SRTM(1″)DEM在流域水文分析中的适用性研究

高精度的数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据是流域水文分析应用的基础。美国地质调查局新发布了全球高分辨率数字高程数据产品,其空间分辨率为1″(约为30 m)。为评价该数据在流域水文分析中的适用性,以鹤壁汤河流域为实验区,以机载LiDAR DEM数据为参考,统计了SRTM(1″)数据的高程误差,分析了坡度、坡向、地表覆盖等对误差的影响;在基于地形的水文分析中,统计分析了SRTM(1″)数据误差对地形湿度指数、坡度坡长因子以及汇流动力指数等地形指数计算的影响;最后选取流域汇水区面积、最长水流路径长度、形状系数、弯曲度系数等流域特征参数对两种DEM数据提取结果进行了对比。研究表明SRTM(1″)DEM数据具有较高的精度,原始数据均方根误差为5.98 m,在消除平面位移误差后减小为4.32 m。基于地形的水文分析表明SRTM DEM与LiDAR DEM计算结果具有一定的差异,地形湿度指数平均值略高,坡度坡长因子和汇流动力指数平均值偏低,离散度偏小,这与SRTM DEM在微地貌以及高坡度地形区存在失真相关。两种DEM数据提取流域特征参数差异较小。上述研究表明SRTM DEM(1″)数据在流域水文分析中具有较大的应用潜力。     

横断山区地表真实面积与垂直投影面积差异分析 ——以雅江县为例

横断山脉地形起伏复杂,以垂直投影面积作为地表真实面积进行定量计算会产生较大误差。本文以横断山脉中部雅江县为例,基于DEM数据和地表覆盖产品数据集,利用地表粗糙度的地学意义,计算了雅江县不同土地利用类型地表真实面积,并分析了地表真实面积与垂直投影面积之间的差异。结果表明：雅江县地表面积与投影面积的差异与DEM分辨率呈正相关,与海拔呈负相关;坡度是地表面积与投影面积差异的主要影响因素,坡度越大,差异越大,差异的增长速率越大;不同土地利用类型对面积差异有不同程度的影响。     

顾及非线性地形因子的地表面积计算

研究地表面积统计数学模型及其影响因素,消除不同分辨率DEM计算所得地表面积的差异,对综合利用多尺度DEM数据精确统计和监测地表面积具有重要意义。本文研究提出了一种顾及复杂地形因子的地表面积统计方法。该方法首先利用泰勒级数逼近原理对微观地形因子进行最小二乘估计,然后利用这些地形因子对DEM和多边形区域边界进行加密,最后利用加密后的DEM和多边形边界构建地表三角网统计地表面积。试验表明,在局部地形因子显著的山区或丘陵地区,使用不同分辨率DEM所统计的地表面积存在较大的差异,而顾及地形因子的地表面积统计方法可明显提高低分辨率DEM地表面积统计精度。     

基于DEM量算耕地坡度的误差分析

坡度是最基本的地形因子之一。本文介绍了基于DEM的坡度计算方法,对坡度分级统计中的误差来源分类进行分析,并实验分析其DEM精度,以及各误差因素对坡度统计计算的影响。     

顾及DEM误差自相关的坡度计算模型精度分析

基于DEM的坡度计算,其误差来源于DEM误差、DEM结构和坡度计算模型。在顾及DEM误差自相关的前提下,对四种DEM坡度计算模型进行了分析和评价。研究表明,三阶不带权差分能给出较高的坡度计算精度;在局部窗口中,格网点数量越多,坡度计算越准确;等权比不等权的坡度计算模型更准确;DEM误差自相关结构形式对坡度计算无影响。进一步的理论分析和试验分析还表明：DEM误差自相关性的存在,不仅能够改善地形分析的精度,也能改善DEM自身精度。     

