青藏高原河流地貌定量研究的基础——SRTM3空白数据填充方法剖析及数据

河流地貌和侵蚀是构造地貌研究的核心内容。90m分辨率的SRTM3数字高程模 型被广泛运用于构造地貌学的研究,但数据空白区是其在河流地貌定量研究中的 瓶颈。对SRTM3数据与中国1∶25万DEM数据的对比分析表明,1∶25万DEM数据在 生成数字河网和河流纵剖面方面不如SRTM3数据,尤其是其在平原区数字河网提 取中易发生错误,但在高山峡谷地区数据质量较好,而这正是SRTM3数据空洞的主 要区域。对比国内外各种SRTM空洞填补方法发现,相对于算法的改进,高精度数 据的参与是填充SRTM3数据空洞的关键。因此,利用SRTM3与1∶25万DEM数据的互 补性,对SRTM3进行数据优化,是现阶段青藏高原河流地貌定量研究的基础。详细 介绍了SRTM3空洞充填的步骤,具有实际参考价值。     

青藏高原河流地貌定量研究的基础——SRTM3空白数据填充方法剖析及数据填充质量评价

河流地貌和侵蚀是构造地貌研究的核心内容。90m分辨率的SRTM3数字高程模型被广泛运用于构造地貌学的研究,但数据空白区是其在河流地貌定量研究中的瓶颈。对SRTM3数据与中国1:25万DEM数据的对比分析表明,1:25万DEM数据在生成数字河网和河流纵剖面方面不如SRTM3数据,尤其是其在平原区数字河网提取中易发生错误,但在高山峡谷地区数据质量较好,而这正是SRTM3数据空洞的主要区域。对比国内外各种SRTM空洞填补方法发现,相对于算法的改进,高精度数据的参与是填充SRTM3数据空洞的关键。因此,利用SRTM3与1:25万DEM数据的互补性,对SRTM3进行数据优化,是现阶段青藏高原河流地貌定量研究的基础。详细介绍了SRTM3空洞充填的步骤,具有实际参考价值。     

基于DEM的莱州湾南岸典型水系河间地提取及区域地貌演化研究

以SRTM3-DEM为数据源,在ArcGIS支持下,采用水文分析以及DEM分析数据与地质图、卫星图像和地形图区域数据综合对比分析,结合实地调查及前人研究成果,对莱州湾南岸的弥河、白浪河、潍河3条典型河流河网河间地的提取进行了研究,并对不同流域河间地比率的空间关系、流域地貌侵蚀对比与区域变化、全新世河型及河型转换以及区域地貌发展阶段进行了研究.通过DEM的水文分析、河网提取、河间地制图,得到了每条河流、每种累积流量取值下河网中的河间地,从而提出了快速提取河间地的一种新方法.区域空间上,河间地比率自西向东存在弱的增大变化.流域侵蚀综合分析表明:3条河流曾明显下切,即西部的弥河以单河道截切式下切;中部的白浪河以拓展式下切;东部的潍河呈嵌入式下切.表明西部侵蚀下切幅度大于东部(西部河流侵蚀速度快于东部),从而印证了河间地比率西小、东大的空间变化.对古河型(/河网)分析表明,全新世以来有网状河、扇状分汉河、汇聚型河、顺直河和曲流河5种河型.河型转换受控于气候变化、基准面下降和不均衡的构造抬升.将研究区全新世的河流地貌演化分为全新世早阶段、全新世中期早阶段、全新世中期晚阶段、全新世晚期早阶段和全新世晚期晚阶段5个阶段.     

