基于DEM的复杂地形流域特征提取

利用流域数字高程模型(DEM)构建数字水系模型并提取流域水系特征是分布式水文过程模拟的重要前提。提出了面向分布式水文过程模拟和流域特征提取的数字水系模型,并针对现有方法对复杂地形DEM中含有的平地、洼地及其嵌套情形的处理不足,提出了栅格水流分类、填洼分类与归并及有效填平处理、河谷平地的出流代价法构建栅格流向和流序等新的处理方法,并在开发的软件系统得到实现。使用该方法创建的黄土岭流域数字水系模型和提取的水系等流域特征结果表明:本文方法可有效应对复杂地形流域的处理,提取的流域水系特征与实际自然水系比较吻合,能够有效地消除现有方法在地形平坦区域容易产生的平行河道、奇异河道、河道变形等不足。     

不同比例尺水系修正DEM的流域河网提取对比

选取三门峡至小浪底区间小流域为研究对象,以1∶5万和1∶25万两种尺度的数字化水系分别修正DEM,在此基础上运用ArcGIS水文分析模块(ArcHydro Tools)进行流域河网提取。研究表明,基于水系修正的DEM和ArcGIS水文分析模块提取的流域河网精度较高,1∶5万水系修正DEM得到的河网更接近自然水系;通过对两种水系修正DEM生成的河网套合差计算发现,二者河网吻合程度较好,在DEM数据精度较高或者地形起伏较大的地区,如果没有更高精度的水系数据,1∶25万水系可取代1∶5万水系用于修正DEM。     

基于DEM的北京市大流域界线重新勘定研究

大流域区划数据是反映水资源分布的重要数据,也是土地利用总体规划和农业结构总体规划所必需的重要基础数据。针对当前没有与北京市土地利用现状数据一致的大流域区划数据,参照北京市已有的流域划分数据与方案,以DEM和SPOT5遥感影像为基础数据源,通过GIS数据处理、水文特征分析与流域划分等生成北京市五大流域区划数据;通过三维景观图等对大流域界线进行调整,重新勘定北京市大流域界线。     

基于DEM的水文物理过程模拟

基于数字高程模型,考虑流域空间的变异性,建立数字高程流域水系模型。产流子单元的划分、河网水系的生成及其空间拓扑关系的建立,是由计算机自动完成。计算TOPMODEL地形指数ln(a/tgβ)_i的空间累积分布曲线,并对其作无量纲化处理,推求各产流子单元的土壤蓄水容量分布抛物线参数B,构建数字水文模型。全球能量与水循环亚洲季风试验强化观测区—淮河史灌河流域实例研究表明:数字模型不仅可以很好地模拟流域出口断面的径流过程,而且能够模拟土壤水分的变化过程,还可十分方便地输出水文要素和状态变量的空间分布。这对充分利用现有观测信息进行水文数据的深层次挖掘奠定了基础。     

基于DEM的沟谷系统提取算法综述

该文对近20多a来基于栅格数字高程模型(DEM)提取沟谷系统的方法与技术进行了综述。将沟谷系统提取方法归纳为三类：局部方法、全局方法、局部与全局相结合的方法,比较了各类方法的优缺点。分别综述与比较了提取沟谷系统的三个主要问题——水流路径的确定、洼地的处理以及累计汇流阈值的确定的解决算法以及存在的不足。笔者认为要使这方面的研究走向真正的实用化,必须借助其它的信息,利用人工智能和模式识别等多种手段来实现自动提取。     

DEM流径算法的相似性分析

流径算法是分布式水文模型、土壤侵蚀模拟等研究中的关键技术环节,决定着汇水面积、地形指数等许多重要的地形、水文参数的计算。本文以黄土高原两个典型样区的不同分辨率DEM为研究对象,对常用的五种流径算法(D8、Rho8、Dinf、MFD和DEMON)通过相对差系数、累积频率图、XY散点分布图等进行了定量的对比分析。结果表明:算法的差异主要集中在坡面区域,汇流区域各类算法的差别较小;算法差异在不同DEM尺度下都有所体现,但高分辨率下的差异会更明显;在地形复杂区域,多流向算法要优于单流向算法。研究也进一步指出汇水面积、地形指数等水文参数对流径算法具有强烈的依赖性。     

基于DEM的长江上游土地利用分析

全球环境变化与可持续发展是当今关切的重大问题之一,而土地利用/覆盖变化研究则是其中的热点和前沿领域。目前,严重的生态环境已成为长江上游地区经济社会发展的重大障碍,也是本区和整个长江流域实现可持续发展的最主要的制约因素。本文在DEM基础上,分析了2000年长江上游高程、坡度和坡向与土地利用的关系。研究结果表明,随着高程、坡度和坡向的变化,2000年长江上游的土地利用类型也有很大差异,这些因素对长江上游的土地利用有着重要的影响。为了保护生态环境,促进本区和整个长江流域实现可持续发展,需进一步因地制宜,结合高程、坡度和坡向等影响因素优化土地利用类型和改善地表覆盖。     

基于DEM的分布式水文模型构建方法

基于 DEM的分布式水文模型是现代水文学同高科技 (如计算机技术、 3S技术等 )相结合的产物 ,是研究变化环境下水文循环与水资源演化规律的理想工具 ,代表了水文模型的最新发展方向。从 DEM的特性出发 ,本文探讨并总结了分布式水文模型的特点、建模思路和模型基本结构框图。在流域离散化方面 ,重点介绍了分布式水文模型常用的三种单元划分方法 ;最后 ,针对分布式水文模型构建问题 ,从“输入模块”、“单元水文模型”、“河网汇流模型”三方面 ,阐述了分布式水文模型微结构构建方法。     

