arcgis地形预处理工具在吗
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发布时间：2022-12-26 23:53
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时间：2023-10-17 18:34
在ArcGIS原生的水文分析工具中包含两个常用的地形分析工具：汇、填洼。
###汇
汇是指流向栅格中流向无法被赋予八个有效值之一的一个或一组空间连接像元。汇被视为具有未定义的流向，并被赋予等于其可能方向总和的值。例如，如果最陡下落及其产生的流向都是向右 (1) 和向左 (16)，则会分配值 17 作为该像元的流向。
在介绍ArcGIS流向分析算法的时候那个流向九宫格其定义是2的n次方，所以，通过汇的计算之后形成的栅格数据，可以通过其值反演出汇所在的方位。对于分析人员来说没什么作用，但对于后续编写程序的人员去改进水文分析是非常重要的。
这一段话中包含了非常大的信息量：
1、产生汇的主要原因之一就是DEM数据制作的时候采样效果和高程值设置为整数时导致的。这就是笔者在上一章中详细介绍制作适合于水文分析的DEM的原因。有些参数的设置在测绘行业上生成DEM基本上是无所谓的，但对水文分析来说就非常重要的。如果还有一些疑问，可以翻看上一章《ArcGIS水文分析实战教程（3）DEM数据准备》。如果能在DEM制作一环上已经对DEM数据进行控制，那是效果最好的。
2、冰川和喀斯特地形不适合使用ArcGIS水文分析。这主要是D8算法的原因。
3、像元大小小于10米的DEM数据很少自然产生汇。如果这种精度的数据都产生了汇，一定要检查这些汇是不是在现实中存在，通过叠加一些地形数据可以对比查看。否则就是数据中存在一些致命的错误。
4、像元大小增大，汇也随之增加。所以精度太差的数据其实是不适合于做小河流或小流域的分析，因为汇的大量存在基本上上会导致一部分的径流断流，由于汇入大江大河的径流会比较多，所以，针对一定级别的河流，还是具有参考价值。
以下是汇的剖面图
由于汇的地势都低于周边8个区域，所以水流都会汇入其中，导致径流最终断流。但现实中就算出现一些小的洼地，只要降水充足，这些洼地都会被填平，填满后径流将会继续往外流出。所以，D8算法就是假设有无限的降水，雨水不断的在地表形成径流。
###填洼
填平汇的过程就是填洼。ArcGIS中的填洼工具，使用与焦点流、流向、汇、分水岭和区域填充等工具等效的功能来定位和填充汇。该工具的执行过程会进行迭代，直到指定 z *内的所有汇均填充完毕。在填充汇的同时，可能会在填充区域的边界处创建其他汇，这些汇将在下个迭代中移除。
接下来看看填洼工具的一些参数，如下图
填洼工具必填的两个参数，其一是DEM，这个DEM有可能是原始的DEM，还有可能是经过填洼之后还发现汇的DEM（也就是n次填洼后的DEM），其二是输出的路径。关于Z值*，是个可选项，估计大部分人都看不懂这个可选项到底代表什么意思，到底怎么设置。这个Z值*在下面再做介绍。
先来看一张非常经典的水分分析的流程图，这张图似乎被引用过无数次，但大部分人只是做了一个单向的操作。如下图
这张流程图左边部分是制作无凹陷点DEM数据的流程。这个过程其实是一个循环的过程，不断的填洼并重新判断是否存在汇，如果还存在汇，则继续填洼，直到出现无凹陷点DEM。从图上来看，这最起码是个多次填洼的过程，而大部分人的做法就是不管汇是否存在，做一次填洼后再进行后续的水文分析。
精确填洼
直接使用填洼工具对DEM数据进行填洼，不管汇的情况，确实可以形成无凹陷点的DEM。但前面也提及到，如果只是负责填，但不是精确的填，大量的凹陷点被填平（这些凹陷点不一定就都是汇），会导致径流的线形形状与实际不符，在弯曲细节等会存在一定的损失。所以，如果水文分析人员要研究非常准确的地形与河流的关系，而不是单纯的河网拓扑关系，精确填洼就非常重要了。
不管是网上关于ArcGIS水文分析的教程还是ArcGIS官方的帮助，都没有具体说明使用【汇】工具之后找到汇后作什么样的处理。大部分人的处理更是简单粗暴，有汇即填洼，也不管具体哪里需要怎么填洼，填洼完之后直接进入分析环节。
