第14章 - 地形与水文分析

地形是所有”从地面往上算”的分析的底座：坡度、坡向、山体阴影是它的导数，视域是它的可见性，河网与流域是它的汇流结构。GeoLibre 把这一整条链路拆成两层——GeoLibre Toolbox → Raster 里那十几个向导式工具，与 Whitebox Toolbox 里上千条 WASM 工具中的 Terrain / Hydrology 两族。

本章基于 GeoLibre 3.4。地形与水文工具的参数名全部来自仓库内的 whitebox-catalog-snapshot.json（本机快照 775 条工具）与 packages/processing/src/raster-tools.ts；视域部分另外对照 packages/processing/src/terrain-viewshed.ts。菜单路径与控件名保留英文原文。

14.1 DEM 数据入口

14.1.1 六条入口

DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）在 GeoLibre 里不是一个特殊的图层类型——它就是一张单波段的栅格。所以”哪里能拿到 DEM”这个问题，答案等于”哪里能拿到栅格”。

还有一类容易漏掉：地形底图。Controls → Terrain 打开的三维地形用的是 Terrarium 地形瓦片，它不是一个图层，但右键 Quick analysis → Viewshed from here 会自己去拉同一套瓦片——不需要你先加载 DEM，也不需要开着三维地形。

14.1.2 Download Global DEM 的确切参数

这个工具挂在 GeoLibre Toolbox → Raster 子菜单的最上面，但它打开的是 Whitebox Toolbox 对话框，工具 id 是 download_global_dem，参数只有两个：

数据源是公开的 AWS Terrain Tiles，瓦片模板为：

https://s3.amazonaws.com/elevation-tiles-prod/geotiff/{z}/{x}/{y}.tif

实现里写死了四个限制，直接决定”能下多大一块地”：

工具会从 12 级往下试，选第一个瓦片数不超过 64 的级别。所以框选范围越大，拿到的分辨率越粗——这不是 bug，是”浏览器内存安全”的设计。范围过大时会报 The selected extent is too large to download in the browser.

注意：这个工具不写文件，它把拼接裁剪后的栅格直接放进内存、加成地图图层。要留档，用图层的 Export → GeoTIFF (COG)（见 第06章 图层管理与地图控制）。

14.1.3 COG 为什么值得单独说

大范围 DEM 直接当普通 GeoTIFF 加载，会把整个文件读进内存。COG（Cloud-Optimized GeoTIFF）用 HTTP Range 请求按块读取，只取当前视口需要的部分。GeoLibre 的栅格渲染器、物方分析工作台（OBIA）、以及 Whitebox WASM runner 都能读 COG 的 URL。

实际差别：一个 2 GB 的 30 m 全国 DEM，当 COG 挂上去，第一次渲染只需要几百 KB；当普通 GeoTIFF 挂上去，先等两分钟下载完再看。

提示：自己转换用 Processing → GeoLibre Toolbox → Conversion → Raster to COG。它有客户端引擎，浏览器里也能跑，不需要 sidecar。

14.1.4 分辨率怎么选

Whitebox 的 Hydrology 工具对分辨率很敏感：extract_streams 的 threshold 是汇流累积像元数，换分辨率必须重设阈值，不能沿用。

14.2 地形产品：山体阴影、坡度、坡向、曲率、粗糙度

14.2.1 三条实现路径

同一件事，GeoLibre 提供了三个入口，参数名和默认值并不完全一样：

前三个（Hillshade、Slope、Aspect）都有客户端引擎，所以纯浏览器版也能用，这是它们和 Contour / Clip by mask layer 的关键区别。

14.2.2 Hillshade：两个默认值不一样

hillshade 的成品是灰度晕渲图。两套实现的参数对比如下：

注意：altitude 的默认值差了 15°。45° 是”柔和、细节均匀”的取舍，30° 是”低角度、强调微地形”的取舍。做地形起伏夸张的晕渲选 30，做基础底图选 45。切换入口时不要以为参数被记住了。

光照方位角的惯例值得解释一句：315°（西北）配 45° 高度角能产生”山脊朝左上、阴影朝右下”的视觉效果，人眼习惯把这种图解读为凸起；反过来（光源在东南）同一份 DEM 会被看成凹陷。所以别把 azimuth 改成 135 然后抱怨地形反了。

