典型黄土地貌类型区的地形复杂度分形研究

黄土高原地貌形态与地形复杂度自南向北有序变化,构成了举世瞩目的独特的地理景观。选择陕西省南北剖面六个典型黄土地貌样区为基本实验区,以其1∶1万栅格DEM为数据源,探讨典型黄土地貌类型区的地形复杂度分形与空间分异特征。首先提出的元分维模型方法,以计算得到的DEM元分维值作为特征指标,研究样区的地形复杂度问题。这种通过滑动窗口的扩展分维分析方法,既可以用于分析该区域不同尺度下的地形复杂度变化情况,也可以探讨区域的局部单元复杂程度及其空间分布,从而不再局限于对全区域的单一分维评价。以此为基础,进一步应用元分维谱方法,研究地貌网格单元的元分维分级分布情况。实验结果表明:以绥德和延川为代表的黄土峁状丘陵沟壑区最为复杂,以宜君和甘泉为代表的梁状丘陵沟壑区居中,而以淳化为代表的黄土塬区和以神木为代表的风沙黄土过渡区最为平缓。实验进一步证明了扩展分形方法在黄土地貌研究中的可行性。     

面向DEM地形复杂度分析的分形方法研究

在基于栅格DEM数据的基础上,应用分形几何学方法,采用元分维模型理论,提出一种描述DEM地形复杂度的分形分析方法,并得出分析指标———地形分维指数(TFI)。实验证明,该指标可以有效描述栅格DEM数据反映的地形变化特征,分析窗口由小到大的规律性变化反映出地貌从微观到宏观的变化情况,因此其既可以作为对栅格DEM所描述地形进行评价的坡面因子,又可以作为基于DEM的地貌类型区自动划分的参照依据。     

基于多重分形的黄土高原不同地貌类型区沟沿线起伏特征研究

黄土高原不同地貌类型区沟沿线地形起伏具有不同的特征,有必要从局部和整体两个视角对其进行量化分析。该文以沟沿线地形剖面为研究对象,采用多重分形方法对选取的黄土高原6个典型地貌样区沟沿线地形的起伏特征和变化趋势进行研究。结果表明,黄土高原6个典型地貌样区的沟沿线地形起伏在整个空间尺度均表现出标度不变性,呈现出完全不同的多重分形特征。进一步计算并对比6个样区的多重分形参数Δα和Δf(α),绥德样区的Δα(0.6479)最小、Δf(α)(0.4941)最大,表明绥德样区沟沿线全局地形起伏变化的奇异性最小,而局部地形以高值起伏为主;甘泉样区的Δα(0.8945)最大,其多重分形特征最强,沟沿线整体地形起伏变化的奇异性最大;淳化样区Δf(α)(-0.4881)最小,其沟沿线局部地形以低值起伏为主。多重分形谱参数可作为黄土高原不同地貌类型区沟沿线地形起伏变化特征描述和评价的综合定量指标,为分析黄土地貌地形变化特征提供了一种新途径。     

基于RILBP的地形结构尺度稳定特征分析

地形结构描述着地表起伏的形态结构,而高低起伏的地形结构又组成了丰富多样的地貌景观。地表形态一般呈现出局部形态相似与区域有序分异的尺度特征。现有的地形尺度研究不能有效地刻画地形结构的尺度特征,地貌形态的适宜表达尺度及地形结构的尺度稳定特征仍值得进一步探讨。该文以黄土高原不同地貌类型区为例,以数字高程模型(DEM)为数据源,从刻画地表形态的局部特征入手,系统地选取了多类具有代表性的地貌形态样本数据,分析了典型地貌类型区域的局部二值模式(LBP)分布特征。考虑到地形结构与RILBP之间一对多的对应关系,利用顾及旋转不变特性的LBP(RILBP)算法探究地形结构的尺度稳定特性,发现随着分析窗口增大,LBP显示出逐渐趋于稳定的尺度特征。研究结果表明,RILBP能够有效地表达地形结构,地形结构稳定单元能够有效地反映适宜的地形分析尺度,地形结构对地形多尺度信息的挖掘具有独特的优势。     

黄土丘陵沟壑区地形定量因子的关联性分析

不同地形因子虽然在语义概念、计算方法等方面均有明显的差异,但各地形因子之间并不是绝对孤立的,它们之间相互关联、相互影响。这种关联的强弱与趋势,都从不同角度揭示着地形起伏变化与地貌发育的本质及内在规律,同时,还在一定程度上映射着地表形态的发育过程。文章以黄土高原丘陵沟壑区的15个样本地区为实验样区,以高分辨率、高精度的1:1万比例尺DEM为基础数据,应用BP神经网络模型,探讨地形定量因子与地面坡度之间的关联性特征,并将神经网络的方法与传统的多元回归方法进行比较。结果表明,相对于传统的多元回归方法,带隐含层的BP神经网络分析方法能更为有效地反映地形因子间隐含的关联特征。该研究方法为进行地貌多定量指标的的选择和多因子之间关联性的量化提供了一种新的方法。     

基于神经网络的地面坡度与其他地形定量因子关联性分析--以黄土高原丘陵沟壑区实验为例

不同的地形因子从不同侧面反映地面的起伏特征或空间变异，各因子之间所存在的相互关联、相互制约、相互影响的程度与特征，在很大程度上揭示了地形发育与空间变异的内在本质，因而是地形学研究的重要内容。他以黄土高原丘陵沟壑区的16个样本地区为实验样区，以高分辨率、高精度的1：1万比例尺DEM为基准数据，应用BP神经网络模型，探讨地面坡度与其他地形因子之间的关联性特征。实验结果表明，利用神经网络分析方法可以有效评价地形因子对地面平均坡度的关联性。该研究方法为进行地貌多定量指标的的选择和多因子之间关联性的量化提供了一种新的方法。     