笔者花了不少时间来研究其汇和填洼的原理，总结出以下步骤：
1、寻找汇
寻找汇相对来说比较简单，先通过DEM计算流向，然后直接使用【汇】工具进行查找，最终汇得出汇的栅格数据，如下图，使用的是ArcGIS spatial中自带的DEM数据进行分析。
图上叠加了第一次查找汇的栅格，发亮部分的点就是凹陷点，如果放大一点显示，那么可以清楚看到其像元形状，如下图
计算出Z值*
z *指定凹陷点深度和倾泻点间的最大允许差值并确定要填充的凹陷点和保持不变的凹陷点。z *并非要填充的最大深度。
从描述来看，Z值*要做的事情就是确保填洼工具不要一刀切，不要把所有的低洼点都填充，因为有些不是真的凹陷点；另一作用就是符合条件的洼地都会被指定填充。
例如，假设一个凹陷点区域中倾泻点的高程为 210 英尺，凹陷点的最深点为 204 英尺（相差 6 英尺）。如果将 z *设置为 8，则会填充该特殊凹陷点。但是，如果将 z *设置为 4，则不会填充该凹陷点，因为该凹陷点的深度超过该*值，将其视为有效凹陷点。
填洼
填洼是地形处理中必不可少的一环。如果按照工具论，直接使用ArcGIS的填洼工具的默认配置，可以对DEM数据进行无限量的填洼。但笔者不推荐这种方式，而且Esri也不推荐。
正确的填洼流程应该是先要计算出Z值*，然后根据一个或者一组Z值*进行精确填洼。关于Z值*前面已经说得很清楚，在这个阈值范围内汇才会被填充。那么Z值*怎么计算出来呢？在【汇】的原理里面，帮助有具体提及到，但都是使用arcpy脚本的形式进行计算。以下引用ArcGIS帮助的Z值计算流程：
使用汇创建通过深度进行编码的汇的栅格。
输入流向栅格数据：flowdir
输出栅格：汇点
使用分水岭为每个汇创建汇流区域栅格。
输入流向栅格数据：flowdir
输入栅格数据或要素类倾泻点数据：汇点
输出栅格：sink_areas
将分区统计与最小值统计数据结合使用，以在每个汇的分水岭中创建最小高程的栅格。
输入栅格数据或要素区域数据：sink_areas
区域字段：值
输入赋值栅格：高程
输出栅格：sink_min
统计类型：MINIMUM
使用区域填充在每个汇的分水岭中创建最大高程的栅格。
输入区域栅格数据：sink_areas
输入权重栅格数据：高程
输出栅格：sink_max
使用减将最大值减去最小值以查找深度。
输入栅格数据 1：sink_max
输入栅格数据 2：sink_min
输出栅格：sink_depth
ArcPy的代码如下
为了与默认的填洼工具的结果进行对比，笔者特意针对该流程，使用modelbuilder进行了建模，以求出Z值*。建模流程如下图
最后求出的是一组Z值*，最大的Z值为32，最小是1，共有20处*值。如下图所示
笔者做了几组测试
测试1：
对原始DEM数据进行无Z值*填洼，直接执行填洼工具，使用默认设置，不设置Z值；
利用填洼完之后的DEM数据计算流向，并执行【汇】工具，发现所有的汇已经被填充，再也没有汇的存在了。如下图
测试2
对原始DEM数据进行有Z值*的填洼，将Z值设置为33（之前已经计算出Z值最大值为32）。同样，对填洼过的DEM进行流向计算，并查找汇，发现存在汇，如下图
如果按照帮助里面的说明，只要设置了最大的Z值，应该会将所有的汇都填充掉，但事实上没有。唯一的解释了填充汇的同时又产生了新的汇。
测试3
使用笔者按流程做好的Z值计算工具，针对填洼*值为33的DEM数据重新计算Z值*，如下图
计算出来新的Z值为60，如下图
再利用61作为Z值*重新对填洼为Z值为33的DEM数据进行再次填洼，并重新查找一次汇。这一次的结果没有再发现任何的汇，跟测试1同样的结果，如下图
测试4
流程与测试1一样，直接使用原始DEM数据填洼，但填洼的Z值*一步到位设置为61，然后查找汇。结果跟预测的一样，所有的汇都被填充，如下图
测试5