出图组合：晕渲图放在彩色图层（如高程分色或坡度分色）下面，把上面那层的混合模式设成 Multiply。这比降低不透明度好——不透明度会让两个图层都发灰，Multiply 让颜色透出来而地形细节保留。

14.2.3 Slope：单位是必选项

slope 的参数只有三个：

GeoLibre Raster 工具的 Slope 面板里同样是 Units（Degrees / Percent）与 Z factor 两项（Whitebox slope 的 units 还接受 radians，Raster 面板未暴露该选项；需要弧度时从 Whitebox 工具箱运行）。两种单位的换算关系不需要背：

percent = tan(degrees × π / 180) × 100
degrees = atan(percent / 100) × 180 / π

工程判断：坡度用于工程计算（土方、侵蚀、可建性）时用 percent，因为它们是线性可加的；用于制图或分级展示时用 degrees，因为人类对角度有直觉。45° = 100%。

14.2.4 Aspect：为什么它没有 z_factor

aspect 输出的是最陡下降方向的罗盘方位（0–360°，0/360 为北）。GeoLibre Raster 工具的 Aspect 参数列表是空的——源码注释直接给出了原因：

// Aspect is a direction, so a z_factor would have no effect on the result.
parameters: [],

这句话的推理值得记住：z_factor 是沿高程轴的线性缩放，它改变坡度的大小，但不改变坡面朝哪个方向倒。所以任何只关心”方向”的派生产物都不需要 z_factor。

Whitebox 目录里的 aspect 仍然保留了 z_factor 参数（默认 1），填别的值不会报错，但结果不会变。这是两套实现的一处不对称，不必当成 bug。

14.2.5 曲率族：一次搞清十几种

曲率描述”坡面弯曲的方式”，是水文与地貌分析里最容易被名字搞混的一族。Whitebox 把它们全放在 Terrain - Derivatives 分类下：

实际用得最多的只有四个：plan（水流发散）、profile（水流加速）、mean（总体凹凸）、gaussian（鞍部识别）。其余多为地貌学研究用。

plan_curvature 与 profile_curvature 的参数一致：input、z_factor（默认 1）、log_transform（默认 false）。

提示：曲率的量纲是 1/长度，数值极小（常见 ±0.001 量级）。直接做色带会全是中间色。要么开 log_transform，要么在 Style 面板里手工把色带的 min/max 设到实际数据范围的 5%–95% 分位。

14.2.6 粗糙度族

“粗糙度”不是单一指标，Whitebox 给了一组：

这一族里只有 ruggedness_index 没有可调窗口（input + output）；standard_deviation_of_slope 带 filter_size（默认 11）与 z_factor（默认 1），edge_density、average_normal_vector_angular_deviation、spherical_std_dev_of_normals 也各有 filter_size，circular_variance_of_aspect 的窗口参数名为 filter（默认 11）。想控制尺度，改窗口或先重采样 DEM。

14.2.7 一条推荐的制图流水线

1. Slope（degrees）→ 用色带渲染，作为主视觉。
2. Hillshade（azimuth 315、altitude 45）→ 叠加在上一步下面，上面那层设 Multiply。
3. Controls → Colorbar 打开色标，让读图的人知道颜色对应多少度。
4. 需要更”专业”的观感时，改用 hypsometrically_tinted_hillshade（Hypsometrically Tinted Hillshade）——它把高程分色和晕渲一步合成，参数有 solar_altitude（默认 45）、hillshade_weight（默认 0.5）、brightness（默认 0.5）、atmospheric_effects（默认 0）、palette（默认 atlas）、reverse_palette、full_360_mode、z_factor。

14.3 等高线生成与标注

14.3.1 GeoLibre Raster → Contour

Processing → GeoLibre Toolbox → Raster → Contour。它没有客户端引擎，必须走 rasterio sidecar，也就是桌面版（或带 sidecar 的部署）。

