Funktionsweise von "Flow Direction"

Einer der Schlüssel zur Ableitung hydrologischer Eigenschaften von einer Oberfläche ist die Fähigkeit, die Richtung des Flusses von jeder Zelle im Raster zu bestimmen. Dies erfolgt mit dem Werkzeug Flow Direction.

Dieses Werkzeug nimmt eine Oberfläche als Eingabe und gibt ein Raster aus, das die Richtung des Flusses aus jeder Zelle zeigt. Wenn die Option Output drop raster gewählt wird, wird ein Ausgabe-Raster erzeugt, das das Verhältnis zwischen der maximalen Änderung in der Höhe von jeder Zelle in der Fließrichtung und der Pfadlänge zwischen den Zellenmittelpunkten zeigt, ausgedrückt als Prozentsatz. Wenn die Option Force all edge cells to flow outward aktiviert ist, fließen alle Zellen am Rand des Oberflächen-Rasters vom Oberflächen-Raster nach außen.

Es gibt acht gültige Ausgaberichtungen in Bezug auf die acht benachbarten Zellen, in die der Fluss erfolgen kann. Dieser Ansatz wird im Allgemeinen als Acht-Richtungs (D8)-Flussmodell bezeichnet und folgt einem bei Jenson und Domingue (1988) vorgestellten Ansatz.

Die Kodierung der Fließrichtung

Berechnen der Fließrichtung

Die Fließrichtung wird durch die Richtung des steilsten Gefälles oder des maximalen Abfalls von jeder Zelle bestimmt. Dies wird wie folgt berechnet:

 maximum_drop = change_in_z-value / distance * 100

Die Entfernung wird zwischen den Zellenmittelpunkten berechnet. Wenn also die Zellengröße 1 beträgt, beträgt die Entfernung zwischen zwei orthogonalen Zellen 1 und die Entfernung zwischen zwei diagonalen Zellen beträgt 1,414 (die Quadratwurzel von 2). Wenn der maximale Abfall von mehreren Zellen identisch ist, wird die Nachbarschaft vergrößert, bis das steilste Gefälle gefunden wird.

Wenn die Richtung des steilsten Gefälles gefunden wird, wird die Ausgabezelle mit dem Wert codiert, der diese Richtung darstellt.

Wenn alle Nachbarn höher als die bearbeitete Zelle sind, wird dies als Rauschen angesehen, bis zum niedrigsten Wert seiner Nachbarn ausgefüllt und als Fließrichtung zu dieser Zelle hin angesehen. Wenn jedoch eine Ein-Zellen-Senke neben der physischen Kante des Rasters liegt oder mindestens eine NoData-Zelle als Nachbarn hat, wird sie aber aufgrund ungenügender Nachbarinformationen nicht aufgefüllt. Um wirklich als Ein-Zellen-Senke angesehen zu werden, müssen alle Nachbarinformationen vorhanden sein.

Wenn zwei Zellen zueinander fließen, sind sie Senken und haben eine nicht definierte Fließrichtung. Diese Methode der Ableitung der Fließrichtung aus einem digitalen Höhenmodell (DEM) wird bei Jenson und Domingue (1988) vorgestellt.

Zellen, die Senken sind, können mit dem Werkzeug Sink identifiziert werden. Um eine genaue Darstellung der Fließrichtung über einer Oberfläche zu erhalten, sollten die Senken vor der Verwendung eines Fließrichtung-Rasters aufgefüllt werden.

Referenzliste

Greenlee, D. D. 1987. "Raster and Vector Processing for Scanned Linework." Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 53 (10): 1383–1387.

Jenson, S. K. und J. O. Domingue. 1988. "Extracting Topographic Structure from Digital Elevation Data for Geographic Information System Analysis." Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 54 (11): 1593–1600.