DEM数据可视化在地震应急中的应用

数字高程模型(Digital Elevation Model简称DEM)是通过一组有序数值阵列对地面海拔高度数字描述的实体地面模型,是数字地形模型(Digital Terrain Model,简称DTM)的一个子集。并可通过对DTM数字处理得到其他各种地形特征值。DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子,如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布,其中DEM是单一的数字地貌模型,通过对DEM数据处理可派生出坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性。基于ARCGIS技术平台,对DEM数据进行处理建模,可以得到地形真实情景再现,为震后应急指挥人员、工作人员了解震区的地貌、地形提供直接的数据支撑。     

基于 SRTM DEM 的祁连山自然保护区地形特征研究

基于研究区的 SRTM DEM 模型，应用 ArcGIS10.5 空间分析模块及 Excel、SPSS 数据统计分 析功能，采用均值变点分析法确定地形起伏度的邻域分析最佳统计单元；提取了研究区高程、地形 起伏度、地形坡度、地表粗糙度和地表切割度 5 个地形因子，以分析研究区的地形特征。结果表明： 研究区地形起伏度最佳统计单元为 11 像元×11 像元（0.98 km²），地形起伏度为 0～1 216 m。研究区 包含 13 种地貌类型，87.28%的区域为中海拔，中海拔平原、台地、丘陵为主要地貌类型。走廊南山、 冷龙岭、乌鞘岭和龙首山地平行分布，台地、丘陵穿插其中，地形复杂。研究结果为进一步探索自 然保护区的生态保护、开发利用等具体问题提供了基础数据支持。     

青藏高原地形起伏度及其地理意义

地形起伏度是区域人居环境适宜性与资源环境承载力的关键评价指标之一。当前有关其最佳评价窗口、及其与海拔—相对高差的相互关系仍缺乏深入研究,进而影响该指标对区域地形起伏的有效表征。客观认识青藏高原地形起伏度有助于促进其国家生态安全屏障建设与区域绿色发展。以先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型（ASTER GDEM, 30 m）地形数据（V2）为基础,本文利用均值变点分析法确定了青藏高原地形起伏度评价的最佳分析窗口,基于地形起伏度模型（RDLS）研制了青藏高原首套30 m地形起伏度专题图,据此分析了地形起伏度与海拔、相对高差的相互关系,并界定了地形起伏度对区域地形起伏状况的有效表征。主要结果/结论包括：① 基于GDEM的青藏高原地形起伏度评价最佳窗口为41×41个像元的矩形邻域,对应面积约为1.51 km²,均值变点分析表明区域地形起伏度评价最佳窗口有其唯一性。② 青藏高原地形起伏度均值约为5.06,超3/5区域地形起伏度介于4.5~5.7之间;整体上,青藏高原地形起伏程度由其东北部向西南部、西部递增,仅在柴达木盆地、藏南谷地以及河湟谷地出现低起伏地貌特征。且地表起伏在不同纬度剖面变化较为一致（沿山脉走向）,但不同经度剖面起伏层次错落（横切山脉走向）。③ 相关性分析表明不同地形起伏度分别对应不同平均海拔、不同相对高差的地貌单元。青藏高原地形起伏度经纬向剖面分析表明,该区由东部的低山稳步爬升,山体经历骤然爬升（即地表起伏特征剧烈）后形成以极高山为主的有序错落起伏（喜马拉雅山脉）。     

新疆地形复杂度的空间格局及地理特征

地形复杂度（TCI）是区域地表外在形态结构的数字化表达,既可表征坡面单元的多样性及其组合形式的复杂性,也可映射地球内外营力在地表留下“烙印”的过程,其客观描述和定量表达可为地表形态定义、刻画及分异等地形地貌理论研究提供重要依据。新疆独特的山盆地貌结构为地貌学研究提供了理想的场所。本文基于“倒金字塔滤网系统”逐步筛选微观和宏观坡面因子并确定权重进而构建地形复杂度模型;运用均值变点法确定新疆地形复杂度的最佳窗口,分析不同地貌单元地形复杂度的空间异质性,进一步探究不同营力作用对地表复杂程度的贡献。结果显示：① 地形复杂度模型综合相关性分析、聚类分析、变异系数法与主成分分析等方法对地形因子进行客观筛选与科学组合,使其具有全面客观性及独立有效性。② 地形复杂度以ASTER GDEM数据（30 m）为基础,得到最佳窗口（14×14）下全疆TCI介于0.13~46.36。山地与盆地相同地貌类型TCI面积占比峰值相近,不同地貌类型可比较其斜率、偏度及峰度得以区分。在经纬向上能更好的刻画出独立山峰及深切峡谷等局部地形分异,TCI≈1可作为平原与山地地貌单元之间的分界值。在高程分区下TCI>2时为各山系（山群）震荡高程区起始处,山麓处TCI曲线差异显著。③ 地形复杂度能较好的体现不同外营力在地表留下的痕迹,一定程度上也可表征外营力对不同成因地貌类型的贡献度。本研究对新疆地形地貌的形态特征和形成原因等方面提供理论依据和科学方法,可为地形地貌研究、生态环境影响以及区域发展评价提供实践指导。