输出是 GeoJSON 矢量图层（不是栅格），可以直接用图层菜单导出成 GeoPackage / Shapefile。

14.3.2 Whitebox → Contours From Raster

如果不想开 sidecar，Whitebox 目录里的 contours_from_raster 是 WASM 的，参数更多也更可调：

两个实现在语义上一致（等高距 + 起始高程），差别是 Whitebox 版多了平滑与简化两个”出图友好”的旋钮。

14.3.3 等高距怎么定

等高距不是随便填的，它取决于 DEM 分辨率与出图比例尺：

一个经验法则：等高距不小于 DEM 垂直精度的 2 倍。SRTM 的垂直精度约 ±16 m，所以拿 SRTM 出 5 m 等高距是在画噪声。

14.3.4 标注

等高线标注不能在生成阶段做——Contour 工具只产出几何和高程字段。标注走图层样式：

1. 选中等高线图层，打开 Style 面板。
2. 添加一个基于 elev 字段的 label（符号标注）。
3. 标注位置用 line placement（沿线放置），避免压在节点上。
4. 只标计曲线（每 5 条加粗的那种）：用 Select by value 或 SQL 过滤 elev 能被「interval 乘 5」整除的要素，另存一层专门标注。

注意：等高线密集区标注必然重叠。要么按比例尺分段出图（分幅），要么只在计曲线上标注。

14.4 视域与通视分析

14.4.1 右键快捷入口（最快的一条路）

右键地图 → Quick analysis → Viewshed from here 提供三个半径预设：2 km、5 km、15 km。

结果是一个 RGBA 覆盖层：可见像元涂半透明绿（默认颜色 [56, 189, 108]、alpha 110），其余完全透明——这样底图影像还能看清。

14.4.2 底层是怎么算的

理解实现有助于判断结果可不可信。整条链路在 terrain-viewshed.ts 里。

第一步，拼 DEM。 从 Terrarium 瓦片解码高程：

export function decodeTerrariumElevation(r: number, g: number, b: number): number {
  return r * 256 + g + b / 256 - 32768;
}

Terrarium 把高程打包成「R 乘 256 加 G 加 B/256，再减 32768」，覆盖 −32768 到 +32768 m，精度 1/256 m。瓦片是 256 px，最高 15 级。

第二步，定瓦片级别。 目标是让分析方格边长约 512 像元（TARGET_GRID_SPAN）：

export function zoomForRadius(radiusMeters: number, lat: number): number {
  const resolutionAtZoom = (z: number) =>
    (156543.03392 * Math.cos((lat * Math.PI) / 180)) / Math.pow(2, z);
  const wanted = (radiusMeters * 2) / TARGET_GRID_SPAN;
  for (let z = TERRARIUM_MAX_ZOOM; z >= 0; z -= 1) {
    if (resolutionAtZoom(z) >= wanted) return z;
  }
  return 0;
}

第三步，逐格走视线。 对每个目标格，从观察者到它走一条直线，记录沿途的最大坡度；目标格的坡度超过沿途所有坡度才算可见——这是标准的 R3 式视线算法。

复杂度是 O(n³)（n² 个格子，每条最多 n 步）。512 的边长意味着上亿次内层迭代，所以它必须在 Web Worker 里跑，否则标签页会卡死几秒。computeViewshedAsync 做的就是这件事，Worker 不可用时退化成同线程同步算。

边界常量：

瓦片下载失败时，那些格子高程按 0 处理而不是整体失败——一次网络抖动应该让视域”有缺口”，而不是让功能看起来坏掉。

14.4.3 它不建模什么

这是本节最该记住的部分，源码注释写得很坦白：

• 地球曲率不建模。 50 km 半径上曲率下沉约 180 m——做无线电通视研究时这是决定性的，做”从这个观景台能看到什么”时无关紧要。
• 大气折射不建模。
• DEM 是全局概化模型，不是测量级 DEM。
• 格子的南北向像元高度在整张网格上取单一常数，所以高纬度的一个高瘦方格会有轻微南北拉伸——但在这个半径上限内误差远小于一个像元。

要严格分析，用 Processing → Whitebox Toolbox → Terrain - Visibility → Viewshed，它吃你自己的 DEM 和你自己的站点矢量文件。