该测试才是最后的测试结论，分别都这个产生无汇结果的填洼过的DEM数据进行对比，用减法工具执行。如果这些DEM是一样的话，减法的结果将会没有任何的数据。论证的目的在于设置Z值和不设置Z值到底有多大的差别。
第一组对比为测试1的无Z值填洼的DEM数据VS测试3的第二次填洼的DEM数据（Z值为61的那次），减法结果如下
减法的结果为0，也就是说这两个填洼后的栅格无凹陷点DEM是一模一样的。如下图
第二组对比为测试1的无Z值填洼的DEM数据VS测试4的直接使用Z值为61填洼的DEM数据。同样做减法，结果如下
结果同样是0，不用做第三组测试也知道测试2与测试3的填洼后的DEM也是一样的。
测试6
对原始DEM数据进行Z值为300的填洼，然后查找汇，结果显然也是完全被填充，不再存在汇；然后用减法对填洼后的数据与无Z值填洼的DEM数据做减法对比，结果为0。也就是说只要设定一个无限大的Z值，所有的汇都会被填充，然后构成无凹陷DEM数据前一步的填洼数据，与无Z值填洼结果是一样的。
###总结
通过6个测试和3次对比，基本上可以确定，精确计算Z值多次填洼与不设置Z值填洼效果是等价的。基本上可以确定如果要生成无凹陷DEM，直接使用填洼工具做一次无Z值填洼即可。ArcGIS的创建无凹陷DEM方法是从8.x时代就传下来的，笔者的测试版本是10.5，估计填洼工具早已经实现了自动化计算Z值以及自动迭代操作，只是工具帮助上没有作更新的说明罢了。因此，在使用ArcGIS水文分析之前可以大胆的对原始DEM数据做无Z值*的填洼操作。
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版权声明：本文为CSDN博主「李远祥」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：ArcGIS水文分析实战教程（4）地形预处理_李远祥的博客-CSDN博客_arcgis憛急智
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时间：2023-10-17 18:35
在ArcGIS原生的水文分析工具中包含两个常用的地形分析工具：汇、填洼。
###汇
汇是指流向栅格中流向无法被赋予八个有效值之一的一个或一组空间连接像元。汇被视为具有未定义的流向，并被赋予等于其可能方向总和的值。例如，如果最陡下落及其产生的流向都是向右 (1) 和向左 (16)，则会分配值 17 作为该像元的流向。
在介绍ArcGIS流向分析算法的时候那个流向九宫格其定义是2的n次方，所以，通过汇的计算之后形成的栅格数据，可以通过其值反演出汇所在的方位。对于分析人员来说没什么作用，但对于后续编写程序的人员去改进水文分析是非常重要的。
这一段话中包含了非常大的信息量：
1、产生汇的主要原因之一就是DEM数据制作的时候采样效果和高程值设置为整数时导致的。这就是笔者在上一章中详细介绍制作适合于水文分析的DEM的原因。有些参数的设置在测绘行业上生成DEM基本上是无所谓的，但对水文分析来说就非常重要的。如果还有一些疑问，可以翻看上一章《ArcGIS水文分析实战教程（3）DEM数据准备》。如果能在DEM制作一环上已经对DEM数据进行控制，那是效果最好的。
2、冰川和喀斯特地形不适合使用ArcGIS水文分析。这主要是D8算法的原因。
3、像元大小小于10米的DEM数据很少自然产生汇。如果这种精度的数据都产生了汇，一定要检查这些汇是不是在现实中存在，通过叠加一些地形数据可以对比查看。否则就是数据中存在一些致命的错误。
4、像元大小增大，汇也随之增加。所以精度太差的数据其实是不适合于做小河流或小流域的分析，因为汇的大量存在基本上上会导致一部分的径流断流，由于汇入大江大河的径流会比较多，所以，针对一定级别的河流，还是具有参考价值。
以下是汇的剖面图
由于汇的地势都低于周边8个区域，所以水流都会汇入其中，导致径流最终断流。但现实中就算出现一些小的洼地，只要降水充足，这些洼地都会被填平，填满后径流将会继续往外流出。所以，D8算法就是假设有无限的降水，雨水不断的在地表形成径流。
###填洼