中国地区3"SRTM高程误差特征

系统评估了中国地区航天飞机雷达地形测绘任务（Shuttle Radar Topography Mision,SRTM）3″高程误差的分布及其与地形和地表覆盖因素的关系。通过单因子分析法,使用从50多万个样本点中提取的地表特征属性确定误差的变化规律。结果显示:SRTM高程误差与不同地形和地表覆盖类型关系密切;坡度增大误差由正变负,误差绝对值增大;正误差集中在偏北坡向,负误差集中在西南坡向;误差随植被覆盖增加而增大;冰川、沙漠、湿地区域误差整体为负,城镇建筑区的误差整体为正;坡度作为主导因素,同时影响其他因素对高程误差的作用。数据在某些区域存在明显高程异常,在平坦地区存在条带现象。整体上SRTM高程误差在中国地区呈现复杂的变化规律。     

绿色空间生态服务与地形因子的相关性分析

绿色空间生态服务(green space ecosystem services,GSES)与地形因子(坡度、海拔、坡向)有密切的关系,研究其关系对区域生态服务功能的修复、完善和可持续发展具有重要意义。通过奉化市绿色空间地类的划分和生态服务的计算模型获得GSES的价值。利用GIS技术提取坡度、海拔、坡向3个地形因子,同时分别获得每个因子对应的GSES值,最后选择Spearman相关分析模型对GSES价值与地形因子值进行检验。结果显示,奉化市GSES价值在空间上呈现出东北部、东南部GSES价值最低,西部、南部GSES价值较高的格局;GSES价值与地形因子的相关性强度表现为:坡度海拔坡向。同时由于海拔、坡度和坡向的变化导致温度、水分和太阳辐射在地表发生变化,并致使生态服务空间格局随海拔、坡度和坡向的变化呈现一定的规律性。     

基于DEM坡度坡向算法精度的分析研究

坡度坡向是两个最基本的地形因子,目前对DEM坡度坡向计算模型和精度存在一些不同的甚至矛盾的观点,其原因在于没有区分误差来源和分析评价方法的不同.本文对DEM坡度坡向误差进行了理论分析,并通过实验数据对相关结论进行了验证.旨在澄清目前关于坡度坡向计算模型上的矛盾结论.     

DEM网格尺寸对地形因子精度的影响分析

本文以四川省为研究区,基于SRTM数据和GDEM数据,选取5种不同网格尺寸提取坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率和地表粗糙度等地形因子,比较DEM网格尺寸变化对提取的地形因子计算结果的误差。研究表明,DEM网格尺寸的增大增加了DEM对地形信息的概括,提取的地形因子准确性降低;但是网格尺寸如果过小,会导致数据量快速增大,浪费大量时间和计算机资源。所以在生产实践中,应综合考虑多种因素选择适宜的网格尺寸。     

小波派生多尺度DEM的精度分析

利用陕北5 m分辨率DEM数据为基本数据,对Haar小波派生出一系列更低分辨率DEM进行复合精度分析。通过等高线套合、数据中误差以及表面重合指数等方法,分析其高程采样误差与空间分布;通过分析对比其在所提取的地面坡度、沟谷网络等地形因子上的差异,分析其地形描述误差。研究结果显示:小波派生多尺度DEM在精度的颓减上呈现指数形的变异规律,当达到三级重构DEM(40 m分辨率)时,其精度仍优于1:5万(25 m分辨率)DEM。该结果对于实现地形的有效简化与掌握多尺度DEM不确定性规律具有一定的意义。     

基于地统计学的黄土高原地貌分异规律研究

地统计分析是研究区域化变量的重要手段,以陕北黄土高原为研究区域,采用数字地形分析结合地统计学的方法进行地形空间分异规律研究.选取神木、绥德、延川、甘泉、宜君、长武、淳化7个样区,从变程、偏基台值、块金值3个指标,分析了黄土高原地区高程、坡度、剖面曲率和平面曲率在空间上的分异规律.结果表明,高程的块金值变化与地形粗糙度存...     