14.4.4 Whitebox Viewshed：严格版

差别一目了然：快捷入口把观察点写死成”你点的那一个点、1.8 m”；Whitebox 版接受一个站点图层（可以有很多个点）和任意视高（可以是 30 m 的塔、2 m 的人、10 m 的树冠）。

它输出的是栅格（可见为 1，不可见为 0），不是彩色叠加层——所以你可以对它做 Zonal statistics、Polygonize，或者和别的栅格做布尔运算。

14.4.5 通视与视域的区别

右键 → Quick analysis 里还有一个 Line of sight（通视）项，它和视域是两件事：

最后一行是个真实约束：源码用 rendererCapabilities(primaryRenderer).nativeMapInstance 做门控。切到 Cesium 或 ArcGIS 主渲染器时，这个菜单项不可用。

14.5 地形夸张与三维地形

14.5.1 开关与夸张系数

Controls → Terrain 是一个开关，打开即把地图变成跟随高程的三维地形。双击这个控件可以设置垂直夸张系数（vertical exaggeration）——没有独立的对话框，双击是唯一入口。

注意：夸张系数只影响显示，不影响任何分析工具算出来的数值。坡度、视域、汇流全都按真实高程算。别拿三维视图的”看起来有多陡”当分析结果。

14.5.2 三维地形与量测

打开 Terrain 后，Controls → Measure 面板会多出一段 Terrain (3D)：

• 距离量测会沿地表起伏累加，而不是水平直线距离。
• 没有可用高程数据时这一段自己隐藏——注意隐藏的只是这一段，方位角那几行仍然显示，因为方位角是纯几何，不需要 DEM。

14.6 水文分析全链路

14.6.1 为什么第一步必须是填洼

DEM 里的”洼地”（depression / sink / pit）有两个来源：真实地形（喀斯特、冰川湖）与数据噪声（雷达测高的相位误差、插值伪影）。

D8 流向算法给每个像元指一个唯一的下游邻居。一旦遇到一个四周都比自己高的像元，它就无路可走——流向为空，汇流累积在那里断掉，河网被截成碎片，流域边界漏成筛子。

所以标准链路的第一步永远是填洼（fill）或破洼（breach）：

警告：不要跳过填洼直接算流向。结果不会报错——它会给你一个看起来像河网、但支流断成一节一节的东西。这是水文分析里最常见、也最难自查的错误。

14.6.2 完整链路

DEM
 └─▶ fill_depressions          填洼（fix_flats 顺带处理平地）
      └─▶ d8_pointer           D8 流向（每像元指一个下游）
           ├─▶ d8_flow_accum   汇流累积（上游像元计数）
           │    └─▶ extract_streams      按阈值提取河网栅格
           │         ├─▶ strahler_stream_order    Strahler 分级
           │         ├─▶ stream_link_identifier   河段（link）编号
           │         │    ├─▶ stream_link_length   河段长度
           │         │    ├─▶ stream_link_slope    河段比降
           │         │    └─▶ stream_link_class    河段类别
           │         ├─▶ subbasins               子流域（按河段切分）
           │         ├─▶ hillslopes              坡面单元（河道之间的坡地）
           │         └─▶ raster_streams_to_vector  河网转矢量
           └─▶ basins              全流域（每个出口一个）

14.6.3 每一步的确切参数

以下全部来自 whitebox-catalog-snapshot.json 原文，参数名可以直接抄进对话框。

第一步 Fill Depressions（fill_depressions）

fix_flats 默认开着，因为填洼会产生大片完全水平的平地，而 D8 在平地上无法定向。garbrecht_martz 是经典的平地排水算法；natural 会保留更自然的地面纹理。

第二步 D8 Pointer（d8_pointer）

esri_pntr 是编码方式的开关：关掉用 Whitebox 自己的方向编码，打开用 Esri 的 1/2/4/8/16/32/64/128。如果下游工具也要读这个指针，两边的 esri_pntr 必须一致——这是这条链路上最隐蔽的一个坑。

