李 枫

(广西壮族自治区林业勘测设计院，广西 南宁 530011)

1 引言

生态区位是生态系统和自然资源合理管理及持续利用的基础，它可为生态环境建设和环境管理政策的制定提供科学依据，因此生态区位区划是事关许多林业重大项目的重要工作。江河源头及江河两岸的生态区位是林业生态区位区划的重点之一，山脊线是其区划的重要依据，目前山脊线的确定常辅助以地形图及遥感影像进行目视判读，但是在山体密集处勾画山脊线还是有一定的难度。

数字高程模型(以下简称DEM)是数字地形模型的一个分支,是一种实体地面模型,常用一组有序数值阵列形式表示地面高程，其他各种地形特征值均可由此派生。通过对DEM的邻域分析、流量计算的步骤可以得到准确的山脊线，这对林业工作中江河源头及江河两岸的生态区位区划具有重要的现实意义。

2 实现原理及软件选择

2.1 实现原理

山脊线在水文分析中等同地面分水线，地面分水线是分水岭高程最高点的连线，同时也是水流的起点。ARCGIS软件的水文分析工具可以通过DEM模拟所在区域的地表径流，并得到每个栅格像元的汇流累积量。提取零值，即提取出没有流入方向而只有流出方向的最高点，就可以得到地面分水线，即山脊线。

2.2 软件选择及数据准备

目前在林业系统应用范围最广的GIS平台应为Arcgis软件，Arcgis的空间数据综合分析能力是行业里的佼佼者，尤其是在地理信息大数据的处理和存储方面，并在处理分析规则网格DEM、TIN等栅格数据方面具有强大的空间模型和分析工具，因此本次使用Arcgis10.2对山脊线进行提取。数据使用精度为30M的原始DEM。

3 山脊线提取过程

3.1 数据提取流程图

首先要对原始DEM进行填洼、计算流向、计算汇流量等过程得到汇流量为0的数据，其次对原始DEM求均值在与原始DEM相减并重分类得到正地形，最后将两步得到的数据进行相乘运算，即得到山脊线，流程如图1所示。

图1 提取流程

3.2 正地形的提取

3.2.1 邻域分析

提取正地形的邻域运算要用到执行计算栅格数据输出的焦点统计工具，指定的邻域范围内的所有像元值输入的函数即为各输出像元的值，运算该函数即可得到统计数据。加载Spatial Analyst模块，选择邻域分析里的焦点统计工具，计算平均值。

3.2.2 提取正地形

对原始DEM与求均值后的DEM做减法，并对结果重新分类得到正地形。

3.3 山脊线的提取

3.3.1 填洼

没有经过处理的DEM表面往往存在着一些凹陷的区域，这使得流向计算时容易得到不合理的水流方向，因此，在水文分析之前应该使用水文分析的填洼工具对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼DEM。

3.3.2 流向计算

通过计算可以得到DEM中各个像元数据最陡或最大的下降方向，使用水文分析的流向工具可以计算出最陡下降方向，并将输出像元在表示这个方向的值进行数据编码。输入填洼后的DEM，计算得到流向数据。

3.3.3 汇流量计算

通过流量工具计算输出的栅格数据每个像元都有一个累积值，这个值是其上面每个下坡像元的累积权重，山谷与河道的累积值最高，相反累积值为0 的像元即为局部最高点，可用于标识出山脊线。使用水文分析的流量工具，输入流向数据，计算得到流量数据。

3.3.4 提取山脊线

对流量数据取零、平滑、重分类并与正地形相乘得到山脊线，如图2。

图2 山脊线叠加地形图效果

4 结语

由图2可以看出实验范围内的主要山脊线已被提取出来，如果用精度更高的DEM可以提取出更为准确细致的山脊线，作为参考可以大大减少林业工作人员区划生态区位的工作量。

基于DEM不仅可以提取出山脊线，还可以提取出准确的坡位、坡向等数据，并应用到森林资源调查等工作中，因此充分利用DEM数据，对于林业信息化是有重要意义的。