基于DEM数据的河流提取

采用的是Windows窗体应用，本文仅提供主体代码。
算法思想：
1、读取数据，并采用BitMap格式进行可视化，高程越高，越接近白色
2、计算坡度值，并采用分层设色法可视化
3、河流提取
（1）首先进行填洼操作，本程序中采用了Moran和Vezina算法，首先用一极大高程水面将原始DEM数据表面淹没，然后通过迭代
去除 DEM上多余的水，最后得到的高程就是填洼后的高程。
（2）水流方向提取采用了D8算法
（3）汇水量计算，主要涉及到一个递归算法。

1、数据读取与可视化

//文件菜单中打开文件private void 打开OToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e){this.openFileDialog1.ShowDialog();if (this.openFileDialog1.FileName != ""){this.filename = this.openFileDialog1.FileName;}}//获取原始数据，并将DEM矩阵转换成位图BITMAP输出public void 原始数据绘图ToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e){//读取文件StreamReader streamReadfile = new StreamReader(this.filename);string data = streamReadfile.ReadToEnd();string[] strLine = data.Split('\n');//换行符分割字符串  NRows = Int32.Parse(this.textBox1.Text);NCols = Int32.Parse(this.textBox2.Text);//读取DEM数据，将高程值保存在二维数组中DEM = new double[NRows, NCols];string[] str1;int rgb;//寄存灰度int i; int j;int MaxBit = 2000;//最大高程值int MinBit = 0;   //最小高程值Bitmap Primary = new Bitmap(NRows, NCols, PixelFormat.Format32bppRgb);//文本数据转换成二维double数据{for (i = 0; i < NRows; i++){str1 = strLine[i].Split(',');for (j = 0; j < NCols; j++){DEM[i, j] = Convert.ToDouble(str1[j]);}}}//转换成BMP，高程值越大，颜色越趋向于白色{for (i = 0; i < NRows; i++){for (j = 0; j < NCols; j++){rgb = Convert.ToInt32(255 * (DEM[i, j] - MinBit) / (MaxBit - MinBit));Color pixelColor = Color.FromArgb(rgb, rgb, rgb);Primary.SetPixel(i, j, pixelColor);}}}//输出位图{Graphics g = this.CreateGraphics();g.DrawImage(Primary, 50, 60);g.Dispose();}}

2、坡度的计算

 //计算坡度，并用分层设色法输出private void 坡度toolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e){int cellsize = Int32.Parse(this.textBox3.Text); //获取数据分辨率double[,] Slope = new double[NRows, NCols];    //坡度矩阵double fx, fy; //x方向和y方向int i, j;//计算坡度{for (i = 1; i < NRows - 1; i++){for (j = 1; j < NCols - 1; j++){fx = (DEM[i - 1, j + 1] - DEM[i - 1, j - 1] + 2 * (DEM[i, j + 1] - DEM[i, j - 1]) + DEM[i + 1, j + 1] - DEM[i + 1, j - 1]) / (8 * cellsize);fy = (DEM[i + 1, j - 1] - DEM[i - 1, j - 1] + 2 * (DEM[i + 1, j] - DEM[i - 1, j]) + DEM[i + 1, j + 1] - DEM[i - 1, j + 1]) / (8 * cellsize);Slope[i, j] = Math.Atan(Math.Sqrt(fx * fx + fy * fy)) * 57.29578;//转换成角度制}}}Bitmap slope = new Bitmap(NRows - 2, NCols - 2, PixelFormat.Format32bppRgb); //slope为坡度位图//转换成BMP,用不同的颜色表示不同的坡度int red; int green; int blue;//RGB色彩表示法{for (i = 1; i < NRows - 1; i++){for (j = 1; j < NCols - 1; j++){if (Slope[i, j] < 2){ red = 56; green = 168; blue = 0; }else if (Slope[i, j] < 4){ red = 139; green = 209; blue = 0; }else if (Slope[i, j] < 6){ red = 255; green = 255; blue = 0; }else if (Slope[i, j] < 8){ red = 255; green = 180; blue = 0; }else if (Slope[i, j] < 10){ red = 255; green = 90; blue = 0; }else{ red = 255; green = 0; blue = 0; }Color pixelColor = Color.FromArgb(red, green, blue);slope.SetPixel(i - 1, j - 1, pixelColor);}}}//输出坡度图{Graphics g = this.CreateGraphics();g.DrawImage(slope, 650, 60);g.Dispose();}}

