数字地形分析的理论、方法与应用

数字高程模型自20世纪50年代首次被提出以来,就以其简洁的数据组织方式、对地形的直观表达、简单高效的地形因子解译方法而显示了其在地学领域应用的巨大潜力。本文在全面检索和分析前人相关研究成果的基础上,首先将数字地形分析 (Digital Terrain Analysis,简称DTA) 的各种分析方法总结为四类,即坡面地形因子分析、特征地形要素分析、地形统计分析以及基于DEM的地学模型分析,并简要总结了每种分析方法的主要内容;其次,探讨了数字地形分析的精度及尺度问题,指出尺度效应、最适宜尺度选择以及尺度转换是DEM地形分析中的基本尺度问题;然后,论文介绍了DTA在地貌、水文、土壤、地质灾害、农业等领域的应用现状;最后,提出了数字地形分析发展方向,指出数字地形分析的概念框架亟待完善、模型构建精度有待提高、地形分析方法需要扩展,尤其是实现DEM模型嵌入的一体化分析方法,以求得到与现实世界地理环境更为接近的模拟。     

基于DEM的山地总辐射模型及实现

总辐射状况是决定山地气候的主导性因子。山区地形条件复杂,总辐射分布差异显著,为了便于研究山区总辐射的地域分布规律,该文建立了一种基于DEM模拟山区总辐射的方法,通过提取数字坡度模型、数字高度模型以及地形遮蔽度模型等信息,并采用多层面复合分析的方法,建立了山区直接辐射、散射辐射以及总辐射的数字模型。实验证明,太阳总辐射及其分量在山区中有很强的地域分布规律。该方法采用的DEM精度高,能够精细地反映太阳辐射的地区分布差异,为山地气候资源调查与利用、生态环境建设乃至精细农业的实施提供重要依据。     

面向地貌学本源的DEM增值理论框架与构建方法

数字高程模型（DEM）在表达地貌形态、认知地表过程、揭示地学机理等研究中发挥着基础性的作用,是重要的地理空间数据模型,广泛地应用于地学分析与建模中。但是,传统DEM具有属性单一的天然缺陷,难以支撑面向地学过程与机理挖掘的地球系统科学研究。亟待在传统DEM的基础上实现其数据模型的增值,服务于新地貌学研究范式和新对地观测技术背景下的数字地形建模与分析。立足于以上问题,本文构建了DEM增值的理论框架,主要包括DEM增值的概念、内涵、内容、类别、不同增值类别之间的相互关系,以及此理论框架的研究意义和应用范畴。提出了DEM增值的构建方法,包含：① 强调地上地下一体化、时间空间相耦合的DEM空间维度和时间维度增值方法;② 重视地下、地表和地上物质构成,形态属性耦合的物质属性和形态属性增值方法;③ 顾及自然过程、人工作用的地物对象、地貌形态的地物要素和形体要素增值方法。最后,分别以数字阶地模型、数字坡地模型和数字流域模型为例,阐释DEM在面向地貌学本源问题时的不同增值方法及应用场景。期望通过对DEM进行维度、属性和要素3个层面的增值,实现现代对地观测技术背景下数字高程模型表达方法的突破,并支撑知识驱动的数字地貌问题分析。     

基于DEM的黄土高原地形纹理概念模型

黄土高原“千沟万壑”的地貌形态,在多尺度空间下表现出显著自相似性,具有“局部无规则,宏观有规律”的纹理特征。目前,黄土高原地形纹理的提取方法及应用已经得到初步发展,但依然缺乏在理论层面的框架体系。本文在已有学者研究成果的基础上,限定黄土高原为研究范围,明确提出黄土高原地形纹理的概念模型,即内涵、特征、分类及表达。将内涵进行扩展,除已有的宏观形态地形纹理外,提出黄土典型地貌单元（黄土塬、梁、峁等）特征组合形成的地形纹理,以及黄土坡面坡度特征形成的地形纹理;指出以数字高程模型为主的数据表达将更有利于地形纹理的量化,特别是基于DEM派生的坡面地形因子能够扩展地形纹理的特征空间,丰富地形纹理分析的数据源;明确地形纹理的基本特征,分别是区域差异性、成因复杂性和尺度依赖性;构建划分体系,以地形纹理的基元显著性、纹理成因以及可视化形态进行类别划分。本文以期构建面向黄土高原的地形纹理概念模型,推动纹理分析方法在黄土高原的应用和发展。     

基于DEM的单位汇水面积尺度转换(英文)