大别山构造地貌的DEM初步分析

以地理信息系统(GIS)为平台,利用航天飞机雷达地形测量(SRTM)数据,构建了大别造山带地区的数字高程模型(DEM),对大别山地区的构造地貌进行了模拟解译分析.研究表明,大别山在造山带走向和垂直走向的方向上都是中间高、两边低,两边地势低的部位发育断陷盆地.SRTM DEM地貌图显示,郯庐等大断裂地貌特征明显,断裂构造严格控制了水系的发育,大别山水系多呈格子状分布,在地貌上主要表现为河流的大角度转弯以及主支流近直角交汇;由于本区地壳沿断裂作差异性升降运动,造成地堑谷、断块山和断陷盆地并存的地貌特点.本文统计分析了坡度与高程之间的相互关系,并提取了夷平面信息.      

思茅盆地河流地貌特征及其对构造活动的响应

河流地貌对构造活动具有极高的相关性、敏感性,是研究新构造活动最切实有效的地摘貌标要志之一。本文以30 m分辨率数字高程模型（DEM）为基础,利用ArcMap与Matlab软件提取的河流地貌因子（Horton定律比值和S-A双对数曲线）,先后分析了思茅盆地内部的李仙江、藤条江、勐戛河、威远江、南班河和南腊河等的河流地貌特征,揭示新生代晚期强烈构造活动对河流发育的影响。结果表明：1）思茅盆地的河流多沿或平行于走滑断裂发育,低级别河网较好的符合Horton定律中一般河网的发育规律,而沿活动断裂带发育的高级别河网则表现出了明显的偏差;2）各集水盆地 S-A双对数曲线均呈凹凸相间排列;3）各集水盆地河道的裂点分布特征与岩性变化不一致,这表明思茅盆地内部高级别河网的发育受岩性变化的影响较小,而主要受走滑断裂活动的影响。     

基于DEM的大别山地区地貌特征研究

从区域尺度分析大别山地区的地貌特征,以美国SRTM DEM和1∶50万数字地质图为基础数据,利用DEM地貌模拟和空间数据统计分析技术,生成了研究区的地貌分析专题图和地貌参数统计关系图.研究认为,大别山整个造山带呈三角形的形状,南坡缓而长,北坡陡而短;造山带山势较高,山地多深谷陡坡,坡向多变;山体由北西向南东延伸,主体延伸方向是北西向;山顶面剖面呈∧形,或呈锯齿多峰形式,局部地形起伏越靠近主体山脉,起伏度越大.断裂构造严格控制水系的发育,分水岭呈"人"字形分布于造山带四周.地貌参数的统计分析表明,坡度、地形起伏与平均高程之间具有一定的对应关系,较好的揭示了研究区的地貌特征.     

北天山乌鲁木齐河流域面积-高程积分及其地貌意义

定量构造地貌研究有助于理解构造与地表过程之间的耦合关系及其对地形地貌发育的影响,数字高程模型(DEM)和地理信息系统(GIS)空间分析技术的结合为开展这方面的研究提供了新途径.利用这一方法,对北天山乌鲁木齐河流域进行地貌计量指标的综合分析.构造上,乌鲁木齐河流域分为山前坳陷区、南山隆起带、后峡断陷带以及天山主脉等构造分区.本文首先分析了DEM数据精度、流域面积与空间分布特征对面积-高程积分的潜在影响,根据分析结果,选择合适的面积阈值对乌鲁木齐河流域开展面积-高程积分分析,进一步结合高程频率分布特征探讨该流域地形地貌演化特征.结果表明,1)面积-高程积分受DEM数据精度的影响不显著,但其具有明显的流域面积和空间依赖性;2)基于面积-高程积分分析,乌鲁木齐河流域各构造分区的地貌演化阶段存在差异,除后峡断陷带地貌演化趋于老年阶段外,其余均处于壮年演化阶段;3)各构造分区平均高程频率分布状态表明,山前坳陷区、南山隆起带和天山主脉地形目前均处于前均衡—均衡状态演化阶段,后峡断陷带地形则为后均衡演化阶段.     