3、河流提取

        private void 河流提取toolStripMenuItem_Click(object sender,EventArgs e){int[,] river = Water(D8(Fill(DEM)));Bitmap River = new Bitmap(NRows, NCols, PixelFormat.Format32bppRgb);int Limit = Convert.ToInt32(this.toolStripComboBox1.Text);for (int i = 0; i < NRows; i++){for (int j = 0; j < NCols; j++){if (river[i, j] > Limit){Color pixelColor = Color.FromArgb(255, 255, 255);River.SetPixel(i, j, pixelColor);}}}//输出位图{Graphics g = this.CreateGraphics();g.DrawImage(River, 300, 200);g.Dispose();}}//填充洼地算法，采用的是Moran和Vezina算法public double[,] Fill(double[,]DEM){int H = 2000;//设置水面高度double[,] Fill = new double[NRows, NCols];//初始化for (int i = 0; i < NRows; i++){for (int j = 0; j < NCols; j++){if (i == 0 || i == NRows - 1 || j == 0 || j == NCols - 1){Fill[i, j] = DEM[i, j];}else{Fill[i, j] = H;}}}bool Y_N;//采用迭代思想，去除多余的水do{Y_N = false;for (int i = 0; i < NRows; i++){for (int j = 0; j < NCols; j++){if (Fill[i, j] > DEM[i, j]){for (int N = -1; N <= 1; N++){for (int M = -1; M <= 1; M++){if ((N != 0) || (M != 0)){if (Fill[i, j] > Fill[i + N, j + M] + 0.00000001){Fill[i, j] = Fill[i + N, j + M] + 0.00000001;Y_N = true;}if (DEM[i, j] >= Fill[i + N, j + M] + 0.00000001){Fill[i, j] = DEM[i, j];}}}}}}}} while (Y_N == true);return Fill;}//D8算法public int[,] D8(double[,] Fill){/*流向矩阵表示如下：6  7  85  K  14  3  2    *///Fill[,] 是经过无洼地处理后的带有高程值的矩阵,  Direction[,]是流向矩阵（用于最后输出）int[,] Direction = new int[NRows, NCols];  //水流方向矩阵//Direction、Water初始化为0for (int i = 0; i < NRows; i++)//初始化为0{for (int j = 0; j < NCols; j++){Direction[i, j] = 0;}}//解求Direction矩阵double L = Convert.ToDouble(this.textBox3.Text);for (int i = 1; i < NRows - 1; i++){for (int j = 1; j < NCols - 1; j++){double[] direction = new double[8];    //寄存高差                                             // 用高程差在List中的顺序表示数字指代的方向direction[0] = (Fill[i, j] - Fill[i, j + 1]) / L; direction[1] = (Fill[i, j] - Fill[i + 1, j + 1]) / (L * Math.Sqrt(2)); //1、2方向direction[2] = (Fill[i, j] - Fill[i + 1, j]) / L; direction[3] = (Fill[i, j] - Fill[i + 1, j - 1]) / (L * Math.Sqrt(2));//3、4方向direction[4] = (Fill[i, j] - Fill[i, j - 1]) / L; direction[5] = (Fill[i, j] - Fill[i - 1, j - 1]) / (L * Math.Sqrt(2)); //5、6方向direction[6] = (Fill[i, j] - Fill[i - 1, j]) / L; direction[7] = (Fill[i, j] - Fill[i - 1, j + 1]) / (L * Math.Sqrt(2));//7、8方向double max = direction[0];int NUM = 0;for (int n = 7; n >= 0; n--){if (direction[n] >= max){max = direction[n];NUM = n + 1;}}Direction[i, j] = NUM;}}return Direction;}//水量汇聚算法public int[,] Water(int[,] Direction){int[,] WATER = new int[NRows, NCols];for (int i = 0; i < NRows; i++){for (int j = 0; j < NCols; j++){WATER[i, j] = 0;}}for (int i = 1; i < NRows - 1; i++){for (int j = 1; j < NCols - 1; j++){WATER[i, j] = Cal(i, j, Direction, WATER);}}int Cal(int i, int j, int[,] dir, int[,] water){if (water[i, j] == 0){water[i, j] = 1;//中间点的情况,8方向if ((i < NRows - 1) && (i > 0) && (j < NCols - 1) && (j > 0)){if (dir[i, j + 1] == 5){ water[i, j] += Cal(i, j + 1, dir, water); }if (dir[i + 1, j + 1] == 6){ water[i, j] += Cal(i + 1, j + 1, dir, water); }if (dir[i + 1, j - 1] == 8){ water[i, j] += Cal(i + 1, j - 1, dir, water); }if (dir[i, j - 1] == 1){ water[i, j] += Cal(i, j - 1, dir, water); }if (dir[i - 1, j - 1] == 2){ water[i, j] += Cal(i - 1, j - 1, dir, water); }if (dir[i - 1, j] == 3){ water[i, j] += Cal(i - 1, j, dir, water); }if (dir[i - 1, j + 1] == 4){ water[i, j] += Cal(i - 1, j + 1, dir, water); }if (dir[i + 1, j] == 7){ water[i, j] += Cal(i + 1, j, dir, water); }}}return water[i, j];}return WATER;}

完整代码：
https://download.csdn.net/download/qq_45767140/20323976

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