Specific Catchment Area (SCA) is defined as the upstream catchment area of a unit contour. As one of the key terrain parameters, it is widely used in the modeling of hydrology, soil erosion and ecological environment. However, SCA value changes significantly at different DEM resolutions, which inevitably affect terrain analysis results. SCA can be described as the ratio of Catchment Area (CA) and DEM grid length. In this paper, the scale effect of CA is firstly investigated. With Jiuyuangou Gully, a watershed about 70 km2 in northern Shaanxi Province of China, as the test area, it is found that the impacts of DEM scale on CA are different in spatial distribution. CA value in upslope location becomes bigger with the decrease of the DEM resolution. When the location is close to downstream areas the impact of DEM scale on CA is gradually weakening. The scale effect of CA can be concluded as a mathematic trend of exponential decline. Then, a downscaling model of SCA is put forward by introducing the scale factor and the location factor. The scaling model can realize the conversion of SCA value from a coarse DEM resolution to a finer one at pixel level. Experiment results show that the downscaled SCA was well revised, and consistent with SCA at the target resolution with respect to the statistical indexes, histogram and spatial distribution. With the advantages of no empirical parameters, the scaling model could be considered as a simple and objective model for SCA scaling in a rugged drainage area.     

面向DEM地貌综合的山脊线等级划分研究——以黄土丘陵沟壑区为例

山脊与沟谷一样具有明显的等级层次结构,但目前对山脊线的层次等级特征描述存在缺失.该文结合现有的沟谷等级划分方案,综合考虑山脊线与沟谷线的耦合关系,提出了一种山脊线等级划分的方法.通过在黄土丘陵沟壑区的实验显示,该方法简单易行,分级结果合理.该研究可望完善现有对地貌形态特征描述的方法,也为等高线及DEM的自动简化与综合提供重要的条件.     

基于欧氏区域分配的面状河流中轴线提取方法研究

提出一种基于欧氏区域分配的面状河流图斑中轴线的提取方法。对于面状河流边界线,首先利用相邻的线状支流对边界线进行分割;再采用欧氏区域分配的方法提取分割后边界线的邻近线;最后对邻近线进行裁剪得到中轴线。试验结果显示,该方法所提取的中轴线连续、光滑,且与相邻的线状支流保持有拓扑关系,对于数据量大、形状复杂的面状河流达到了自动...     

SRTM DEM高程精度评价

为了全面认识SRTM DEM数据精度特征并完善SRTM DEM数据精度评定方法,该文以我国1∶5万比例尺DEM为参考数据,以具有多种地貌类型的陕西省为实验样区,利用高程中误差模型及空间插值方法对SRTMDEM进行高程精度分析。结果表明:陕西省的SRTM DEM高程中误差在3.5~60.7 m,呈现出较为显著的空间分异特征;并且高程中误差与实验样区平均坡度有较强的指数相关性,拟合的指数函数具有较高的模拟精度。     

陕北黄土高原正负地形研究(英文)

The Loess positive and negative terrains (P-N terrains), which are widely distributed on the Loess Plateau, are discussed for the first time by introducing its characteristic, demarcation as well as extraction method from high-resolution Digital Elevation Models. Using 5 m-resolution DEMs as original test data, P-N terrains of 48 geomorphological units in different parts of Shaanxi Loess Plateau are extracted accurately. Then six indicators for depicting the geomorphologic landscape and spatial configuration characteristic of P-N terrains are proposed. The spatial distribution rules of these indicators and the relationship between the P-N terrains and Loess relief are discussed for further understanding of Loess landforms. Finally, with the integration of P-N terrains and traditional terrain indices, a series of un-supervised classification methods are applied to make a proper landform classification in northern Shaanxi. Results show that P-N terrains are an effect clue to reveal energy and substance distribution rules on the Loess Plateau. A continuous change of P-N terrains from south to north in Shaanxi Loess Plateau shows an obvious spatial difference of Loess landforms and the positive terrain area only accounted for 60.5% in this region. The P-N terrains participant landform classification method increases validity of the result, especially in the Loess tableland, Loess tableland-ridge and the Loess low-hill area. This research is significant on the study of Loess landforms with the Digital Terrains Analysis methods.     

第四届全国地理信息系统博士生论坛会议纪要

第四届全国地理信息系统博士生学术论坛于2010年11月20-21日在南京师范大学举行。本次论坛由中国GIS协会教育与科普专业委员会、中国GIS协会理论与方法专业委员会、中国地理学会地图学与地理信息系统专业委员会、江苏省遥感与地理信息系统学会联合主办,由南京师范大学地理科学学院、南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室承办。本届论坛以"相聚南师,集思无界"为主旨,吸引了来自全国42所高校和科研院所的近200名地理信息系统专业的博士生参会。