ArcPyStreamScape

Набор скриптов в среде ArcGIS Desktop для структурно-гидрографического анализа речных систем.

A set of ArcGIS Desktop scripts for river system structure analysis.

Описание и инструкция по использованию

Набор инструментов ArcPyStreamScape для ArcGIS Desktop содержит следующие инструменты:

• Stream Network Orders – инструмент автоматической оцифровки и порядковой классификации речной сети по цифровым моделям рельефа (ЦМР) на основе вариантов т.н. «функции инициации»;
• Ridgeline Network Orders – инструмент автоматической оцифровки и порядковой классификации сети водоразделов по ЦМР на основе авторского метода;
• Watershed Thickness Metrics – инструмент автоматического определения набора мер «толщины» речного бассейна.

Для того, чтобы работать с инструментами, клонируйте репозиторий или загрузите набор инструментов в виде ZIP-архива. Для загрузки инструментов единым архивом на странице репозитория на GitHub нажмите зелёную кнопку Code и в раскрывшемся меню выберите опцию Download ZIP, как показано ниже.

Когда архив будет загружен, распакуйте его в свою рабочую директорию. Для работы набора инструментов нужен файл *.tbx и папка scripts, причём они обязательно должны находиться в одной и той же директории.

Перед началом работы мы рекомендуем сделать следующее:

• Создать новый проект ArcGIS (*.mxd)
• Создать для этого проекта новую базу геоданных (*.gdb)
• Назначить созданную базу геоданных в качестве базы по умолчанию для проекта

Подготовка к работе

Поскольку набор инструментов всё ещё находится в режиме разработки, перед его использованием мы рекомендуем выполнить несколько подготовительных операций:

1. Создайте пустую папку для хранения материалов вашего проекта.

2. Создайте новый документ ArcMap (*.mxd) и расположите его в папке, созданной на шаге 1.

3. В папке проекта создайте новую базу геоданных (*.gdb).

   

4. Назначьте созданную базу геоданных базой по умолчанию для вашего документа карты. Для этого в панели Каталога нажмите на созданную базу геоданных правой кнопкой мыши и в контекстном меню выберите опцию Make Default Geodatabase. Эта база будет использоваться для хранения временных файлов, создаваемых в ходе работы инструментов.

   

5. (опционально) Переместите набор инструментов ArcPyStreamScape и исходные данные для расчёта в папку вашего проекта. Этот шаг не обязателен и не влияет на работоспособность инструментов, однако позволит упростить вам работу с ними.

На снимке экрана ниже показан вид проекта ArcGIS Desktop после выполнения всех предварительных шагов, включая опциональные. Обратите внимание на содержимое панели Каталога.

Работа с инструментом Stream Network Orders

Инструмент Stream Network Orders предназначен для автоматической векторизации и порядковой классификации речной сети по цифровым моделям рельефа (и, опционально, некоторым другим данным) на основе вариантов так называемых «функций инициации». В общем виде функция инициации выражается следующей формулой:

$$ a = \beta Q^m \Delta z^n $$

Здесь $Q$ — расход воды, $\Delta z$ — крутизна склона, $\beta$, $m$, $n$ — параметры, подбираемые путем калибровки, $a$ — результирующее значение функции. Все точки местности, для которых $a$ превышает некоторое пороговое значение, считаются относящимися к речной сети.

Простейший вариант функции инициации получается, если положить $\beta = 1$, $m = 1$ и $n = 0$, а также считать, что слой климатического стока одинаков по всей площади исследуемой территории. При таких допущениях расход воды $Q$ можно подменить (surrogate) на водосборную площадь $A$, которая и будет выступать в качестве функции инициации.

В инструменте Stream Network Orders реализованы следующие варианты функции инициации:

• Водосборная площадь (CATCHMENT AREA): $A$ ;
• Объём климатического стока (CLIMATIC_RUNOFF): $A(P-ET)$;
• Индекс напряжения сдвига по площади водосбора (SHEAR_STRESS_INDEX): $A^{0.5} \Delta z$;
• Индекс напряжения сдвига по объёму климатического стока (SHEAR_STRESS_ENERGY): $(A(P-ET))^{0.5} \Delta z$ – индекс напряжения сдвига (по объему климатического стока);
• Индекс энергии рельефа по площади водосбора (SLOPE_POWER_INDEX): $A \Delta z$;
• Индекс энергии рельефа по объёму климатического стока (COMPLEX_ENERGY_INDEX): $A(P-ET) \Delta z$.

Работа с инструментом Ridgeline Network Orders

Работа с инструментом Watershed Thickness Metrics

Overview and instruction manual

ArcPyStreamScape toolkit for ArcGIS Desktop

• Stream Network Orders is a tool for automatic digitization and order classification of the river network using digital elevation model (DEM) based on so-called “initiation functions”;
• Ridgeline Network Orders is a tool for automatic digitization and order classification of a watershed network using DEM based on the author’s method;
• Watershed Thickness Metrics is a tool for automatically determining a set of characteristics of the “thickness” of a river basin.

To work with the tools, clone the repository or download the toolset as a ZIP archive. To download the tools as a single archive, on the repository page on GitHub, click the green Code button and select the Download ZIP option from the drop-down menu, as shown below.

Once the archive is downloaded, unzip it into your working directory. The toolbox requires a *.tbx file and a scripts folder, and they must be located in the same directory.

Before you start, we recommend to do the following:

• Create a new ArcGIS project (*.mxd)
• Create a new geodatabase (*.gdb) for the project
• Set the created geodatabase as the default geodatabase for the project

Preparing for work

Since the toolbox is still in development, we recommend you to perform a few preparatory steps before using it.