第三步 D8 Flow Accum（d8_flow_accum）

input_is_pointer 是最容易漏的参数：填 false 时工具把 input 当成 DEM，自己先算一遍流向；填 true 时才把它当成上一步的指针。传入了 d8_pointer 的输出却忘了置 true，会得到一个莫名其妙的累积面。

out_type 默认 sca（specific catchment area，比汇水面积），另一选择是像元计数（cells）。extract_streams 的阈值是按像元数定的，所以如果 out_type 用了 sca，阈值含义就完全不同——两个参数必须一起考虑。

第四步 Extract Streams（extract_streams）

threshold 没有默认值，这是有意的——它必须由你根据分辨率与研究区降雨特征来定。经验起点：

这只是起点。判断标准是拿提取出的河网去叠真实水系图，调到能对上主要支流为止。

第五步 河网分级

所有分级工具都带 esri_pntr（默认 false）与 zero_background（默认 false），且都要求指针与河网来自同一次填洼链路。

第六步 流域划分

watershed 之前几乎总要跑 snap_pour_points：你手上那个水文站坐标是经纬度，落在汇流累积的低值处（也就是坡上），不吸附过去会得到一个荒谬的小流域。snap_dist 是搜索半径，单位是像元数，不是米。

14.6.4 在界面上跑完这条链

路线 A：Whitebox Toolbox（WASM，推荐）

1. Processing → Whitebox Toolbox。
2. 搜索框输入 fill_depressions，选中，表单里 dem 选你的 DEM 图层，Run。
3. 拿到输出图层后，搜索 d8_pointer，dem 选上一步的输出，Run。
4. 搜索 d8_flow_accum，input 选指针图层，把 input_is_pointer 勾上，按需设 out_type，Run。
5. 搜索 extract_streams，flow_accumulation 选累积图层，填 threshold，Run。
6. 搜索 strahler_stream_order，d8_pntr 选第三步的指针、streams 选第五步的河网，Run。
7. 需要矢量河网时再跑 raster_streams_to_vector。

每一步的输出都是 Cloud Optimized GeoTIFF，直接加成图层。

路线 B：Model Builder 串成一张图

把上面六步拖成一条链，就是第 13 章讲过的那种栅格模型。好处是换 DEM 只改一个 Input。注意 extract_streams 的 threshold 是必填且无默认，模型里必须显式填一个数。

路线 C：sidecar

Whitebox Toolbox 里取消勾选 Run locally (WASM)，改走 Python sidecar。差别是 sidecar 能读写原生文件路径，所以可以处理磁盘上一整个目录的 DEM，也能写出比浏览器内存允许的更大的中间结果。

14.6.5 流向算法的选择

D8 只是众多流向算法之一，Whitebox 提供了完整的一族：

选型建议：只有一条链路要交付、且只需要河网和流域，就用 D8（后续所有分级工具都是 D8 的）。需要模拟坡面漫流、土壤流失、污染扩散这类”不该只有一条路”的过程，用 D-infinity。不确定就先 D8，它是这个目录里工具链最完整的一族。

另外还有两个现成的封装工具可以直接用：

• flow_accum_full_workflow（Flow Accum Full Workflow）——一次完成填洼、流向、累积。
• minimal_dispersion_flow_algorithm（Minimal Dispersion Flow Algorithm）——以最小离散度为目标的流向。

提示：第一次做水文，用 flow_accum_full_workflow 比手工串四步快得多，而且它内部保证了 esri_pntr 一致。等确认结果合理，再拆成显式步骤以便调参。

14.7 USGS NLDI 工作流

前面的水文分析都是”从 DEM 算出来”的。NLDI 走的是另一条路：从已有的国家水文数据集中查出来。两者互补——DEM 给的是地表形态，NLDI 给的是官方水系编号与站点。

14.7.1 入口与三种追踪模式

Plugins → Web Services → USGS NLDI。

1. 选追踪模式：Complete flowline（完整河段）、Upstream only（仅上游）、Downstream only（仅下游）。
2. 在地图上点一个点。

插件调用 NLDI 的 nldi-flowtrace 过程，把返回的 NHD 河段画成蓝色；当点击点不在河段上时，还会用基于高程的 raindropPath 画成橙色；点击点本身标红色。