水平分辨率对DEM流域特征提取的影响

选取石质山地与黄土丘陵过渡区宛川河流域作为研究区,利用1∶5万、水平分辨率10~100 m栅格DEM提取流域特征参数进行分析。结果表明:DEM水平分辨率对数字河网的提取精度有影响,提取的流域面积差别很小,河流长度、河道总长、河道坡度以及河网密度有偏差,流域平均坡度变化明显,长度和坡度特征参数的变化导致流域汇流时间及滞时不一致。     

基于栅格数字高程模型提取特征地貌技术研究

本文对近年来基于栅格数字高程模型提取特征地貌技术进行了详细的研究,认为该技术的关键在于两个方面：一是如何定义地貌形态结构,二是提取算法的设计。本文提出了基于地貌学角度来定义地貌形态结构的方法,利用有限个数的形态要素的空间组合和对比分析来获取特征地貌,并可以对各种特征地貌形态进行符合物理意义的改进。     

我国数字高程模型与数字地形分析研究进展

数字高程模型是最重要的国家基础地理信息数据,基于GIS的数字地形分析的理论、方法与应用,是当今地理学、地貌学界,特别是地理信息科学研究的热点问题。本文从DEM的数据模型、数字地形分析的不确定性、分析方法、尺度效应、高性能计算方法以及地学应用等方面,对我国学者在该领域的研究情况,特别是研究成果进行较全面的梳理与分析。综述显示,我国具有一批从事数字高程模型与数字地形分析的高水平研究力量,研究方向紧跟国际前沿,并取得了丰硕的成果,部分研究内容具有显著创新,年轻一代科学家正加速成长。在黄土高原、青藏高原的区域数字地形分析方面更彰显我国科学家的优势与特色,在国际学术界产生了重要的影响。     

Uncertainty modeling and analysis of surface area calculation based on a regular grid digital elevation model (DEM)

In the field of digital terrain analysis (DTA), the principle and method of uncertainty in surface area calculation (SAC) have not been deeply developed and need to be further studied. This paper considers the uncertainty of data sources from the digital elevation model (DEM) and SAC in DTA to perform the following investigations: (a) truncation error (TE) modeling and analysis, (b) modeling and analysis of SAC propagation error (PE) by using Monte-Carlo simulation techniques and spatial autocorrelation error to simulate DEM uncertainty. The simulation experiments show that (a) without the introduction of the DEM error, higher DEM resolution and lower terrain complexity lead to smaller TE and absolute error (AE); (b) with the introduction of the DEM error, the DEM resolution and terrain complexity influence the AE and standard deviation (SD) of the SAC, but the trends by which the two values change may be not consistent; and (c) the spatial distribution of the introduced random error determines the size and degree of the deviation between the calculated result and the true value of the surface area. This study provides insights regarding the principle and method of uncertainty in SACs in geographic information science (GIScience) and provides guidance to quantify SAC uncertainty.     

Simulation of astronomical solar radiation over Yellow River Basin based on DEM

Based on the developed distributed model for calculating astronomical solar radiation (ASR), monthly ASR with a resolution of 1 km×1 km for the rugged terrains of Yellow River Basin was calculated, with DEM data as the general characterization of terrain. This model gives an all-sided consideration on factors that influence the ASR. Results suggest that (1) Annual ASR has a progressive decrease trend from south to north; (2) the magnitude order of seasonal ASR is: summer>spring>autumn>winter; (3) topographical factors have robust effect on the spatial distribution of ASR, particularly in winter when a lower sun elevation angle exists; (4) the ASR of slopes with a sunny exposure is generally 2 or 3 times that of slopes with a shading exposure and the extreme difference of ASR for different terrains is over 10 times in January; (5) the spatial differences of ASR are relatively small in summer when a higher sun elevation angle exists and the extreme difference of ASR for different terrains is only 16% in July; and (6) the sequence of topographical influence strength is: winter>autumn>spring>summer.     

Simulation of astronomical solar radiation over Yellow River Basin based on DEM

1IntroductionDistributed watershed hydrological model has become one of the hot topics in hydrology for its predominance in reflecting the influence of the spatial distributed features of terrains on hydrological processes (Wan etal., 2001; Abbott etal., 1986; Beven etal., 1992). However its demands on the spatio-temporal changeful surface elements such as solar radiation, precipitation, temperature etc. are strict. Being the limitations of observation techniques, data availability and study …     

一种基于坡度分析的DEM数字水印算法

提出一种新的基于坡度分析的DEM数字水印算法.该算法以DEM坡度为主要研究对象,由于坡度误差主要集中在平坦地区,而经小波变换后的DEM低频系数信息可反映DEM区域的地形复杂度,因此,通过对DEM低频系数进行分析,可自适应地确定水印的嵌入位置;然后以加性法则将水印信息嵌入低频系数,再经小波逆变换,即可得到含水印信息的DEM数据.实验结果表明,该算法能完全满足水印的不可见性,对DEM数据的高程精度、坡度精度及等高线的提取精度影响都很小,能够满足一定的应用要求,且具有良好的抗噪能力.     

基于数字高程模型的水系提取算法

介绍基于地表径流漫流模型从数字高程模型 (DEM )提取水系的一系列算法。这套算法完成下述功能 :洼地的识别和填充、平地的抬升、水流方向的确定、上游集水面积的确定和河流栅格网络的生成以及水系的生成和水流线等级的确定。