基于山脊线的河流沿岸一重山划定方法研究

谢小华

（1. 福建省制图院，福建 福州 350003）

目前，关于“一重山”尚未有明确的定义。本文从空间角度出发，将一重山定义为以河流岸线为观察点，两侧岸线视线所及的第一座山的山体面之间的空间范围。

1 研究区概况与数据源

1.1 研究区概况

福建省位于我国东南沿海，下辖9 个设区市，陆地面积12.4 万km2。地形以山地丘陵为主，地势西北高、东南低，呈依山傍海态势，素有“八山一水一分田”之称。水系流域包括闽江、九龙江、敖江、晋江、汀江、龙江、漳江、木兰溪、萩芦溪、交溪、霍童溪、东溪等12个重点流域，以及鹿溪、闽东沿海诸河、闽东南沿海诸河等。

1.2 数据源

本文使用的数据包括水系、地貌、行政区、遥感影像，数据格式包括文本、矢量、栅格，主要来源于福建省水利厅、福建省自然资源厅、福建省测绘地理信息发展中心。数学基础统一采用2000国家大地坐标系，平面投影为高斯-克吕格投影，6°分带，中央经线117°E。对收集的数据进行坐标转换、数据拼接、空间配准等预处理，为一重山划定提供数据基础。数据源信息见表1。

表1 数据源信息表

2 技术路线

利用DEM 的水文分析方法提取山脊线，以防汛底图数据库为基础，结合DLG、三调数据库等，提取水利普查的干流、一级支流数据。根据《福建省水系流域分布图》、河流、山脊线、DEM 等数据，划分重点流域范围。最后以山脊线为基础，对重点流域内的干流、一级支流沿岸一重山进行划定。技术路线如图1。

图1 技术路线图

2.1 山脊线提取

目前，基于水文分析法提取山脊线被广泛应用，提取的山脊线整体性好[1-5]，且已集成在GIS 软件中。因此，本文采用水文分析方法对山脊线进行快速提取，并利用正地形进行纠正，从而提高山脊线位置的准确性[6]。技术流程如图2所示。

图2 山脊线提取技术流程图

1）二值化的汇流累积量提取。首先以原始DEM为数据源，先后提取无洼地DEM、水流方向、汇流累积量；然后利用栅格计算器，提取汇流累积量为零值的结果，并按默认窗口大小（3×3）进行邻域分析，使结果变得光滑连续；最后对邻域分析的结果进行重分类，提取二值化的汇流累积量。通过多次实验，设置重分类的断点为0.3，既保留了汇流累积量的大量信息，又去除了接近0值的汇流累积量。

2）正地形获取。利用正地形对二值化的汇流累积量结果进行纠正。邻域分析的窗口大小会直接影响正地形结果，从而影响山脊线的提取[7-8]。因此，本文设置窗口大小为3×3 到30×30，以窗口大小和其对应的均值DEM的平均高程值为样本，根据均值变点分析法[9]，计算离差平方和S、前后两段平均高程值的离差平方和之和Sk。利用SPSS 统计分析软件拟合窗口大小与S-Sk的变化曲线（如图3），找到曲线的突变点即最佳窗口大小为16。

图3 窗口大小与S-Sk 的变化曲线图

以原始DEM为数据源，设置邻域分析的窗口大小为16，先后计算得出均值DEM、概略DEM，并对概略DEM进行重分类，得到正地形。

3）山脊线提取。将二值化的汇流累积量与正地形相交，得到山脊线（栅格）。通过栅格转矢量、去小面、中心线提取等数据处理，提取山脊线（线），如图4 所示。从图中可以看出，提取的山脊线与地形一致，整体性好但存在一定的不连续性。

图4 山脊线叠加地貌晕渲图

2.2 河流数据获取

以防汛底图数据库的河流为基础数据，DLG和三调数据库的河流为辅，根据水利普查成果的河流名录和水系河流分布图，获取其对应的干流和一级支流的矢量数据，包括线要素和面要素。为了保证干流与重点流域一一对应，将水利普查成果中的一级支流汀江按照干流提取，其二级支流按照一级支流提取。

2.3 重点流域划分

根据《福建省水系流域分布图》，对重点流域范围进行矢量化，提取初始流域范围。以山脊线为基础数据，叠加已有资料的河流数据以及DEM、地貌晕渲图、等高线等地形地貌数据进行辅助判读，根据“流域边界原则上沿着山脊线提取、相邻流域之间的河网不相连”等要求，识别相邻流域的山脊线位置，对初始流域范围进行修改，从而划分重点流域范围。

2.4 河流沿岸一重山划定

以河流岸线为观察点，根据山脊线的形态特征以及DEM、地貌晕渲图、等高线等地形地貌数据进行辅助判读，根据划定原则识别一重山的山脊线位置，从而划定河流沿岸一重山。一重山划定原则与方法如表2。

表2 一重山划定原则与方法

3 结果与分析

遵循河流沿岸一重山划定原则，完成了福建省12个重点流域内共12条干流、174条一级支流沿岸一重山划定。以闽江一级支流泉际溪为例，展示一重山的划定结果，如图5 所示。由于三维场景更具真实性和直观性，因此本文基于DEM 数据，在ArcScene 软件中构建地形三维可视化模型，并在模型中浏览一重山数据，对其准确性进行验证。结果显示，一重山数据与三维模型相符合，基于山脊线的河流沿岸一重山划定方法可行。图6展示了泉际溪一重山的三维效果。

图5 泉际溪一重山划定结果图

图6 泉际溪一重山三维效果图

4 结 语

划定河流沿岸一重山是落实矿产资源监督和管理的重要内容，对我省流域水环境保护具有重要意义。本文以重点流域干流、一级支流为研究对象，基于DEM水文分析方法提取山脊线，以山脊线和地形地貌数据为基础，提取了重点流域和河流沿岸一重山数据，并对一重山数据进行准确性验证。划定的一重山可应用于矿产资源总体规划、非法违法采矿动态监测等，为矿产资源的源头管控、监督管理提供数据支撑。另外，本研究下一步可对山脊线提取、一重山划定原则等进行优化，使一重山划定更直观、准确。