Flusso di lavoro per determinare il gradiente del flusso?

Per quanto riguarda i dati, sto lavorando con i file .shp NHD , i DEM 10m e alcuni dati LIDAR.

Il mio obiettivo è determinare il gradiente per 100 m di segmenti di una rete di flussi.

Sono già in grado di farlo, ma mi aspetto che il mio flusso di lavoro non sia ideale, soprattutto perché non riesco a gestire le reti ramificate.

Se tutti stessero facendo questo, che tipo di passaggi useresti?

Inoltre, ho pubblicato un post sul problema qui , dove penso di aver fatto un lavoro molto migliore descrivendo quali sono i miei obiettivi.

— Jacques Tardie
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Il problema più grande è la registrazione dei set di dati. È insolito che le funzioni del flusso vettoriale coincidano con i flussi identificati da un DEM, a meno che le funzioni vettore siano state derivate direttamente dal DEM. La mancanza di coincidenza può allontanare i gradienti: ad esempio, spesso si trova acqua che scorre a monte. Consideri di affrontare questo problema come parte del tuo "flusso di lavoro" o ritieni che la registrazione sia già stata effettuata?

— whuber

Certamente questo è uno dei problemi che ho riscontrato nel tentativo di creare un collegamento tra le linee centrali del flusso NHD e i DEM. Esistono buone soluzioni per quanto riguarda la registrazione dei due set di dati?

— Jacques Tardie,

In precedenza, avevamo utilizzato una rete di streaming derivata dai dati LIDAR stessi, ma mi piacerebbe sapere come fare altrimenti.

— Jacques Tardie,

A quale scala sono state raccolte le linee centrali del flusso? Sembra che la lunghezza del segmento di 100 m sia un po 'troppo piccola. Quando qualcuno come te funziona, sarebbe sicuramente utile se i risultati (come i flussi derivati da LIDAR) potessero essere trasferiti di nuovo a uno degli amministratori dei dati

— Kirk Kuykendall,

I dati LIDAR che sto usando provengono da Noah Snyder al BC, che è stato elaborato fino a un DEM 1m. Dati originariamente raccolti nello spartiacque delle Narraguagas nel Maine. Potresti avere ragione per quanto 100m sia troppo piccolo. Speravo di ottenere il più preciso possibile dal punto di vista realistico per provare ad automatizzare la posizione della diga residua nel torrente, motivo per cui cercavo una scala così fine. Kirk, una volta terminato questo progetto, farò volentieri tutto da te per assicurarmi che valga la pena inviarlo all'USGS. Grazie per i commenti a tutti.

— Jacques Tardie,

Risposte:

Dato che hai il DEM LIDAR, dovresti usare i flussi derivati da esso. Ciò garantisce una registrazione perfetta.

Il nocciolo dell'idea è stimare le pendenze medie in termini di elevazioni alle estremità dei segmenti.

Una delle procedure più semplici è quella di "esplodere" la rete del flusso nei suoi archi componente non ramificati. Converti la raccolta in un livello "percorso" in base alla distanza, rendendola "misurabile". Ora è semplice generare una raccolta di "eventi" di rotta basati su una tabella di pietre miliari (ad esempio a intervalli di 100 m) per ciascun arco ed estrarre le quote DEM da tali punti evento. Le differenze successive di elevazione lungo ciascun arco, divise per 100 m, stimano le pendenze del segmento medio.

La seguente figura mappa gli archi di flussi derivati da un'analisi di flowaccumulation di un USGS 7,5 minuti DEM (parte di Highland County, VA). È lungo circa 10 km (6 mi).

DEM

Dato che stai cercando una diga residua, che potrebbe essere indicata da un cambiamento di pendenza nell'arco di poche decine di metri (per una diga molto piccola), considera l'utilizzo di segmenti ancora più piccoli . Se il set di dati è troppo approssimativo per fornire segnali chiari, è possibile filtrarlo facilmente in un secondo momento (mediante medie mobili o altro, come la divisione dei grafici delle quote e la differenziazione della spline). In effetti questo approccio ti mette nel dominio dell'analisi delle serie temporali in cui la variabile di interesse è l' elevazione, non il gradiente, e stai cercando schemi costituiti da sezioni di breve livello seguite da cambiamenti improvvisi.

Trame elevazione vs. traguardo

Questo è un diagramma di elevazioni DEM osservate a intervalli di 100 m lungo la maggior parte (non tutti) dei segmenti di flusso rappresentati. (La dimensione della cella è di 30 m.) Ove necessario, gli archi sono stati riorientati per ridurre generalmente l'elevazione da sinistra a destra. (Se guardi da vicino puoi vedere dove me ne sono perso uno: sale da sinistra a destra.)

