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1、ArcGis软件生成的河网径流节点标识提取摘要：河网的交汇点在水文学、地貌学等学科上均具有重要的特殊意义。分析了由ArcGis软件生成的 河网径流节点标识的特点，并在此基础上将其提取出来，提取的径流节点标识与生成的河段信息具有一致 性。同时生成了基于河段流向的下一节点标识。实践表明该方法原理简单，易于操作实现，可以广泛应用 于水文学和地貌学的基础研究当中。关键词：河网径流节点；河段标识；河网节点标识；几何网络河网是指由大小不等、深浅不一的河槽相互贯通组成的网络状泄水系统。它 在水文学和地貌学的研究上均具有重要的意义。在水文学上，现代研究认为流 域水文响应是地貌扩散和水动力扩散对降落在流域上的净
2、雨共同作用的结果，为 了模拟这种响应，水文学上提出了地貌瞬时单位线的概念。在该领域的研 究当中，需要建立流域水系的拓扑关系。其中河网径流节点就是其中的一个重要 元素。ArcGIS产品线为用户提供了 一个可升缩的，全面的GIS平台。在ArcToolbox 工具箱中的Spatial Analyst Tools类别下的Hydrology工具箱，提供了丰富的水文 分析工具。通过它可以方便的生成的矢量河网。在生成的矢量河网当中存在各子 河段的上下节点标识，但在水文分析工具当中并没有找到相应的提取河段节点的 工具。刘晓等人尝试通过几何网络分析工具提取出了这些节点，但生成的 节点标识为默认值0，这是不合理的
3、，它应当和矢量河网的上下节点标识信息保 持一致性，即满足对应的拓扑关系。因此本文在他们工作的基础上分析了生成的 河网径流节点标识的特点，在此基础上将其提取出来并进行标识，以便于流域水 文地貌分析。1基于ArcGis的河网生成利用ArcGis水文分析模块生成河网主要有以下几个步骤：DEM洼地填平、 水流方向矩阵生成、水流累计矩阵生成、设定集水面积阈值形成河网矩阵、河网 节点链接信息矩阵、河网分级矩阵、矢量河网。流程图如图1所示，详细过程可 参考文献9。图1基于ArcGis水文分析模块的矢量河网提取Fig.1 Extraction of vector river system based on h
4、ydrological analysis module in ARCGIS2基于河网数据的几何网络生成在ArcCatalog中，找到生成的河网矢量图，通过网络分析工具和空间连接工 具可以生成河网节点数据。流程图如土 2所示，具体过程可参考文献8。图2基于ArcGis网络分析模块河网节点生成示意图Fig.2 Generate the river network node based on network analysis module in ARCGIS3河网节点标识提取在生成的矢量河网数据当中有两个字段分别是FROM_NODE和TO_NODE， 即该河段连接的上下河网节点。根据关系型数据原理1
5、0H11,我们认为在生成河 网节点属性表当中应当存在一个字段是存储和它对应的节点标识的。通过检查发 现在生成的河网节点数据当中，确实存在一个这样的字段，字段名为ID，但它的 数值全为0，这是不合理的。即通过软件自身并没有生成对应的节点标识。本文 通过分析生成的河网及其上下节点标识特点，发现其规律，进而通过计算机程序 的形式来帮组我们生成该标识。这也是本文研究的重点，通过分析我们发现其特 点如下：1) 对于河源处的节点，由于它只能和一条河段发生空间关系，因此河源节 点的标识就是它所关联的河段的上节点值(FROM_NODE)，2) 对于河段相交形成的汇流节点，由于它可以和多个河段进行关联，情况 相
6、对比较复杂。为了避免这种复杂性，我们在选择空间关联的时候是选择了一对 一的。这样生成的结果就保证了一个点只于一个河段关联，但会有一些节点的关 联河段是相同的。据此我们认为和同一河段关联的节点必然有一个对应的是河段 的上节点、一个对应的是河段的下节点。那么究竟是怎样对应的呢？通过观察我 们发现，这个可以通过河段分级字段来判断，级数低的必然对应上节点 （FROM_NODE）、高的必然对应下节点（TO_NODE）。根据上述两个规则我们进行了实验，发现还有问题，即存在标识相同的点， 即不具有唯一性。这是明显不对的，应当还有规则没有发现，据此我们进一步分 析发现：3）这些重复的节点主要发生在上一个河段和
7、下一个河段共享同一个节点， 并且上一个河段已经和两个节点关联了。即该河段的上下节点都已经标识过了， 此时我们认为该节点应当对应下一个河段的下节点（TO_NODE），应用上述同样 的方法，认为节点对应河段级数高的点应对应TO_NODE。通过上述三个规则我们进行了实验，发现结果很好。同时也正确标识出了流 域的出口节点。需要说明的是这些工作都是建立在按照文献8的方法生成的河网 基础上来进行的。4实例介绍在这里以江西抚河流域内的娄家村和南城两子流域为示例，娄家村子流域可 以看成扇形流域，南城流域可以看成羽状流域，具有一定的代表行。实际处理过 程当中，为了简便，我们将生成河网节点属性表和矢量河网属性表均
8、进行导出， 放在同一个Excel表格里，通过Excel自动排序工具可以简化程序的判断流程， 从而提高执行效率。在表格的前四列存放河网信息表，分别对应河段标识、河段 级数、河段上节点和河段下节点，后三列存放河网节点信息表，分别对应节点对 应的河段、节点对应河段的级数和要计算的节点标识。通过Excel提供的VBA 编程工具和上述提出的三个规则可以很容易计算出节点标识。结果如下所示：第湖 ；必场a i由i y ?-i 46/_尸湍 W， Jo皆曲 51Jta&T!* f 一r 9上.-i软瞥-二Ji：疚图4南城流域河网节点图图3娄家村流域河网节点图Fig.3 Stream network no