DEM在构造地貌定量分析中的应用与展望

作为一种描述地形起伏特征的数据模型,数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表示）,为研究地表的演化过程提供了数据基础。文章归纳梳理了DEM在基本地形因子、流域地貌特征、古地貌面的重塑、构造地貌发育模式、地貌分类与制图以及地形特征提取算法等领域的应用现状。总的来看,DEM研究对象以陆地为重点,以河流地貌和山地地貌为主要内容;研究过程从早期对地貌形态的定性描述向多种地貌参数的半定量、定量分析转变;研究尺度空间上从某个小流域到整个造山带,时间上从数小时向百万年扩展。构造地貌演化时间序列的不确定性、地貌参数获取的复杂性、地形模型算法的多样化以及DEM生成过程中的误差因素,这些均影响构造地貌定量分析结果的准确度,因此在归纳梳理已有研究成果的同时,对DEM在构造地貌研究领域的应用进行了一些思考。      

ASTER-GDEM数据在塔吉克帕米尔成矿带区域化探中的实际应用

塔吉克帕米尔地区地处高寒地区,地质研究程度整体相对较低,缺乏完整的1∶5万和1∶10万地形资料,兼之塔吉克保护性政策较强,对外开放程度不够,难以获得大比例尺的地形资料。因此,在塔吉克开展1∶25万区域化探工作,地形等基础资料成为亟待解决的关键的问题。针对上述存在问题,开展了专题研究工作。研究基于ASTER-GDEM高程数据,通过ARCGIS9平台,对DEM数据进行一系列处理,实现了地形、河网水系的提取,数据经度25m。利用境内已有1∶5万地形资料与同一地区利用该方法提取的地(水系)资料进行了对比,结果表明,利用GDEM数据提取的地形(水系)资料是可靠的,其精度接近于1∶5万地形图精度,满足了开展1∶25万区域化探工作的精度要求,从而成功解决了在塔吉克境内开展化探工作地形资料匮乏问题。在缺乏境外地形资料的情况下,无疑为快速开展境外地区相关地质调查研究工作提供一种新的、快速有效的技术方法和手段。     

数字高程模型（DEM）在构造地貌研究中的应用新进展

简要介绍了数字高程模型(DEM)的基本概念,系统总结了近些年来DEM空间分析技术在构造地貌研究中的最新进展,列举并讨论了DEM相关数据和技术在典型地貌特征分析和宏观构造地貌演化研究中的典型应用实例.数字高程模型(DEM)理论和数据精度的不断发展和提高,DEM及其空间分析技术与相关地学研究手段相结合的复合分析,必将为构造地貌研究实现定量化提供强有力的技术支持.     

DEM数据源及分辨率对HEC-HMS水文模拟的影响

DEM数据源及分辨率会影响流域特征参数的提取,进而影响水文模拟结果.将ASTER 30 m DEM、SRTM 90 m DEM及基于ASTER 30 m DEM的40 m、50 m、60 m、70 m、80 m、90 m重采样DEM作为HEC-geoHMS模型输入,提取流域特征,采用HEC-HMS模型,以西笤溪流域为研究区域,分析2011年6月和2011年8—9月的两场降雨径流过程中,DEM数据源和分辨率对水文模拟输出的影响.研究结果表明,两次径流模拟结果与实测数据拟合都较好,模型确定性系数都大于0.82,但是单峰的洪水模拟效果总体更好,基于SRTM 90 m的模型确定性系数比基于ASTER 30 m DEM、重采样90 m DEM的模型确定性系数都大.基于重采样DEM的模型确定性系数变化较大,而且与分辨率的变化呈非线性关系.在HEC-HMS的模拟中,基于ASTER 30 m DEM和基于SRTM 90 m DEM的模拟输出结果相对误差相差3%~5%,基于SRTM 90 m DEM和基于重采样90 m DEM的模拟输出结果相对误差相差2%~4%,基于重采样DEM的模拟输出结果相对误差相差最大达到了11%.     