Elevazione vs pietra miliare sull'arco 16

Questo dettaglio dell'arco 16 (il lungo segmento nella parte superiore della mappa) mostra cosa potresti ottenere quando i flussi non sono perfettamente registrati con il DEM: in alcuni punti il flusso sembra fluire verso l'alto. Tuttavia, i segmenti che suggeriscono le caratteristiche di pool-and-drop sono prontamente identificati, in particolare dopo le pietre miliari 1800 (metri lungo il segmento), 4000, 4600 e 6500. Questa identificazione può essere automatizzata in vari modi, in particolare dopo aver pulito le serie di elevazioni (levigando esso).

Potete vedere che l'intervallo di campionamento di 100 m usato qui non è abbastanza buono per identificare caratteristiche molto più piccole di 400-500 metri di lunghezza. Quindi, per trovare una piccola diga residua, probabilmente vorrai campionare un intervallo di 10-25 m sul tuo LIDAR DEM.

A proposito, ciò che rende un segmento di flusso "troppo piccolo" per questo tipo di lavoro non è né una breve lunghezza né una grande dimensione della cella, sebbene entrambi prendano parte alla decisione. "Troppo piccolo" dipende da come verranno utilizzate le pendenze stimate e da quanto incerti potrebbero essere tali stime. Per alcuni lavori potrebbe anche avere senso stimare i gradienti a intervalli di 10m su una griglia di 10m!

— whuber
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+1 ottima analisi. Qualche suggerimento su come applicare (conflate?) I reachcode dalle corrispondenti linee di flusso NHD alle linee di flusso derivate dal DEM Lidar?

— Kirk Kuykendall,

@Kirk Questa è una domanda difficile e percettiva; Ho coscientemente evitato di affrontarlo nella mia analisi! Alcune domande recenti su questo sito relative al confronto delle tracce GPS riguardano un problema simile e suggeriscono alcune soluzioni utili. La risposta dipende in parte dalla discrepanza tra le due serie di dati (polilinea): piccole differenze sono facili da rilevare e correggere automaticamente; differenze maggiori possono causare errori all'ingrosso nella ricerca di segmenti corrispondenti.

— whuber

@whuber A differenza del problema della traccia gps, sembra che questo possa sfruttare il DEM. Se si versa acqua in un punto su una linea di flusso NHD, sembra che abbastanza spesso dovrebbe fluire sopra il DEM Lidar alla polilinea generata dal Lidar (e che dovrebbe corrispondere alla linea di flusso del NHD). Certo, l'automazione completa sarebbe ancora improbabile, ma sembra comunque che il DEM potrebbe semplificare il lavoro. Immagino che i flussi intrecciati sarebbero il dolore più grande.

— Kirk Kuykendall,

@Kirk Ho redatto un commento specifico sullo sfruttamento del DEM ma l'ho eliminato perché è speculativo e potrebbe essere sbagliato. Vale a dire, penso che la tua idea sia perfetta, ma la sua attuazione richiede alcune ricerche. Il problema è che le linee NHD rimbalzano generalmente avanti e indietro tra le pareti della valle del DEM LIDAR, cambiando costantemente le relazioni di flusso tra ciascun segmento NHD e il corrispondente segmento derivato da LIDAR. Questo deve essere sfruttabile, ma la domanda è esattamente come farlo in modo efficiente e preciso.

— whuber

@whuber Vedo che Katharine Kolb presenterà presto un articolo al seminario NHD . Sarebbe bello se potessimo spostare la discussione online. Dati i tagli al budget, scommetto che ci saranno molti documenti che verranno cancellati. Quindi potrebbero essere disposti a intrattenere un articolo in ritardo (nudge-nudge).

— Kirk Kuykendall,

Sto facendo alcune analisi di idrologia da parte mia e mentre dovevo creare il mio raster Flow Direction mi sono ricordato del tuo post. Questa è solo una pugnalata al buio ma, in ArcGIS 10, c'è un'opzione per creare un drop raster di output. Mi chiedo se in qualche modo potrebbe essere usato per risolvere il tuo problema.

Il drop raster mostra il rapporto tra la variazione massima di elevazione da ciascuna cella lungo la direzione del flusso e la lunghezza del percorso tra i centri delle celle, espressa in percentuale.

— Jakub Sisak GeoGraphics
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La risposta di Jakub è buona, perché considera ogni cella senza necessità di ulteriore divisione della linea. Se si combinava un raster di flusso con l'accumulo di flusso lungo quel raster di flusso, è possibile ottenere la distanza lungo il flusso e quindi rappresentare graficamente la pendenza sull'asse y e la distanza del flusso sull'asse x. Dovresti anche tenere conto della distanza diagonale, ma questo potrebbe essere affrontato usando la direzione euclidea.

— Tom Dilts
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