9、de of Lou Jiacun water!Shgd4 Stream network node of Nan Cheng watershedId 1AKCIDtEID_CODEVodeTypeDovnlD1111441552222553-153542464332575116361139622113711910832261194210121121251412111515122211171411121615111518162821013171119191722222018111921195218222023218232221222242311232624112127252022329261522
10、72527112930284221312920212MS娄家村流域河段节点信息表（部分）踣28311132ABJCID ：GRID_CODEFEOM.HODETO_HODE11142554235454433655176e.1837139832106929111041110112112512114151321511141171215116151G2818101711319181201919521182021922212322182221232223124232412621252027232&15292727125292843021232031123014322331128323233330: :
11、;1:；4图6娄家村流域河段信息表（部分）Fig.5 Stream node info-sheet of LoU Jiacun5 atFiishead Stream reach info-sheet of Lou Jiacun watershed1jLBCIDGRID_CODETjpeDovnlD1111331512222513-1431155350236549257611996472888111010846291210452101111111313113212151322816142213141511181716111518174221219181116201911IS：2120412182
12、32140221222211212423111525244223262536223272611252827112&3028223131283233292911313230一!13u图7南城流域河网节点信息表（部分）Fig.5 Stream node info-sheet of Nan Cheng watershed Fig.6 Stream reach info-sheet of Nan Cheng watershed 另外当计算出河网交点的标识后，其顺河段流向的下一节点也是很容易计算出来的，只需查找FROM_NODE列，当该列对应的值和当前节点标识相同的时 候，它所对应的TO_NODE值就是
13、该节点的顺河段流向的下一节点。图3和图4是两流域分析出的结果示意图，其中红色数字代表的是河段标识， 黑色数字是河网节点标识。图5、6、7、8是截取的部分信息表，其中节点信息 表的ID字段就是计算出来的河网节点的标识，ARCID字段为节点对应的河段标 识，GRID_CODE为河段的分级数（采用了 SHREVE法，和文献8相同），Type 为节点的类型（1代表河源节点、2代表汇流节点、3代表流域出口节点），DownID 为该节点对应的下节点。河段信息表中的ARCID、GRID_CODE字段的含义与 节点信息表中的部分相同，FROM_NODE、TO_NODE分别为河段对应的上下节 点标识。5结论通过
14、分析ArcGis软件中的水文分析模块Stream to Feature工具生成的矢量河 网上下节点标识的特点，在由几何网络工具中生成的节点图层中将其计算出来。 这不仅完善了地理数据一致性，也为后续的流域水文地貌过程分析提供了保障。参考文献1 易红伟，汤国安，刘咏梅等.河网径流节点及其基于DEM的自动提取J.水土保持学报， 2003,17(3):108-112.(Yi Hong-wei,Tang Guo-an,Liu Yong-mei.Stream runoff and their derivation based on DEMJ.Journal of Soil and Water Conser
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22、The intersection of river system are special significance in hydrology and geomorphology. Analyzed the property of the stream node ID made by arcgis handware, based on this the node ID is generated , the generated ID of the node associated well with the original stream ntework.Meanwhile the nodes next node ID by the stream flow direction is generated. Practice shows that the method is simple, easy to achieve and can be widely used in hydrology and geomorphology studies.Keywords： stream runoff nodes； stream ID； stream network node； geometric network
