上提供的信息很少...但是我怀疑这可能是某种深度/广度搜索。

我查看了以下ArcGIS Online帮助页面：

• 分水岭（空间分析师）
• 分水岭如何运作

是的，它使用流向栅格，但是遍历栅格使用什么算法？

请注意，我并不是在寻找“它使用D8 ..”的答案。...D8并不是真正的算法，而是可以帮助定义您将要使用的算法的模型。IE，您可以在深度优先搜索算法和/或广度优先搜索算法中实施D8方案

我已经用几种语言实现并相信ESRI使用的方法（对不起，除此页其他地方引用的Jenson和Domingue之外，没有其他参考）是从用户提供的“倾点”单元或一个单元开始的在流向网格（fdr）的边缘，检查其八个邻居，以找出哪些直接流进当前单元格，并将这些单元格分配到输出网格中的当前“分水岭”。然后，该函数为每个流入的邻居递归调用一次。重复此过程，直到所有流入的池都用完了一个倾点为止，然后对所有倾点重复一次。

递归算法设计可能会非常昂贵，因为它最终可能会试图在内存中保存大量数据，不得不交换/分页到磁盘，因此通常会遭受I / O速度降低的麻烦。

（如果要使用RYO，请参见下面关于不同的递归方法的wuber的评论）

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挖出我的旧C代码作为示例（注意：尽管大多数pythoner可能想从房间运行，但应该不会太糟）。认为可能需要说明。尽管我现在才刚刚肤浅地熟悉w / breadth-first vs depth-first递归，但基于此stackoverflow发布（希望@或比我聪明的人可以确认/拒绝）。

代码：说明：idir是流向值的栅格。offset指当前正在分析的中心单元，并off检查该单元的每个邻居。这将调用另一个函数，does_it_flow_into_me该函数返回有关相邻单元格的flowdir是否指向当前单元格的布尔值。如果对邻居为true，则递归到该位置。

void shed(int init_x, int init_y, int basin_id){

int i, j, offset, off, flow_dir;

offset = ((init_y - 1) * nc) + (init_x - 1);
*(basin + offset) = basin_id;


/* kernel analysis */
for (i = -1; i <  2; i++) {
    for (j = -1; j <  2; j++) {
        if ((i) || (j)) {

            off = offset + (j * nc +  i);
            flow_dir = *(idir + off);


            if (does_it_flow_into_me(i,j,flow_dir)){
                shed(init_x+i, init_y+j,basin_id);
            }
        } /*not center */
    } /* do - j */
} /* do - i */
}

在ArcGIS的帮助说：

通过计算流向并在分水岭工具中使用它，可以从DEM划定分水岭。为了确定贡献区域，必须首先使用“流向”工具创建代表流向的栅格。

流动方向是使用D8方法从DEM计算得出的，其中，通过计算每个单元的水量来抽象流，该单元是8个邻居中的哪个，该单元中的水将流向该单元。

D8有许多替代方案，例如Rho8，Froh8和Stream Tubes，但是大多数GIS软件（包括ArcGIS）都倾向于使用D8，因为它比其他方法更简单且计算量更少。

几年前，我正在进行“分水岭划界”项目，由于ArcGIS使用D8方法，我们遇到了一些问题。两个主要问题是

• D8仅允许单向流。水只能从一个单元向一个方向流出。
• 产生的水流沿对角线轴具有很大的偏差。这引起了奇怪的流。

根据我们的数据，我们知道这两个问题是大问题，因此我开发了一些工具来使用混合方法生成流向。

我最早的任务之一是对流域计算工具进行逆向工程。我发现从逻辑上讲它很简单。如果要查找给定点（也称为倾泻点）的汇水面积，首先要找到其所属的单元。通常，您将尝试在给定的公差范围内将其捕捉到具有最高流量累积的点。

对于此单元格，您将找到附近所有对其有贡献的单元格。对于这些邻近单元中的每一个，您都会找到对它们有贡献的单元，依此类推。您将继续执行此迭代过程，直到找不到新的单元格为止。那是当您到达山脊线或分水岭边界时。

我发现，与ASCII分水岭工具相比，我的简单代码（对ASCII栅格执行此操作）提供了几乎相似的输出。有时边界上的几个像元之间存在差异，因此我确信ArcGIS遵循的是未经修改的D8算法。

之前曾有人问过这个问题，尽管可能情况略有不同。Spatial Analyst的水文工具集中的所有地理处理工具都使用D8流向模型，如“流向如何工作”页面中所述：

有八个有效的输出方向与流可能进入的八个相邻单元有关。这种方法通常称为八向（D8）流动模型，并且遵循Jenson和Domingue（1988）中提出的方法。

詹森和多明格（Jenson and Domingue，1988）论文的副本可在此处获得。

所有使用“流向”栅格作为输入的工具都可以通过关联使用此流向模型。这包括分水岭，流量累积，流量长度，填充等。

为了进一步思考这个问题，我在弧线中进行了分水岭分析：我采用了（填充的）DEM，计算了流向，并放置了一些与先前计算的流网络上的位置相对应的点。我运行了“分水岭”工具，它给了我一些不错的盆地，几乎覆盖了上游其余大部分区域（正如您所期望的那样）：

然后，我用Python编写了一种快速搜索算法（如上述答案），该算法检查流向网格并“遵循”流路。对于每个节点，我检查8个邻居，如果邻居流入当前节点，则以邻居节点作为输入递归调用相同的函数。

伪（ish）代码：

class d8():
    def __init__(self, arr):
       self.catchment = set()
       self.arr = arr

    def search(self, node):
        """ Searches all neighbouring nodes to find flow paths """ 

        # add the current node to the catchment
        self.catchment.add(node)

        # search the neighbours, ignore ones we already visited
        for each_neighbour:
            if neighbour is in self.catchment:
               do nothing

            # if the neighbour flows into the current node, visit that neighbour
            elif neighbour_flows_into_me:
               self.search(neighbour)

我使用相同的流向输入网格和相同的点之一来运行该函数。问题是，在该点上，arc返回的集水量约为40000个像元，而我的算法仅返回72个像元。

有人知道我在做什么错吗？