14.7.2 从点到流域

追踪之后，GeoLibre 会对该坐标调用 NLDI 的 hydrolocation，拿到 COMID（河段的唯一编号）。有了 COMID：

1. Basin from hydrolocation 请求简化的上游流域。
2. 在导航区填一个公里数（搜索半径），点 1. Load sources & plot navigation 加载可用的目录列表。
3. 从列表里选要画的图层，点 Plot another navigation layer。

可选的导航目录包括：

导航结果（河段与点）统一画成紫色。

这是一条链式工作流：地图点 → hydrolocation → COMID → 流域或导航请求 → 渲染。每一步的输入都是上一步的输出，中间没有一个需要你手工填的 id。

14.7.3 结果导出与落地

导出文件里每类结果靠 _nldiLayer 属性区分。这一点很实用：一次导出里混着五类几何，用 SQL 或 Select by value 按 _nldiLayer 拆开就行。

Add rendered results 与导出有一个关键区别：复制进图层栈的图层留在项目里，即使之后清掉了临时的 NLDI 地图叠加也还在。

14.7.4 服务依赖

插件用的是公开服务 https://api.water.usgs.gov/nldi。两个前提：

1. 需要网络。
2. 该服务的 CORS 策略必须放行——这是浏览器直连的固有限制，不是 GeoLibre 的问题。企业网络代理掉 USGS 时，这个插件会整体不可用。

14.8 参数选择：Z 因子、单位、投影

14.8.1 Z 因子到底在改什么

Z 因子是高程方向的线性乘数。它改变的是”高程差相对于水平距离的比值”，也就是坡度。

警告：拿调高的 Z 因子去算坡度再去做工程判断，是本章最容易造成实际损失的错误。Z 因子只在制图风格里用得着；分析时它必须反映真实单位。

14.8.2 单位：坡度百分比与角度

已见 14.2.3。补充一个易错点：Whitebox 的 slope 与 GeoLibre Raster 工具的 Slope 默认值都是 degrees，但有些工程规范要求 percent。导出前确认一下字段值的范围——如果最大值是 90 左右，那是角度；如果是几百，那是百分比。

14.8.3 投影：这是最重要的一节

所有地形与水文计算都假设像元是正方形且边长为常数。 这个假设只在投影坐标系里成立。经纬度（EPSG:4326）里：

• 1 度纬度约 111.32 km（各处基本一致）。
• 1 度经度约 111.32 乘 cos(纬度) km（随纬度剧烈变化）。

在纬度 40 度处，一个 1 度见方的像元实际上是 111 km 乘 85 km 的矩形。坡度按”高差除以像元数”算出来会偏大近 30%，而且偏的方向随坡向变化——东西向坡和南北向坡的误差不一样。

正确做法：

1. 先把 DEM 重投影到适合研究区的投影坐标系，例如 UTM、Albers 等积投影、或中国常用的 CGCS2000 高斯-克吕格分带。
2. 重投影后确认像元是正方形（X/Y 分辨率相等）。
3. 再跑坡度、坡向、曲率、水文分析。

Processing → GeoLibre Toolbox → Raster → Reproject（需要 sidecar），或 Whitebox 的投影类工具。

注意：Web Mercator（EPSG:3857）不能用于面积与距离计算。它是为切片显示设计的，高纬度面积夸张可达数倍。地图画布用它没问题，但喂给 slope 就是错的。

14.8.4 一个速查表

14.9 结果验证与常见错误

14.9.1 六个必做的验证动作

14.9.2 十个常见错误

14.9.3 NoData 的处理

DEM 的 NoData 常常是 -9999、-32768 或 NaN。这些值一旦参与运算：

• 坡度会在边界炸出极端值。
• 填洼会把 NoData 当成深坑，整片被填。
• 视域会把 NoData 当成海平面。

处理顺序：加载后第一件事是确认 NoData 值（图层 Metadata），必要时用 fill_missing_data（Fill Missing Data，Terrain 分类），或先裁掉边界。Whitebox 工具一般会尊重输入的 NoData 元数据，但从别处转来的 GeoTIFF 常常丢了这一项。

