不同分辨率DEM提取地形因子的适宜分析窗口研究
  • 【摘要】

    数字高程模型(DEM)是GIS数字地形分析的数据基础,包含着丰富的地形、地貌及相关的地学信息.基于DEM的地形因子提取是进行地形特征分析,地形可视化的基础.在地理信息系统中,地形因子一般无法基于单个栅格得到,而是通过一定邻域范围内的栅格求得.地形因子按照其所表述的区域空间范围分为微观地形因子和宏观地形囚子,这二者具有不同的计算原理和方法.微观地形因子一般是通过在局部邻域内建立数学模型得到.例如,当... 展开>>数字高程模型(DEM)是GIS数字地形分析的数据基础,包含着丰富的地形、地貌及相关的地学信息.基于DEM的地形因子提取是进行地形特征分析,地形可视化的基础.在地理信息系统中,地形因子一般无法基于单个栅格得到,而是通过一定邻域范围内的栅格求得.地形因子按照其所表述的区域空间范围分为微观地形因子和宏观地形囚子,这二者具有不同的计算原理和方法.微观地形因子一般是通过在局部邻域内建立数学模型得到.例如,当前的坡度计算窗口普遍基于3*3矩形邻域窗口建立一定的坡度计算模型得到,但该窗口大小的区域普适性未得到进一步验证.宏观地形因子一般是基于局部邻域内栅格数据点的统计特征得到.例如,地形起伏度是通过邻域内最大、最小高程之差求得,但起伏度的邻域窗口大小在不同地区及不同分辨率DEM数据上存在较大差异,在全国范围内缺乏统一的标准和规范.基于上述问题,本文选择我国几个典型地貌类型区不同分辨率的DEM数据,以坡度和地形起伏度分别代表微观地形因子和宏观地形因子,采用不同大小的矩形分析窗口分别提取这两个因子,研究窗口大小的变化对地形信息的影响,并经过实验与分析,给出基于DEM数据提取地形因子的适宜分析窗口.主要研究内容和结论如下:1.选择我国4个典型丘陵地区东北漫岗丘陵区宾县、西北黄土高原区安塞县、西南紫色土丘陵区盐亭县、南方红壤丘陵区兴国县,基于10m分辨率和25m分辨率的DEM数据,采取不同大小的矩形窗口,利用限制二次曲面拟合地形表面并提取坡度.结果显示,窗口变化对安塞样区的影响最大,接下来依次为兴国样区、盐亭样区、宾县样区;且窗口变化对25m分辨率坡度的影响对10m分辨率坡度的影响更为敏感.2.在Matlab下采用凹向半椭球和高斯合成曲面模拟实际地形表面,比较不同大小的窗口所提取坡度的精度.结果表明,当模拟DEM数据比较精确时,3*3的分析窗口能得到坡度计算精度最高;但在模拟DEM数据中加入随机误差,5*5、7*7甚至更大的分析窗口能得到较高的坡度计算精度.综合DEM曲面拟合精度和坡度计算精度,最终推荐4个样区的坡度计算窗口为:东北漫岗丘陵区10m分辨率7*7、25m分辨率5*5,西北黄土高原区3*3,西南紫色土丘陵区5*5,南方红壤丘陵区3*3.3.基于我国33个地貌区SRTM90m分辨率的DEM数据,采用不同大小的矩形窗口,提取各样区地形起伏度.结果显示,随着窗口的递增,地形起伏度在我国平原地区呈水平直线分布或阶梯型分布,在我国其他地貌区,如丘陵、盆地、台地、低山、中山、高山、极高山均呈现明显的对数递增趋势.同时,窗口变化对山地的影响较大,对丘陵和盆地、台地等的影响较小.另外基于全国范围内500m分辨率和1000m分辨率DEM数据,提取中国地形起伏度.结果表明,窗口变化对1000m分辨率起伏度的影响比对500m分辨率起伏度的影响更为敏感.4.用起伏度增长强度来定量描述分析窗口的变化对不同地貌区起伏度的影响程度.在起伏度增长强度趋于零值时,认为起伏度变化达到稳定状态,从而得到我国33个试验区窗口大小的取值范围从7*7到27*27,共计11个级别.在此基础上,给出基于SRTM-DEM的中国地形起伏度计算窗口分布图.同时,在全国范围内,得到500m分辨率DEM地形起伏度计算的适宜分析窗口为15*15,1000m分辨率DEM地形起伏度计算的适宜分析窗口为9*9. 收起<<

  • 【作者】

    贺丹 

  • 【学科专业】

    地图学与地理信息系统

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    西北大学

  • 【导师姓名】

    赵牡丹

  • 【学位年度】

    2012

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    DEM%分析窗口%曲面拟合%坡度%地形起伏度