Advanced

En jämförelse av algoritmer och resultat för flödesberäkning i QGIS/GRASS och ArcGIS

Dunn Ekelund, Jeanette LU (2016) In Examensarbete i geografisk informationsteknik EXTL01 20161
Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
Surveying (M.Sc.Eng.)
Abstract (Swedish)
Efterfrågan på nybyggnation och behovet av infrastruktursatsningar är en ständig och stor uppgift som kommuner och andra myndigheter arbetar med. Stora krav ställs på att samhällsplaneringen ska ske utifrån ett långsiktigt hållbart perspektiv. Att intensiva och omfattande regn har blivit allt vanligare på senare tid resulterar i att samhällsplaneringen måste anpassas därefter, och flödesanalyser och prognoser för översvämningsrisk blir allt viktigare. Ett sätt att skatta vattenflöde är att använda geografiska informationssystem (GIS). Det finns flera mjukvaror för geografisk information att tillgå, varav några är kommersiella och har sluten källkod medan andra finns fritt tillgängliga och har öppen källkod.
I denna kandidatuppsats har... (More)
Efterfrågan på nybyggnation och behovet av infrastruktursatsningar är en ständig och stor uppgift som kommuner och andra myndigheter arbetar med. Stora krav ställs på att samhällsplaneringen ska ske utifrån ett långsiktigt hållbart perspektiv. Att intensiva och omfattande regn har blivit allt vanligare på senare tid resulterar i att samhällsplaneringen måste anpassas därefter, och flödesanalyser och prognoser för översvämningsrisk blir allt viktigare. Ett sätt att skatta vattenflöde är att använda geografiska informationssystem (GIS). Det finns flera mjukvaror för geografisk information att tillgå, varav några är kommersiella och har sluten källkod medan andra finns fritt tillgängliga och har öppen källkod.
I denna kandidatuppsats har verktyg som används vid flödesanalyser i den kommersiella GISmjukvaran ArcGIS och de fritt tillgängliga GIS-mjukvarorna QGIS och GRASS studerats och jämförts. Studien består av tre delar: en litteraturstudie av den teoretiska beskrivningen av verktygens algoritmer, en praktisk studie på detaljnivå för att studera algoritmernas implementering i jämförda programvaror och slutligen en tillämpad del där beräkningar gjorts på ett större område och resultaten jämförts.
Flödesberäkningarna i ArcGIS och i en av QGIS/GRASS-modulerna grundas på en algoritm som använder iterativ länkning och visar därför liknande resultat. De skillnader som förekommer beror på implementeringen av algoritmen. QGIS/GRASS har ytterligare moduler för flödesberäkningar, som grundas på en minsta-kostnad-algoritm. Följden av detta är ett resultat som på detaljnivå skiljer sig betydligt från det resultat som uppnås med algoritmen med iterativ länkning. På ett större, geografiskt område är skillnaderna däremot mindre iögonfallande och de övergripande resultaten stämmer bra överens i samtliga moduler och verktyg. (Less)
Abstract
The government and municipalities of Sweden are responsible for the huge task of meeting the need of constructional and infrastructural investments. While planning and managing the land they are required to do so with long term perspectives. As intense and voluminous downpours have become common lately, the city planning and land management have to be adapted to this, which leads to flow analyses and flooding prognosis becoming increasingly important. It is essential to have accurate and correct information to be able to fulfill the demand of planning for a sustainable society. Geographic information systems (GIS) offers tools to perform hydrologic modelling, where the flow analysis is one part. There are several GIS software available, of... (More)
The government and municipalities of Sweden are responsible for the huge task of meeting the need of constructional and infrastructural investments. While planning and managing the land they are required to do so with long term perspectives. As intense and voluminous downpours have become common lately, the city planning and land management have to be adapted to this, which leads to flow analyses and flooding prognosis becoming increasingly important. It is essential to have accurate and correct information to be able to fulfill the demand of planning for a sustainable society. Geographic information systems (GIS) offers tools to perform hydrologic modelling, where the flow analysis is one part. There are several GIS software available, of which some are open source and others are commercial.
Tools for calculating flow in the commercial GIS software ArcGIS and the open source GIS software QGIS and GRASS are studied and compared in this bachelor thesis. The tools studied are ArcGIS’s Fill, Flow Direction and Flow Accumulation and the QGIS/GRASS modules r.fill.dir and r.watershed. This study consists of three parts: a literature study of the theoretical descriptions of the tools’ algorithms, a practical study in detail to examine the algorithms’ implementations in the different software and, lastly, an applied study where the results of flow calculations on a digital elevation model of a bigger area are compared.
Since the flow calculations in ArcGIS and the QGIS/GRASS module r.fill.dir are both based on an iterative linking algorithm, their results are very similar. The few occurring differences are caused by the implementation of the algorithm. Flow calculations done with the QGIS/GRASS module r.watershed are based on the AT search algorithm, approaching flow estimates in another way than the iterative linking algorithm, causing results different from the results of the ArcGIS tools and the QGIS/GRASS module r.fill.dir. These differences are prominent on a detailed level, while they are not as obvious on a bigger area. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Dunn Ekelund, Jeanette LU
supervisor
organization
course
EXTL01 20161
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
hydrologi, geografiskt informationssystem, flödesanalys, ArcGIS, QGIS, GRASS
publication/series
Examensarbete i geografisk informationsteknik
report number
21
language
Swedish
id
8890160
date added to LUP
2016-09-01 09:45:37
date last changed
2016-09-01 09:47:29
@misc{8890160,
  abstract     = {The government and municipalities of Sweden are responsible for the huge task of meeting the need of constructional and infrastructural investments. While planning and managing the land they are required to do so with long term perspectives. As intense and voluminous downpours have become common lately, the city planning and land management have to be adapted to this, which leads to flow analyses and flooding prognosis becoming increasingly important. It is essential to have accurate and correct information to be able to fulfill the demand of planning for a sustainable society. Geographic information systems (GIS) offers tools to perform hydrologic modelling, where the flow analysis is one part. There are several GIS software available, of which some are open source and others are commercial.
Tools for calculating flow in the commercial GIS software ArcGIS and the open source GIS software QGIS and GRASS are studied and compared in this bachelor thesis. The tools studied are ArcGIS’s Fill, Flow Direction and Flow Accumulation and the QGIS/GRASS modules r.fill.dir and r.watershed. This study consists of three parts: a literature study of the theoretical descriptions of the tools’ algorithms, a practical study in detail to examine the algorithms’ implementations in the different software and, lastly, an applied study where the results of flow calculations on a digital elevation model of a bigger area are compared.
Since the flow calculations in ArcGIS and the QGIS/GRASS module r.fill.dir are both based on an iterative linking algorithm, their results are very similar. The few occurring differences are caused by the implementation of the algorithm. Flow calculations done with the QGIS/GRASS module r.watershed are based on the AT search algorithm, approaching flow estimates in another way than the iterative linking algorithm, causing results different from the results of the ArcGIS tools and the QGIS/GRASS module r.fill.dir. These differences are prominent on a detailed level, while they are not as obvious on a bigger area.},
  author       = {Dunn Ekelund, Jeanette},
  keyword      = {hydrologi,geografiskt informationssystem,flödesanalys,ArcGIS,QGIS,GRASS},
  language     = {swe},
  note         = {Student Paper},
  series       = {Examensarbete i geografisk informationsteknik},
  title        = {En jämförelse av algoritmer och resultat för flödesberäkning i QGIS/GRASS och ArcGIS},
  year         = {2016},
}