Geological applications potential of DEM,ETM+, and gravity data in arid and semi-arid regions with special reference to south Western Desert,Egypt

The study area comprises the southeastern part of the Western Desert of Egypt. The aims of the present study are to delineate the major surface and subsurface structures and to evaluate tectonic framework of the study area. Surface studies of the present work are based mainly on data from two different types of remote sensing systems: 15 cloud-free Landsat Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) images and Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) DEM data. The remote sensing data were used to recognize and extract geological lineaments by calculating and interpreting DEM derivatives, including shaded relief maps, slope maps, and traverse profiles. A Bouguer anomaly map (scale 1:500,000) was used to delineate a detailed picture of the subsurface structure in the study area. The analysis of surface data, including SRTM DEM and ETM+, was combined with subsurface data, including Bouguer anomaly map, and gave new insight into the tectonic and structure patterns of the study area.     

Assessment of C-band SRTM DEM in a dense equatorial forest zone

A Digital Elevation Model issued from the SRTM mission was assessed on a study area located in a dense equatorial forest setting in French Guiana. The SRTM DEM defined on a 90-m grid was compared to three check sources: (1) airborne laser altimeter data, (2) an accurate heliborne DEM, and (3) spot heights. The paper also includes a comparison with a radargrammetric RADARSAT DEM. The results show that the accuracy of the SRTM DEM is about 10 m (standard deviation of errors). For a given slope aspect, the absolute value and the standard deviation of elevation errors increase almost linearly with the slope value. The slope aspect has a major influence on the sign of the elevation error: elevations are underestimated for slope facing SRTM signal (foreslopes, northwest), and conversely in the opposite direction (backslopes, southeast). Maximum errors are observed along these two directions. To cite this article: B. Bourgine, N. Baghdadi, C. R. Geoscience 337 (2005).     

基于ICESat/GLAS数据的中国典型区域SRTM与ASTER GDEM高程精度评价

航天飞机雷达地形测绘(shuttle radar topography mission, SRTM)和先进星载热发射和反射辐射成像仪全球数字高程模型(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model, ASTER GDEM)提供了全球覆盖面积最广的数字高程模型(digital elevation model, DEM)数据, 但其高程精度还未得到充分验证, 传统地面测量方法很难适用于验证大面积范围的DEM精度.以冰、云和陆地高程卫星/地学激光测高系统(ICESat/GLAS)高程数据为参考, 综合利用地理信息系统(geographic information system, GIS)空间分析、三维可视化与统计分析方法, 对中国典型低海拔沿海平原地区和高海拔山地的两种DEM数据高程精度进行了对比分析.结果表明, 高程值小于20m的低海拔地区, SRTM高程精度达到2.39m, ASTER GDEM的精度达到4.83m, 均远远高于这两种数据的标称精度; 而在西南山地, 这两种DEM的精度大约为20m, 与标称精度相当.最后, 建立了ICESat/GLAS与SRTM和ASTER GDEM的一元线性回归模型, 该模型具有较高的拟合度和显著线性关系, 可用于改善这两种DEM的高程精度.      

Automated extraction of watershed boundary and drainage network from SRTM and comparison with Survey of India toposheet

The recent development of digital representation has stimulated the development of automatic extraction of topographic and hydrologic information from digital elevation model input, using geographic information system (GIS) and hydrologic models that integrate multiple databases within a minimal time. The objective of this investigation is to compare the drainage extracted from Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data with the drainage digitized from topographic data (1:50,000) and also to draw attention to the functions of an add-on tool in ArcGIS 9.2 (Arc Hydro v.2) of Kuttiyadi River basin. The analysis reveals that the watershed extracted from the SRTM digital elevation model (DEM) (90 m resolution) is having an area of 668 km² and that from toposheet is 676 km². The river mouth in the drainage network from the SRTM DEM is found to be shifted to the northern side from where it actually exists. The drainage network from SRTM DEM at stream threshold 15 (0.0002 % of maximum flow accumulation) is delivering best results than the other threshold value in comparison with the drainage pattern derived from toposheets. The study reveals the importance, reliability, and quaintness of drainage network and watershed derived from the SRTM using the Arc Hydro Tool, an extension for Environmental Systems Research Institute ArcGIS. The advantage of the Arc Hydro Tool is that it would help a novice with little GIS knowledge to run the model to obtain watershed and drainage network.     