填平汇的过程就是填洼。ArcGIS中的填洼工具，使用与焦点流、流向、汇、分水岭和区域填充等工具等效的功能来定位和填充汇。该工具的执行过程会进行迭代，直到指定 z *内的所有汇均填充完毕。在填充汇的同时，可能会在填充区域的边界处创建其他汇，这些汇将在下个迭代中移除。
接下来看看填洼工具的一些参数，如下图
填洼工具必填的两个参数，其一是DEM，这个DEM有可能是原始的DEM，还有可能是经过填洼之后还发现汇的DEM（也就是n次填洼后的DEM），其二是输出的路径。关于Z值*，是个可选项，估计大部分人都看不懂这个可选项到底代表什么意思，到底怎么设置。这个Z值*在下面再做介绍。
先来看一张非常经典的水分分析的流程图，这张图似乎被引用过无数次，但大部分人只是做了一个单向的操作。如下图
这张流程图左边部分是制作无凹陷点DEM数据的流程。这个过程其实是一个循环的过程，不断的填洼并重新判断是否存在汇，如果还存在汇，则继续填洼，直到出现无凹陷点DEM。从图上来看，这最起码是个多次填洼的过程，而大部分人的做法就是不管汇是否存在，做一次填洼后再进行后续的水文分析。
精确填洼
直接使用填洼工具对DEM数据进行填洼，不管汇的情况，确实可以形成无凹陷点的DEM。但前面也提及到，如果只是负责填，但不是精确的填，大量的凹陷点被填平（这些凹陷点不一定就都是汇），会导致径流的线形形状与实际不符，在弯曲细节等会存在一定的损失。所以，如果水文分析人员要研究非常准确的地形与河流的关系，而不是单纯的河网拓扑关系，精确填洼就非常重要了。
不管是网上关于ArcGIS水文分析的教程还是ArcGIS官方的帮助，都没有具体说明使用【汇】工具之后找到汇后作什么样的处理。大部分人的处理更是简单粗暴，有汇即填洼，也不管具体哪里需要怎么填洼，填洼完之后直接进入分析环节。
笔者花了不少时间来研究其汇和填洼的原理，总结出以下步骤：
1、寻找汇
寻找汇相对来说比较简单，先通过DEM计算流向，然后直接使用【汇】工具进行查找，最终汇得出汇的栅格数据，如下图，使用的是ArcGIS spatial中自带的DEM数据进行分析。
图上叠加了第一次查找汇的栅格，发亮部分的点就是凹陷点，如果放大一点显示，那么可以清楚看到其像元形状，如下图
计算出Z值*
z *指定凹陷点深度和倾泻点间的最大允许差值并确定要填充的凹陷点和保持不变的凹陷点。z *并非要填充的最大深度。
从描述来看，Z值*要做的事情就是确保填洼工具不要一刀切，不要把所有的低洼点都填充，因为有些不是真的凹陷点；另一作用就是符合条件的洼地都会被指定填充。
例如，假设一个凹陷点区域中倾泻点的高程为 210 英尺，凹陷点的最深点为 204 英尺（相差 6 英尺）。如果将 z *设置为 8，则会填充该特殊凹陷点。但是，如果将 z *设置为 4，则不会填充该凹陷点，因为该凹陷点的深度超过该*值，将其视为有效凹陷点。
填洼
填洼是地形处理中必不可少的一环。如果按照工具论，直接使用ArcGIS的填洼工具的默认配置，可以对DEM数据进行无限量的填洼。但笔者不推荐这种方式，而且Esri也不推荐。
正确的填洼流程应该是先要计算出Z值*，然后根据一个或者一组Z值*进行精确填洼。关于Z值*前面已经说得很清楚，在这个阈值范围内汇才会被填充。那么Z值*怎么计算出来呢？在【汇】的原理里面，帮助有具体提及到，但都是使用arcpy脚本的形式进行计算。以下引用ArcGIS帮助的Z值计算流程：
使用汇创建通过深度进行编码的汇的栅格。
输入流向栅格数据：flowdir
输出栅格：汇点
使用分水岭为每个汇创建汇流区域栅格。
输入流向栅格数据：flowdir
输入栅格数据或要素类倾泻点数据：汇点
输出栅格：sink_areas
将分区统计与最小值统计数据结合使用，以在每个汇的分水岭中创建最小高程的栅格。
输入栅格数据或要素区域数据：sink_areas
区域字段：值
输入赋值栅格：高程
输出栅格：sink_min
统计类型：MINIMUM
使用区域填充在每个汇的分水岭中创建最大高程的栅格。
输入区域栅格数据：sink_areas
输入权重栅格数据：高程
输出栅格：sink_max
