基于ArcGIS的地形分析——流向、流量、SPI、TWI计算

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于 2023-04-25 18:28:19 首次发布

文章介绍了基于ArcGIS的地形分析方法，重点讨论了流向、流量的计算以及坡度、SPI（水流动力指数）和TWI（复合地形指数）的评估。在计算过程中，强调了DEM数据的填洼处理、Z值因子的设定以及坡度计算时选择百分比上升作为测量单位的重要性。SPI和CTI的计算涉及对流量和坡度的乘积或商取对数，其中SPI反映了侵蚀潜力，CTI则有助于识别湿地区域。文章指出，SPI的计算公式在不同资料中存在争议，但推荐了一种广泛应用的计算方式。

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基于ArcGIS的地形分析——流向、流量、SPI、TWI计算

1. 参考资料

https://www.leg.mn.gov/docs/2016/mandated/160722.pdf
参考目录：
在这里插入图片描述
该手册使用ArcGIS进行了地形分析，其分析的主、次要属性分别为

主要：
流向、流量、坡度
次要：
SPI、TWI（即参考文中的CTI，两者计算公式相同）。

在这里插入图片描述

2. 主要属性计算

关于流向和流量计算，其关键就在是否对原始DEM进行了恰当的填洼，手册中有相关的步骤说明，或者可参考我之前写的文章。

相关属性计算中，所有输入的DEM，都应当是进行过填洼处理的。

坡度计算

坡度——栅格表面每个像元处的陡度。坡度值越小，地势越平坦；坡度值越大，地势越陡峭。
其中，在坡度的计算中有一个比较重要的量——Z值因子。那么这个值该怎么填写呢，主要取决于DEM数据中平面尺度和高程的单位（前者一般是米或者度，后者一般是米）。

Z值因子的设置，主要是为了让高程单位统一到平面尺度单位中去。即：

那么如果你的平面单位是度，高程单位是米。那么因为，1米 = ?度，所以Z值因子就填?。
很抱歉，上网搜索了一下，由于种种原因我也不知‘?’该是多少。
但是，一般下载的DEM其高程都是以度为单位(从图层属性中可以看出)，所以咱可以使用投影工具，将xy由度转换为米（数据管理工具——投影与变换——栅格——投影栅格）。之后，Z值因子就填写1.

且为了进行后续SPI、CTI计算，在进行坡度计算时，输入测量单位选填 PERCENT_RISE。

3.次要属性（SPI、CTI）的计算

3.1 指数说明

SPI——Stream Power Index（水流动力指数），Compound Topographic Index，复合地形指数。手册中说：
在这里插入图片描述

上面的意思大概就是：

SPI是流量与坡度乘积取对数，CTI是流量与坡度的商取对数；
SPI值高的区域代表着该区域水流集中，具有较大的侵蚀潜力；
CTI可以显示景观上的池塘和储水区域（值高的区域），对于确定潜在的湿地位置很有用。

虽然说，SPI在公式上就只是个乘积取对数的过程，但是在实际操作中是比较有争议的。争议性体现在哪呢，欸：

这是我在网上看到的：

首先，这位先生说：
我在使用ArcGIS 计算SPI的时候，看了很多视频和文档，但是这些资料里用到的计算公式都不一样，到底哪个才是正确的呢？
然后，下面的评论噼里啪啦给出了不同的见解。其中，有个好心人呢就说，第三个栅格计算公式是应用最广泛的，但在输入的坡度必须为百分比坡度（在进行坡度计算时，输入测量单位选填 PERCENT_RISE），并给出了上文提到的文档。

3.2 SPI 计算

按照手册所说，使用栅格计算器输入以下公式，便可获得SPI值：

Ln(("相应的流量图层" + 0.001) * (("相应的坡度图层" / 100) + 0.001))

3.3 CTI 计算

Ln(("相应的流量图层" + 0.001) / (("相应的坡度图层" / 100) + 0.001))