Language
Country/Area
No result found
Чудеса компьютерных технологий: как автоматизировать разграничение водоразделов с использованием цифровых моделей рельефа?
Разграничение водосборного бассейна — это процесс определения границ водосборной площади, также обычно называемой водосборным бассейном, водосборным бассейном или речным бассейном. Это важный шаг во многих областях науки об окружающей среде, инженерии и управления, таких как изучение наводнений, водной среды обитания или загрязнения воды. Исторически разграничение водосборных территорий проводилось вручную на бумажных топографических картах географами, учеными и инженерами. Однако с использованием компьютеров и электронных данных, начиная с 1980-х годов, постепенно разрабатывались автоматизированные методы разграничения водосборных территорий, и в настоящее время эти методы широко используются.
Водосборный бассейн — это основная географическая единица в гидрологии, изучении движения, распределения и управления водой на Земле.
Современные автоматизированные методы определения границ водосбора в основном используют цифровые модели рельефа (DEM), которые представляют собой наборы данных, отражающие высоту поверхности Земли. Цифровое разграничение водоразделов выполняется с помощью специализированного программного обеспечения для гидрологических моделей, такого как WMS, или программного обеспечения географической информационной системы (ГИС), такого как ArcGIS или QGIS, или даже с использованием языков программирования, таких как Python или R, что значительно повышает эффективность.
История искусственного разграничения водоразделов
Традиционные методы разграничения водоразделов обычно рисуются вручную на бумажных топографических картах или с использованием прозрачных наложений. Исследователи используют датчики для оценки водосборных площадей или оцифровки результатов для использования в картографическом программном обеспечении. Даже в эпоху цифровых технологий разграничение водосборных бассейнов вручную остается полезным навыком для подтверждения правильности границ водосборных бассейнов, созданных с помощью программного обеспечения. По данным Геологической службы США, разграничение искусственных водоразделов состоит из пяти шагов:
<ол>При этом границы водосборной площади должны быть перпендикулярны проходящим контурам и не должны пересекать реки, за исключением мест водосбора. Хотя ручные методы более точны, они зависят от суждений аналитиков и в некоторых случаях могут потребовать выезда на места для подтверждения особенностей местности.
Преимущества автоматического разграничения водоразделов
Использование компьютерного программного обеспечения для определения водоразделов происходит намного быстрее, чем традиционные ручные методы, и результаты более последовательные, поскольку исключается субъективность. Автоматизированные методы разграничения водосборных площадей широко используются в научных и инженерных сообществах с 1980-х годов. В последние годы ученые использовали компьютерные методы для определения водосборных зон даже на Марсе.
При автоматическом определении границ водоразделов используются цифровые данные о местности для расчета направления и совокупного потока воды с помощью цифровых моделей рельефа (DEM).
Существует два основных способа получения цифровых моделей рельефа. Первый из них заключался в сканировании и оцифровке бумажных топографических карт, а теперь все чаще используется технология дистанционного зондирования с воздуха или спутников. Чтобы получить надежные результаты разграничения водосбора, цифровую модель рельефа сначала необходимо обработать или «настроить» для заполнения впадин и расчета направления потока и совокупного расхода воды.
Разработка программных инструментов
На языке FORTRAN появилось специализированное программное обеспечение для разграничения водосборных бассейнов, такое как CATCH и DEDNM. Благодаря использованию географических информационных систем (ГИС) и программного обеспечения для гидрологического моделирования инструменты разграничения водоразделов были интегрированы во многие популярные программы ГИС, такие как ArcGIS, QGIS и GRASS GIS. Существуют также независимые программы разграничения водосборных бассейнов, такие как TauDEM, а также ряд инструментов веб-сайтов для конкретных регионов, которые предоставляют дополнительные функции, такие как статистика стока и анализ качества воды.
В процессе автоматизации, например, в алгоритмах расчета расхода, таких как D8 и D∞, выбор между различными алгоритмами также влияет на точность результатов.
Несмотря на замечательную эффективность электронного разграничения водоразделов, эти методы не всегда точны, поскольку ошибки могут возникать из-за таких проблем, как точность и разрешение цифровых данных о местности. Кроме того, многие учреждения по-прежнему подчеркивают, что автоматические результаты необходимо проверять, чтобы убедиться в их точности.
Поскольку мы приближаемся к автоматизированному будущему, как мы можем гарантировать, что получаемая нами информация действительно будет полезна для управления окружающей средой?