Late Neogene Mountain Building of Eastern Kunlun Orogen: Constrained by DEM Analysis

Topography, as a net result of the dynamic interaction between endogenesis and exogenesis, holds immense information on tectonic uplift, surface erosion and thus mountain building. The eastern Kunlun (昆仑) orogen, which experienced significant Late Neogene tectonic uplift and is located in an arid environment, is advantageous for morphotectonlc analysis based on well-preserved tectonic landforms. The digital elevation model (DEM) analysis was carried out for the central segment of the eastern Kunlun orogen based on shuttle radar topography mission (SRTM) data. River longitudinal profile analysis indicates that major rivers across the orogen are characterized by high river gradient indexes and intensive tectonic uplift. Differential uplift was also identified in swath-topography analysis in the studied area, which can be divided into three major tectonic-geomorphic units by orogenicstrike-parallel faults. It is indicated that the most active region is located to the south of the Xidatan (西大滩) fault with significant differential uplift. Another identified fault with differential uplift is the Middle Kuninn fault; however, the timing of which is suggested to be much older than that of the Xidatan fault. These analyses are eoneordantly supported by both field survey and studies of thermochronology, which in turn indicates that the DEM analysis bears great potential in morphotectonic analysis.     

青藏高原东南缘构造地貌、活动构造和下地壳流动假说

利用高精度的SRTM 数字高程模型（DEM）,定量勾画出青藏高原东南缘大尺度地形地貌的特征。分析表明,高原东南缘地貌特征为“负地形”,即海拔高程与地形坡度,与地形起伏度之间均为负相关关系,与高原中部的“正地形”--海拔高程或地形坡度与地形起伏度之间呈正相关关系,形成鲜明对比。但是,在高原东南缘,在河谷之间保留有高海拔、低起伏的残留面。这些残留面与高原内部的平坦面具相似的渐变地貌特征,从腹地的正地形逐渐变为川西的高海拔平坦面与深切河谷相间的负地形。虽然随着河流下切深度往南逐渐增加,残留面虽越来越少,但仍然可以识别,最终终止在雅砻江逆冲断裂带附近,该断裂带以南地区没有明显负地形特征。北东向展布的雅砻江逆冲断裂带对应着50～200 km宽的地形相对陡变带。综合区域新构造和构造地貌研究的最新成果表明： 1）雅砻江逆冲断裂带可能代表着现今正经受侵蚀改造和弱化的高原老边界,该边界以北和以南地区抬升历史不同; 2）三江地区的峰值抬升期已过,目前以侵蚀为主。虽然不能排除与河流侵蚀对应的均衡反弹抬升作用,但具有真正意义的地壳增厚型的构造抬升较弱。国际上流行的高原东缘下地壳流动模式的依据之一是从高原内外流分界线到南中国海,存在一个区域上延伸数千公里的抬升前低海拔“类夷平面”的残留面。地貌特征,构造和地质综合分析都表明高原东缘不存在这样的类夷平面,不支持解释高原东缘地形演化和相应构造变形的下地壳流动模式。     

在基于数字填图系统的1：25万区域地质调查修测中前人地质资料的利用与数据采集

1：25万区域地质调查修测的核心任务是挖掘、利用前人资料和对前人资料的二次开发。在1：25万玉林市幅数字地质填图试点的过程中．总结出一套基于数字填图系统的前人地质资料利用与数据采集的工作方法。其工作流程和工作步骤可分为6个阶段：①前期准备阶段;②室内地质资料录八阶段;③野外数字地质调查阶段;④室内资料整理阶段;⑤图件编制阶段;⑥成果提交阶段。该工作方法与传统的地质调查方法相比,提高了地质调查的工作效率和质量,已基本上达到了在1：252万区调修测区推广应用的“实战性”要求。