การคำนวณดัชนีความเปียกชื้นของภูมิประเทศ (การเลือกจากอัลกอริธึมที่แตกต่างกัน)

ดัชนีความเปียกชื้นของภูมิประเทศสามารถแสดงเป็น

 Ln(a/tanB) based on the idea of Beven and Kirkby (1979)

ที่ไหน

  a is the specific catchment area (a=A/L, catchment area (A)divided by contour length(L))

และ

  tanB is the slope 

แนวคิดพื้นฐานที่นี่นั้นง่าย แต่เนื่องจากมีหลายวิธีในการคำนวณทั้งaและ tanB ผลลัพธ์ของ TWI อาจแตกต่างกันอย่างกว้างขวาง (Qin et al. 2011)

สามารถคำนวณการสะสมและการไหลของพื้นที่ได้ตัวอย่างเช่นโดย:

 D8 (O'Callaghan, J.F. / Mark, D.M. (1984))
 D-infinity  (Tarboton, D.G. (1997)
 Triangular Multiple flow direction (Seibert, J. / McGlynn, B. (2007)

อัลกอริทึมและยังมีอัลกอริธึมอื่น ๆ อีกมากมายเช่นกัน

โดยปกติความชันจะคำนวณเป็นความชันเฉพาะรอบพิกเซล (Sorensen et al. 2005) ความชันในพื้นที่สามารถคำนวณได้ว่าค่าต่ำสุดค่าเฉลี่ยและความชันสูงสุดรอบพิกเซล อีกวิธีในการคำนวณความชันจะถูกนำเสนอโดย Hjerdt และคณะ 2004 ที่ความชันถูกคำนวณเป็นจุดdเมตรใต้ศูนย์เซลล์

Slope เป็นเครื่องมือพื้นฐานในซอฟต์แวร์ GIS ส่วนใหญ่อย่างไรก็ตามการคำนวณอาจแตกต่างกัน นี่คือตัวอย่างบางส่วน: ESRI: http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/index.cfm?TopicName=Calculating_slope SAGA: http://sourceforge.net/apps/trac/saga-gis/wiki/Terrain% 20Analysis% 20% 20Morphometry% 20module% 20library

อย่างที่คุณเห็นมีตัวเลือกมากมายให้คำนวณทั้ง a และ tanB ดังนั้นคำถามคือในทางปฏิบัติซึ่งเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการคำนวณ TWI โดยใช้อัลกอริทึมเหล่านี้แตกต่างกันอย่างไร หรือมีอะไรบ้าง?

ฉันเองชอบทำงานใน SAGA ส่วนใหญ่เป็นเพราะมีเครื่องมืออุทกวิทยาโอเพนซอร์ซให้เลือกมากมาย

ปล. ฉันมีเวลายากที่จะค้นหาว่าการคำนวณความชันของอ่างเก็บน้ำใน Saga GIS เป็นอย่างไรและที่นี่มีความหมายอย่างไร (การวิเคราะห์ภูมิประเทศ - อุทกวิทยา: พื้นที่รับน้ำขนาน)

แก้ไข: ตอบโดย Volker Wichmann จากฟอรั่ม SAGA: "ตารางลาดลาดเอาท์พุทของโมดูล Catchment Area (Parallel) ถูกคำนวณเช่นนี้: สำหรับแต่ละเซลล์ความชันในพื้นที่จะคำนวณโดยใช้วิธีของ Zevenbergen & Thorne ค่าความชันเหล่านี้ ในที่สุดสำหรับแต่ละเซลล์ค่าความชันที่สะสมจะถูกหารด้วยพื้นที่เก็บกักที่ได้รับของเซลล์หน่วยของกริดคือเรเดียน "

"โมดูลดัชนีความเปียกชื้นของภูมิประเทศ (TWI) ต้องใช้ตารางความชันปกติเป็นอินพุต"

อ้างอิง:

Beven และ Kirkby 1979 ตัวแปรพื้นฐานทางกายภาพที่สนับสนุนโมเดลพื้นที่ของอุทกวิทยาลุ่มน้ำ Bulletin วิทยาศาสตร์ชีวภาพ, 24, pp. 43–69

Hjerdt และคณะ 2004. ดัชนีภูมิประเทศใหม่เพื่อวัดปริมาณการควบคุมความลาดชันของการระบายน้ำในพื้นที่ การวิจัยทรัพยากรน้ำ , 40, W05602, ดอย: 10.1029 / 2004WR003130

