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コンピュータ技術の驚異：デジタル標高モデルを使用して流域の境界線の設定を自動化する方法
集水域の境界設定は、流域（集水域、排水域、河川流域とも呼ばれる）の境界を特定するプロセスです。これは、洪水、水生生息地、水質汚染の研究など、環境科学、工学、管理の多くの分野において重要なステップです。歴史的に、流域の境界線の設定は、地理学者、科学者、技術者によって紙の地形図上で手作業で行われてきました。しかし、コンピューターと電子データの使用により、流域の境界線を定める自動化手法が 1980 年代から開発され、現在では広く使用されています。
流域は、地球上の水の動き、分布、管理を研究する水文学における基本的な地理的単位です。
現在の自動流域境界画定法では、主に地球表面の高さを表すデータセットであるデジタル標高モデル (DEM) が使用されます。 WMS などの専門的な水文学モデリング ソフトウェア、または ArcGIS や QGIS などの地理情報システム (GIS) ソフトウェア、さらには Python や R などのプログラミング言語を使用したデジタル流域の描写により、効率が大幅に向上しました。
人工流域区分の歴史
流域を区切る従来の方法は、多くの場合、紙の地形図に手作業で描いたり、透明なオーバーレイを使用して行ったりします。研究者はメーターを使用して流域の面積を推定したり、マッピング ソフトウェアで使用するために結果をデジタル化したりします。デジタル時代においても、手作業による流域境界の描画は、ソフトウェアによって生成された流域境界が正しいことを確認するための有用なスキルであり続けています。米国地質調査所によると、人工流域の境界を定めるには 5 つのステップがあります。
<オル>このプロセス中、集水域の境界は通過する等高線に対して垂直である必要があり、排出地点を除いて川を横切ってはなりません。手動による方法はより正確ですが、アナリストの判断に左右され、場合によっては地形の特徴を確認するために現地訪問が必要になることがあります。
流域境界の自動設定の利点
コンピュータ ソフトウェアを使用した流域境界の描画は、従来の手動の方法よりもはるかに高速であり、主観性が排除されるため、結果の一貫性も高まります。自動流域境界線描画法は、1980 年代から科学界や工学界で広く使用されてきました。近年、科学者たちはコンピューター手法を応用して火星の水源地を描写している。
自動流域境界画定では、デジタル地形データを使用して、デジタル標高モデル (DEM) を通じて流れの方向と累積流量を計算します。
デジタル標高モデルを取得するには、主に 2 つの方法があります。最も古い方法は、紙の地形図をスキャンしてデジタル化するものでしたが、現在では主に航空または衛星リモート センシング技術を使用しています。信頼性の高い流域描写結果を得るには、まずデジタル標高モデルを処理または「調整」して窪みを埋め、流れの方向と累積流量を計算する必要があります。
ソフトウェアツールの開発
CATCH や DEDNM など、FORTRAN から生まれた流域境界画定用の専用ソフトウェア。地理情報システム (GIS) と水文学モデリング ソフトウェアを使用することで、流域区分ツールは ArcGIS、QGIS、GRASS GIS などの多くの一般的な GIS ソフトウェアに統合されています。 TauDEM などのスタンドアロンの流域描写プログラムや、流量統計や水質分析などの追加機能を提供する地域固有の Web サイト ツールも多数あります。
D8 や D∞ などの流れ方向計算アルゴリズムなどの自動化プロセスでは、異なるアルゴリズムの選択も結果の精度に影響します。
電子的な集水域区分は効率性が非常に高いものの、デジタル地形データの精度や解像度などの問題からエラーが発生する可能性があるため、これらの方法は必ずしも正しいとは限りません。さらに、多くの組織では、自動化された結果をチェックしてその正確性を検証する必要があると依然として強調しています。
自動化された未来に向かって進むにつれて、私たちが得る情報が環境の管理に実際に役立つことをどのように保証できるでしょうか?