使用减将最大值减去最小值以查找深度。
输入栅格数据 1：sink_max
输入栅格数据 2：sink_min
输出栅格：sink_depth
ArcPy的代码如下
为了与默认的填洼工具的结果进行对比，笔者特意针对该流程，使用modelbuilder进行了建模，以求出Z值*。建模流程
最后求出的是一组Z值*，最大的Z值为32，最小是1，共有20处*值。
笔者做了几组测试
测试1：
对原始DEM数据进行无Z值*填洼，直接执行填洼工具，使用默认设置，不设置Z值；
利用填洼完之后的DEM数据计算流向，并执行【汇】工具，发现所有的汇已经被填充，再也没有汇的存在了。如下图
测试2
对原始DEM数据进行有Z值*的填洼，将Z值设置为33（之前已经计算出Z值最大值为32）。同样，对填洼过的DEM进行流向计算，并查找汇，发现存在汇
如果按照帮助里面的说明，只要设置了最大的Z值，应该会将所有的汇都填充掉，但事实上没有。唯一的解释了填充汇的同时又产生了新的汇。
使用笔者按流程做好的Z值计算工具，针对填洼*值为33的DEM数据重新计算Z值*，如下图
计算出来新的Z值为60，如下图
再利用61作为Z值*重新对填洼为Z值为33的DEM数据进行再次填洼，并重新查找一次汇。这一次的结果没有再发现任何的汇，跟测试1同样的结果，
流程与测试1一样，直接使用原始DEM数据填洼，但填洼的Z值*一步到位设置为61，然后查找汇。结果跟预测的一样，所有的汇都被填充，如下图
该测试才是最后的测试结论，分别都这个产生无汇结果的填洼过的DEM数据进行对比，用减法工具执行。如果这些DEM是一样的话，减法的结果将会没有任何的数据。论证的目的在于设置Z值和不设置Z值到底有多大的差别。
第一组对比为测试1的无Z值填洼的DEM数据VS测试3的第二次填洼的DEM数据（Z值为61的那次），减法结果如下
减法的结果为0，也就是说这两个填洼后的栅格无凹陷点DEM是一模一样的。
第二组对比为测试1的无Z值填洼的DEM数据VS测试4的直接使用Z值为61填洼的DEM数据。同样做减法，结果如下
结果同样是0，不用做第三组测试也知道测试2与测试3的填洼后的DEM也是一样的。
对原始DEM数据进行Z值为300的填洼，然后查找汇，结果显然也是完全被填充，不再存在汇；然后用减法对填洼后的数据与无Z值填洼的DEM数据做减法对比，结果为0。也就是说只要设定一个无限大的Z值，所有的汇都会被填充，然后构成无凹陷DEM数据前一步的填洼数据，与无Z值填洼结果是一样的。
通过6个测试和3次对比，基本上可以确定，精确计算Z值多次填洼与不设置Z值填洼效果是等价的。基本上可以确定如果要生成无凹陷DEM，直接使用填洼工具做一次无Z值填洼即可。ArcGIS的创建无凹陷DEM方法是从8.x时代就传下来的，笔者的测试版本是10.5，估计填洼工具早已经实现了自动化计算Z值以及自动迭代操作，只是工具帮助上没有作更新的说明罢了。因此，在使用ArcGIS水文分析之前可以大胆的对原始DEM数据做无Z值*的填洼操作。
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时间：2023-10-17 18:35

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助力科研技术简学践行
本章导读：ArcGIS的水文分析工具是基于DEM进行地表水流动的模拟，其本身不涉及到精确数值的水流流量。在形成径流的过程中考虑的全是地形因素，D8单流向算法决定了其必须针对无凹陷的DEM数据才能正确的分析出结果。在上一章中笔者已经就如何制作适合于ArcGIS水文分析的DEM数据。在本章中笔者将会介绍如何针对已有的DEM进行预处理，制作出适合水文分析的无凹陷DEM数据。
在ArcGIS原生的水文分析工具中包含两个常用的地形分析工具：汇、填洼。
###汇
汇是指流向栅格中流向无法被赋予八个有效值之一的一个或一组空间连接像元。汇被视为具有未定义的流向，并被赋予等于其可能方向总和的值。例如，如果最陡下落及其产生的流向都是向右 (1) 和向左 (16)，则会分配值 17 作为该像元的流向。