O'Callaghan, JF และ Mark, DM 1984 การแยกเครือข่ายการระบายน้ำจากข้อมูลระดับความสูงแบบดิจิตอล คอมพิวเตอร์วิชั่น, กราฟิกและการประมวลผลภาพ , 28: 323-344

ฉินและคณะ 2011. วิธีการคำนวณดัชนีความเปียกชื้นของภูมิประเทศโดยพิจารณาจากการไล่ระดับสีชันสูงสุด แม่นยำ Agric 12: 32–43

Seibert, J. และ McGlynn, B. 2007 อัลกอริธึมการไหลแบบหลายทิศทางแบบสามเหลี่ยมใหม่สำหรับการคำนวณพื้นที่ที่สูงขึ้นจากแบบจำลองระดับความสูงแบบดิจิตอลที่ gridded, Water Ressources Research , Vol. 43, W04501

โซเรนเซนและคณะ 2548. ในการคำนวณดัชนีความเปียกชื้นของภูมิประเทศ: การประเมินวิธีการต่าง ๆ ตามการสังเกตภาคสนาม Hydrol Earth Sys วิทย์ สนทนา , 2, 1807–1834

Tarboton, DG 1997. วิธีการใหม่สำหรับการกำหนดทิศทางการไหลและพื้นที่ส่วนบนในแบบจำลองการยกระดับแบบดิจิตอลของกริด, การวิจัยทรัพยากรน้ำของแหล่งน้ำ , Vol.33, No.2, p.309-319

ฉันคิดว่าโพสต์นี้ในฟอรัม SAGA GIS อาจพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในการตอบคำถามของคุณเกี่ยวกับวิธีคำนวณความชัน:

https://sourceforge.net/p/saga-gis/discussion/354013/thread/27ecdc6b/

นอกจากนี้จากความเข้าใจของฉันเกี่ยวกับ TWI (ในฐานะนักศึกษาปริญญาเอกด้านอุทกวิทยาที่เกี่ยวข้องกับการสร้างแบบจำลองอุทกวิทยา), D-Inf (Tarboton), MFD-md (Qin), DEMON (Costa-Cabral) และ MFD (Quinn) ที่มีเลขชี้กำลัง p = 1.1 (Freemann) เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการพิจารณาพื้นที่การสะสม 'a' ในการคำนวณ TWI

ฉันคิดว่างานของ Sorensen และงานของ Qin นั้นให้ความเชื่อถือกับความคิดเห็นกึ่งอาชีพของฉันเอง อย่างไรก็ตามอัลกอริทึมที่ปรับปรุงแล้วของฉิน (MFD-md) ยังไม่ได้รับการทดสอบอย่างละเอียดและใช้เท่าที่คนอื่นมี

เมื่อฉันใช้ SAGA เพื่อคำนวณ TWI อันดับแรกฉันคำนวณความชันโดยใช้ความชันที่ยกย่องในTerrain Analysis / Morphometry / Slope, Aspect, Curvature moduleโดยใช้อัลกอริทึมเริ่มต้นที่กล่าวถึงในโพสต์ฟอรัม จากนั้นฉันคำนวณพื้นที่เก็บกักน้ำโดยใช้การวิเคราะห์ภูมิประเทศ / อุทกวิทยา / พื้นที่กักเก็บน้ำ / พื้นที่เก็บกักน้ำ (ขนาน)โดยใช้อัลกอริทึม MFD หรืออัลกอริทึม D-INF ที่มี 1.1 เป็นปัจจัยคอนเวอร์เจนซ์ (p = 1.1 จากฟรีแมน)

จากนั้นฉันเรียกใช้ตัวเลือก TWI ในการ วิเคราะห์ภูมิประเทศ / อุทกวิทยา / ดัชนีภูมิประเทศ / ดัชนีความเปียกชื้นของภูมิประเทศ (TWI)พร้อมตัวเลือกในการแปลงพื้นที่เป็น "1 / ขนาดเซลล์" และใช้การคำนวณมาตรฐาน ฉันแปลงเป็นพื้นที่เก็บกักน้ำที่เฉพาะเจาะจงเพราะนี่คือสิ่งที่สูตรดั้งเดิมของ Beven และ Kirkby เรียกหา สำหรับความแตกต่างระหว่าง "มาตรฐาน" และ "TOPMODEL" ฉันไม่แน่ใจว่ามันคืออะไร - ดูว่าตัวเองในตอนนี้

หน้าอ้างอิง 106 เป็นต้นไปของ PDF ที่เชื่อมโยงเพื่อรับความช่วยเหลือเพิ่มเติม: http://sourceforge.net/projects/saga-gis/files/SAGA%20-%20Documentation/SAGA% 20Documents / SagaManual.pdf / ดาวน์โหลด

ฉันลืมที่จะเพิ่มทั้งหมดนี้ถือว่า DEM ได้รับการประมวลผลล่วงหน้าโดยการเติมอ่างล้างมือ นั่นเป็นอีกหัวข้อที่ซับซ้อนโดยมีสองตัวเลือก (หลัก) แยกต่างหาก

ฉันหวังว่านี่จะช่วยได้!