基于地形特征的采煤沉陷盆地构建与水平移动信息智能提取方法

在西部黄土高原复杂地形地貌下构建采煤沉陷盆地和提取水平位移的难度较大,传统地表沉降监测手段只能获取线状数据,效率低,而重复轨道合成孔径雷达干涉测量技术在大梯度形变区域易出现失相干现象,难以达到矿区地表沉降监测精度要求。提出了一种基于无人机载激光雷达点云数据构建沉陷盆地和提取水平位移的方法。结合多地形因子构建深度神经网络（deep neural network,DNN）模型,提取沉陷盆地构建过程中受地形影响较小的特征稳定区,利用较优插值算法对稳定区进行拟合,得到完整沉陷盆地。为了提取采煤地表水平移动信息,将二进制形状上下文特征描述算子与多地形因子融合起来,以改进特征匹配算法。基于此设计地表水平移动提取方案,提取主断面水平移动信息,同时对水平移动提取误差与点云密度、地形因子进行定量分析。榆神矿区结果表明,利用结合地形因子的DNN模型能有效提取特征稳定区,在复杂地貌下减小了沉陷建模误差,为构建采煤沉陷盆地提供了一种新方法;利用融合地形特征的改进特征匹配算法提取的水平移动曲线符合采煤沉陷水平移动基本规律,与水平移动偏差相关性较强的地形因子可用于衡量改进特征匹配算法对水平移动提取误差的大小。     

坡度随水平分辨率变化及其空间格局研究

以黄土丘陵沟壑区的县南沟流域为研究区,基于1∶1万地形图,利用ANUDEM软件生成5m到200m分辨率DEM,并利用Arc/Info中计算坡度的方法提取了各种分辨率的坡度。研究表明,随着DEM分辨率的降低,单个样点坡度值表现出不确定性,但同一坡度级所有栅格点的坡度均值呈现一定的规律性,低坡度段表现为先升高后降低,中坡度段呈现微弱变化,陡坡度段呈现对数降低趋势;沟沿线上坡度值呈比较剧烈的下降趋势、分水线和流水线上坡度缓慢下降。     

The Effect of DEM Raster Resolution on First Order, Second Order and Compound Terrain Derivatives

It is well known that the grid cell size of a raster digital elevation model has significant effects on derived terrain variables such as slope, aspect, plan and profile curvature or the wetness index. In this paper the quality of DEMs derived from the interpolation of photogrammetrically derived elevation points in Alberta, Canada, is tested. DEMs with grid cell sizes ranging from 100 to 5 m were interpolated from 100 m regularly spaced elevation points and numerous surface‐specific point elevations using the ANUDEM interpolation method. In order to identify the grid resolution that matches the information content of the source data, three approaches were applied: density analysis of point elevations, an analysis of cumulative frequency distributions using the Kolmogorov‐Smirnov test and the root mean square slope measure. Results reveal that the optimum grid cell size is between 5 and 20 m, depending on terrain com‐plexity and terrain derivative. Terrain variables based on 100 m regularly sampled elevation points are compared to an independent high‐resolution DEM used as a benchmark. Subsequent correlation analysis reveals that only elevation and local slope have a strong positive relationship while all other terrain derivatives are not represented realistically when derived from a coarse DEM. Calculations of root mean square errors and relative root mean square errors further quantify the quality of terrain derivatives.     

影响黄土高原集水面积阈值的地形因子主成分分析

以ASTER GDEM为信息源、22个典型小流域为样区,分析黄土高原集水面积阈值与沟谷密度的关系,利用均值变点法确定最佳阈值,探讨了影响阈值的数字高程模型（digital elevation model,DEM）地形因子主成分。结果表明,集水面积阈值由北向南、自东向西逐步增大,宏观上受黄土高原地貌类型制约,地形因子对其的影响成分归纳为坡面、起伏及高程变异因子。坡面因子的最大值与阈值正相关,坡度>粗糙度>地形曲率>平面曲率>剖面曲率。起伏因子的均值与阈值正相关,起伏度>切割深度。高程变异因子与阈值负相关。三者的主成分贡献率依次为58.754%、18.915%、11.388%,权重为0.527、0.229、-0.569。研究表明,坡面特征是影响黄土沟谷发育的重要因子。     