14.10 两个完整案例

14.10.1 案例一：小流域河网与子流域提取

目标：给一个约 200 km² 的山区流域，产出河网矢量、Strahler 分级、子流域面。

准备：

1. 取 30 m DEM（Copernicus DEM 或 SRTM），确认覆盖完整流域并外扩一圈（流域边界要靠分水岭，边缘截断会导致出口不唯一）。
2. Reproject 到该区域的 UTM 带（见 14.8.3）。
3. 确认像元是正方形：X/Y 分辨率相等，且 CRS 单位是米。

链路（Whitebox Toolbox，WASM）：

结果验证（照 14.9.1 全走一遍）：

• 汇流累积出口值等于流域总像元数（cells 模式）。不等说明 DEM 边缘被截断，或填洼把水引到了别处。
• 河网密度落在 0.5–2 km/km²。
• 子流域面积之和等于流域总面积（误差小于 1%）。
• 把河网叠到影像上，主河道必须落在真实谷底。

导出：

1. 河网矢量层，图层菜单 Export，选 GeoPackage 或 FlatGeobuf。
2. 子流域面层，同上。
3. 需要给同事看的三维化产品，用 Export → GeoTIFF (COG)。

提示：这套链路在 Model Builder 里可以一次搭好（见第 13 章的栅格链结构），换流域只改 Input 的 Source layer。但 threshold 必须跟着分辨率改——模型里写死的是个数，不是物理面积。

14.10.2 案例二：观景点视域与通视分析

目标：评估一个观景台能看到多大范围，以及它能不能看到对面山头的塔。

A. 快速判断（2 分钟）

1. 把地图移到观景台位置，缩放到 1–2 km 尺度。
2. 右键 → Quick analysis → Viewshed from here，先选 2 km。
3. 等几秒（瓦片要下载）。结果图层 Viewshed (2 km) 出现。
4. 把该图层透明度调到 50% 左右，叠在影像上看覆盖。
5. 换 5 km、15 km 各跑一次，对比覆盖范围的增长是否合理。

B. 通视判断

1. 右键观景台，Quick analysis → Line of sight（前提：主渲染器是 MapLibre）。
2. 点击塔的位置。
3. 视线会被画出；沿途遮挡处会被标注。

C. 严格分析（用自有 DEM）

1. Add Data → Raster Layer 加载 1 m 或 5 m 的 LiDAR 派生 DEM。
2. 新建一个点图层（或用 Add Data → Delimited Text Layer 从 CSV 导入），放观景台坐标。
3. Processing → Whitebox Toolbox，搜索 viewshed。
4. input 选 DEM 图层；stations 选观景台点图层；height 填 1.8（人眼高度；若观景台有栏杆平台，用 1.8 加平台高度）。
5. Run。得到可见性栅格（1/0）。
6. 把这层叠到 DEM 晕渲上，用 Reclassify 把 0/1 映射成”不可见/可见”两色。
7. 想看面积：Zonal statistics（sidecar），或在 SQL 里按像元面积求和。