ทอม

การแก้ไข PS สำหรับ @reima:

นี่เป็นสิ่งที่ฉันเพิ่งขุดลงไปเมื่อไม่นานมานี้และฉันก็ยอมรับได้ว่าฉันไม่คิดว่าฉันมาถึงจุดต่ำสุดแล้ว! ฉันชอบวิธีการของ Lindsay และ Creed ซึ่งเป็นวิธีการกระทบขั้นต่ำที่เลือกการเป่าลมหรือการเติมตามการลดผลกระทบภูมิประเทศโดยรวม (ชื่ออย่างเป็นทางการ "อัลกอริธึมการลดผลกระทบ" - IRA) ซึ่งฉันคิดว่า ตอนนี้ WhiteBox GAT - ลิงก์: http://www.uoguelph.ca/~hydrogeo/Whitebox/ )

อย่างไรก็ตามแม้เครื่องมือของเขาดูเหมือนจะใช้รูปแบบการเติมอื่น ๆ :

1. อัลกอริธึมการบรรจุแบบจม / ซึมเศร้า (พื้นฐาน แต่เร็วอย่างบ้าคลั่ง) โดย Wang และ Liu (2006) - ซึ่งฉันไม่เชื่อว่าทำงานในรูปแบบ IRA แต่คล้ายกับวิธีที่ ArcMap เติมให้จม / หดหู่เพียงแค่ตรงไปตรงมา .

2. และการเติมอ่างล้างจาน / ซึมเศร้าของ Planchon และ Darboux (2001) ซึ่งทำให้ DEM เกิดน้ำท่วมจากนั้นก็เอาน้ำทีละนิด - มันสามารถบังคับใช้ความลาดชันในพื้นที่ยื่นซึ่งฉันคิดว่าอาจปรับปรุงการคำนวณ TI

ArcMap มีส่วนเสริม "de-pitting" ใหม่ ( http://blogs.esri.com/esri/arcgis/2013/03/05/optimized-tool-for-dem-pit-removal-now-available/ ) ดูเหมือนว่าจะคล้ายกับ Lindsay และ Creeds IRA แต่ฉันยังไม่ได้อ่านเอกสารที่อ้างถึงเพื่อกำหนดความคล้ายคลึงกัน วิธีนี้อาจคุ้มค่ากับการดู

ฉันยังสนใจที่จะพิจารณาสมมติฐานของฉันว่าการคำนวณ TI นั้นต้องเติม DEM ฉันมี DEM ที่มีขนาดแตกต่างกันสามแห่ง (<100 ตารางกิโลเมตร, 100-1000 ตารางกิโลเมตร,> 1,000 ตารางกิโลเมตร) โดยใช้ไฟล์รูปร่างจากข้อมูล NED 10 ม. สิ่งเหล่านี้ไม่ได้รับการเติมเนื่องจากไฟล์รูปร่างจัดเตรียมการแบ่งพื้นที่ไว้แล้ว ฉันจะเรียกใช้การคำนวณ SAGA GIS TI (MFD, p = 1.1) ในทั้งสามแหล่งต้นน้ำทั้งบน DEM ที่ถูกเติมเต็มและไม่สำเร็จโดยใช้ ArcMaps กรอกแบบแผน (ทั้งเก่าและใหม่) และขั้นตอนวิธี Wang และ Liu (ใน Whitebox อาจจะ ใน SAGA) และอัลกอริทึม Planchon และ Darboux (ใน Whitebox อาจเป็น SAGA) ฉันจะคำนวณค่า TI ด้วยการคำนวณ TI ที่ฝังอยู่ในแบบจำลองทางอุทกวิทยาของฉัน

หากคุณต้องการฉันสามารถแบ่งปันผลลัพธ์เหล่านี้กับคุณ ฉันอาจไม่มีพวกเขาเป็นเวลาหนึ่งเดือนหรือมากกว่านั้นเนื่องจากฉันมีงานวิจัยที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ อีกมากมายที่โฟกัสของฉันกำลังดำเนินการอยู่ แต่ฉันจำเป็นต้องปรับปรุงกระบวนการคำนวณ TI ของฉันภายในกลางเดือนพฤษภาคม