在介绍ArcGIS流向分析算法的时候那个流向九宫格其定义是2的n次方，所以，通过汇的计算之后形成的栅格数据，可以通过其值反演出汇所在的方位。对于分析人员来说没什么作用，但对于后续编写程序的人员去改进水文分析是非常重要的。
这一段话中包含了非常大的信息量：
1、产生汇的主要原因之一就是DEM数据制作的时候采样效果和高程值设置为整数时导致的。这就是笔者在上一章中详细介绍制作适合于水文分析的DEM的原因。有些参数的设置在测绘行业上生成DEM基本上是无所谓的，但对水文分析来说就非常重要的。如果还有一些疑问，可以翻看上一章《ArcGIS水文分析实战教程（3）DEM数据准备》。如果能在DEM制作一环上已经对DEM数据进行控制，那是效果最好的。
2、冰川和喀斯特地形不适合使用ArcGIS水文分析。这主要是D8算法的原因。
3、像元大小小于10米的DEM数据很少自然产生汇。如果这种精度的数据都产生了汇，一定要检查这些汇是不是在现实中存在，通过叠加一些地形数据可以对比查看。否则就是数据中存在一些致命的错误。
4、像元大小增大，汇也随之增加。所以精度太差的数据其实是不适合于做小河流或小流域的分析，因为汇的大量存在基本上上会导致一部分的径流断流，由于汇入大江大河的径流会比较多，所以，针对一定级别的河流，还是具有参考价值。
以下是汇的剖面图
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时间：2023-10-17 18:36
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arcigs中提供了多样的工具，经常使用的少数常用工具位于标准工具条中的地理处理菜单中。我们可以通过自定义 > 自定义模式来自定义此工具列表。
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使用搜索功能，在搜索窗口中查找工具。搜索功能根据输入的关键字或描述工具功能的短语来查找工具。
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浏览 ArcToolbox 窗口来查找工具。与目录窗口一样，在 ArcToolbox 窗口中，也将以树视图的形式来显示工具和工具箱。您可以向 ArcToolbox 窗口中添加自定义的工具箱。
结果窗口
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可以在结果窗口中跟踪工具执行情况。要打开结果窗口，可以单击地理处理 > 结果。
后台处理
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工具在后台运行，也就是说，当工具运行时，可以继续使用 ArcMap（或其他应用程序，例如 ArcGlobe）。文档底部将出现一个进度条显示当前所执行工具的名称。工具执行完毕后，系统托盘中将显示一个弹出通知。
模型和模型构建器
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通过地理处理，可将一系列工具串联在一起，将其中一个工具的输出作为另一个工具的输入。通过地理处理模型将多个工具串联在一起，下图所示的模型构建器展示了模型的创建方法。
Python 和脚本
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Python 是一种不受局限、跨平台的开源编程语言，它处理速度快、功能强大且简单易学。由于 Python 不需要使用编译器，因此视其为一种脚本（或解释型）语言。用 Python 编写的程序称为脚本。
当安装 ArcGIS 时，系统将自动安装 Python。
内容仅供参考并受版权保护
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时间：2023-10-17 18:36