两种方法的结论应该大致一致。如果不一致，优先信 C——它用的是你自己的 DEM 和明确的视高，而 A 用的是全局概化瓦片和写死的 1.8 m。

D. 三条容易忽略的注意点

14.11 本章小结

• DEM 在 GeoLibre 里就是单波段栅格，六条入口：本地文件、COG URL、Download Global DEM、STAC Layer、Planetary Computer、Earth Engine。三维地形底图（Terrarium 瓦片）不是图层，但视域快捷入口会用同一套瓦片。
• Download Global DEM：参数只有 bbox（west,south,east,north）与 bbox_crs（只接受 4326）；瓦片 512 px、最高 12 级、单次最多 64 块、纬度硬边界正负 85.051129。范围越大分辨率越粗。
• 地形产品两条路径：GeoLibre Toolbox → Raster（Hillshade / Slope / Aspect 有客户端引擎）与 Whitebox Toolbox（WASM）。Hillshade 的 altitude 默认值不同：GeoLibre 是 45，Whitebox 是 30。
• Aspect 没有 z_factor——方向不受高程缩放影响。曲率族有近二十个工具，常用的只有 plan / profile / mean / gaussian 四个。
• Contour 在 GeoLibre 侧需要 sidecar；Whitebox 的 contours_from_raster 是 WASM，多了平滑与简化两个旋钮。等高距应不小于 DEM 垂直精度的 2 倍。
• 视域有两条路：右键 Quick analysis（Terrarium 瓦片、观察者 1.8 m、2/5/15 km 预设、输出图像叠加层）与 Whitebox viewshed（自有 DEM 加站点图层加自定义视高、输出 1/0 栅格）。前者不建模曲率与折射，后者是严格版。
• 快捷视域的半径硬边界是 100 m 到 50 km，算法是 O(n³) 的 R3 式视线，跑在 Web Worker 里。Line of sight 只在主渲染器暴露 MapLibre 实例时可用。
• 三维地形的垂直夸张通过双击 Controls → Terrain 控件设置；它只影响显示，不影响任何分析数值。
• 水文链路：fill_depressions → d8_pointer → d8_flow_accum → extract_streams → 分级工具 → subbasins / hillslopes；basins 走另一支，watershed 需要倾泻点且通常先 snap_pour_points。
• 三个最容易错的水文参数：input_is_pointer（填汇流累积时必须置 true）、esri_pntr（链路上必须一致）、threshold（无默认值，随分辨率变）。
• USGS NLDI 走的是”查国家水系”而不是”从 DEM 算”：地图点 → flowtrace → hydrolocation → COMID → 流域或导航；导出靠 _nldiLayer 属性区分结果类型。依赖 https://api.water.usgs.gov/nldi 与 CORS。
• 投影是地形分析的一号变量。经纬度 DEM 直接算坡度会偏大近 30% 且方向相关；Web Mercator 绝不能用于面积与距离计算。
• NoData 必须在上游处理掉，否则坡度、填洼、视域三处会同时出错。

14.12 实践练习

1. 对比两个 Hillshade 默认值：对同一份 DEM 分别用 GeoLibre Toolbox → Raster → Hillshade（altitude 45）与 Whitebox Toolbox 的 hillshade（altitude 30）生成晕渲图，把两层的混合模式都设成 Multiply 叠在同一份高程分色图上。描述两者在微地形表现上的差别，并说明各自适合什么场景。

2. 验证投影影响：取一份经纬度 DEM，先在原地跑 slope（degrees），记录最大值与均值；再用 Raster → Reproject 转到合适的 UTM 带后重跑。对比两次的统计量，并解释为什么差异不是随机的。

3. 跑通水文链路：按 14.10.1 的九个步骤走完，重点验证三件事——d8_flow_accum 出口累积值是否等于总像元数、threshold 从 2000 调到 500 时河网条数如何变化、subbasins 面积之和与流域总面积是否一致（误差应小于 1%）。

4. 两种视域方法对照：在同一座山头上，先用右键 Quick analysis → Viewshed from here（5 km） 算一次，再用自有 DEM 走 Whitebox viewshed（视高 1.8 m）算一次。把两个结果叠在一起，量出它们的重合比例，并列出至少三个导致差异的原因。

5. NLDI 与 DEM 交叉验证：在一个你熟悉的流域上，用 Plugins → Web Services → USGS NLDI 追踪主河道并取上游流域；同时用 DEM 跑 basins。把两个流域面叠加，观察边界差异，并解释哪些差异来自数据源不同、哪些来自 DEM 分辨率。

6. 参数陷阱排查：故意犯三个错——d8_flow_accum 不勾 input_is_pointer、分级工具把 esri_pntr 改成 true、extract_streams 的 threshold 填 10。分别记录输出长什么样，并写出你怎么从结果外观反推出是哪一步出的错。

14.13 延伸阅读

• 处理工具箱的整体结构与两个工具箱的区别：见 第12章 地理处理工具箱
• 把水文链路固化成可复用模型：见 第13章 模型构建器与自动化工作流
• 用 SQL 统计流域面积与河网长度：见 第11章 SQL 工作区与 DuckDB 空间分析
• 坐标系统与投影的基础：见 第09章 坐标系统、投影与测量
• 三维地形与渲染引擎：见 第08章 渲染引擎与三维可视化