MODIS产品估算复杂地形下的光合有效辐射

提出基于MODIS大气和地表产品反演高精度复杂地形下的光合有效辐射模型。该方法是对普通的大气传输模型进行简化, 在模型中分别考虑了削减光合有效辐射的5个主要因子: 瑞利散射、臭氧和水汽吸收、气溶胶散射以及地表和大气间的多次反射。从3个方面考虑了复杂地形对于光合有效辐射的影响: (1) 坡度和坡向; (2) 天空可视角; (3) 邻近地形的附加辐射。提取2006年晴空条件下的估算结果与中国生态网络山东禹城站和长白山站的实测值的比较, 得到相关系数分别为0.924和0.9, 表明模型反演结果能够较好地解译实际光合有效辐射的变化。通过比较考虑地形和不考虑地形2种情况得到的光合有效辐射, 定量地分析了地形对光合有效辐射的影响。     

一种顾及矿区地形特征的开采沉陷三维可视化实现方法

针对已有开采沉陷三维可视化方法中不能考虑矿区三维地形特征的不足,本文通过计算机语言编制开采沉陷预计程序对矿区地表点进行三维坐标变形预计计算与坐标融合计算,并基于数据传输的方式与ArcGIS进行结合,实现了顾及矿区三维地形特征的开采沉陷三维可视化。利用该方法生成的三维表面,克服了已有开采沉陷三维可视化方法中不能表现矿区地表塌陷后移动和变形状况的不足,而且能充分利用ArcGIS强大的空间分析与空间数据查询功能,实现了GIS在开采沉陷领域中的良好应用。     

基于填挖方分析的DEM精度评价模型

针对DEM高程中误差评价指标的不足,提出了一种基于填挖方分析的DEM精度评价模型以及计算方法,将DEM填挖方误差E_c定义为待评价DEM与参考DEM在同一区域的三维体积差异和与该区域面积之商。探究了DEM填挖方误差和DEM分辨率R以及地形平均坡度S之间的关系,得到DEM填挖方误差的定量估算模型为E_c=0.004 8·R·S。实验表明,模型估算精度达95.85%以上。该模型为在不同地形条件下,确定满足限差要求的DEM分辨率提供了依据。     

栅格DEM坡体因子融合方法北大核心CSCD

坡体是自然地形实体的基本组成单元,利用综合性坡体因子分析和挖掘地形隐含信息,有助于区域地形地貌分析及规划利用。本文针对当前坡体综合表达因子(LS)未顾及坡宽因子的缺陷,采用归一化几何运算法将坡长(L)、坡度(S)、坡宽(W)进行融合,获取了一种新的坡体融合因子LSW。以DEM为数据源、黄土高原某小流域局部范围为典型研究区,在提取L、S、W及LS因子的基础上,分别以L×S×W、L+S+W、LS×W及LS+W共4种方式进行融合试验。结果表明,L+S+W融合方式获取的坡体LSW因子标准差矩阵均值最小,为0.234 4,有效平衡了各单地形因子对融合坡体因子LSW的贡献度,信息熵值计算分析也实证了L+S+W融合方式具有最优性。     

基于栅格DEM的地形特征提取与分析

以陕北延安地区燕儿沟流域为实验样区,运用比较分析法和数理统计法进行基于栅格DEM的地形特征提取和分析,以及DEM分辨率对地形特征的影响,并计算和比较了地形特征的空间统计分布。研究表明:一个相对真实的DEM能够通过修改生成DEM的基本材料,以及对DEM进行再加工而获得。由于DEM分辨率的不同,由此得到的地形特征值(如坡度、地形指数、河网密度等)在统计特性上也会随之变化。随着DEM分辨率的降低,坡度减小,地形坦化,地形指数均值变大,流域总面积变大,子流域数量减少,河流总长度减小,河网密度降低。