地形扫描数据TIN模型生成DEM的误差计算方法

由地表三维空间数据生产的数字高程模型(DEM)的误差包括从数据误差传递来的误差和因数据数量不足以反映地形起伏造成的信息损失误差。本文给出了由三维空间数据的不规则三角网(TIN)模型栅格化为DEM过程中,通过线性插值将数据随机误差传递到DEM栅格上的随机误差的解析解,同时利用地基激光扫描仪测量的冲沟地形数据点云,分析得出因信息损失产生的DEM系统和随机误差的估算方法。结果显示信息损失产生的DEM平均高程系统误差和随机误差都与有效测点密度有关,其中有效测点由TIN中包含DEM栅格中心点的所有三角面的3个顶点组成;信息损失产生的DEM平均高程系统误差和随机误差除与有效测点密度相关外,还与地形特征有关,平均高程系统误差与地形整体凹度参数有关,随机误差与地形整体起伏程度参数有关。建立了分辨率为0.1 m×0.1 m的DEM误差估算模型。     

基于1∶10000地形数据更新1∶50000 DEM的研究试验

对1:50 000 DEM数据库的现状进行了分析,提出了利用1:10 000地形数据更新1:50 000 DEM的主要内容和两种方法,简要介绍了地形变化检测方法。通过对试验区规则格网DEM成果的精度检查验证了方法的可行性。客观分析了本次试验的特点和不足,为以后大比例尺地形数据更新小比例尺DEM等相关工作提供了技术参考。     

DEM地形描述误差(Et)计算模型研究

论文依据DEM地形描述误差（简称Et）的产生机理,在分析现有Et计算模型的基础上,研究建立了顾及DEM格网布设位置的新型Et计算模型,同时以1:5万黄土丘陵地形为例,采用对比分析法揭示了DEM高程插值模型对Et计算结果准确性的影响。实验测试表明：（1）模型能有效地解算出Et的标准差、平均值、最大值、最小值等指标,准确展示出Et的空间分布特征,有助于实现DEM地形描述质量与应用不确定性的分区评价;（2）与双线性、三次卷积、局部二次多项式等常用DEM插值模型相比,以4×4 DEM格网单元为搜索圆的完全规则样条函数插值模型所重构的DEM地表形态,能更为理想地反映Et的量值大小和空间分布。     

DEM数据误差与地形描述误差对坡度精度的影响

数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的数据误差和地形描述误差是两种不同性质的误差.本文以模拟实验获得的高精度DEM为数据源,分析坡度计算精度与DEM数据误差和地形描述误差的耦合关系.研究表明:DEM数据误差和地形描述误差对坡度精度影响是一个反向作用的过程.随着DEM格网的增大,数据误差的影响逐渐减小,地形描述误差的影响逐渐增大;在起伏变化地形区域,坡度误差先减小后增大,且存在一个最佳大小的格网,此时坡度误差最小.最佳格网的大小与DEM数据误差大小和地形起伏变化的复杂程度密切相关.研究结果表明,基于DEM提取坡度的误差来源与误差性质,对正确估算坡度精度具有很好的实际意义.     

基于1:10000地形数据更新1:50000DEM的研究试验

对1∶50 000 DEM数据库的现状进行了分析,提出了利用1∶10 000地形数据更新1∶50 000 DEM的主要内容和两种方法,简要介绍了地形变化检测方法.通过对试验区规则格网DEM成果的精度检查验证了方法的可行性.客观分析了本次试验的特点和不足,为以后大比例尺地形数据更新小比例尺DEM等相关工作提供了技术参考.     

顾及多分析尺度的地形部位面向对象分类方法

地形部位是地表形态的基本单元,其分类和提取在地貌发育、数字土壤制图、景观生态制图等领域有着重要的应用。康鑫等提出的多尺度Geomorphons地形部位分类法（简称多尺度Geomorphons法）利用高程相对差异信息和地形部位多尺度特征,可避免受地形属性计算及单一分析尺度约束而误分类,然而其存在分类破碎及分析尺度域难以确定的问题。基于此,本文以多尺度Geomorphons法为基础,提出了其适宜分析尺度域确定方法,建立了以初始地形部位数据层组合的对象多尺度分割和分类方法,进而构建了顾及多分析尺度的地形部位面向对象分类方法。以陕北黄土高原区域5 m分辨率DEM为实验数据,对面向对象分类方法进行了验证与评价。实验结果表明：①均值变点法可有效解决分析尺度域难以确定的问题,实验样区适宜分析尺度域为[5×5, 33×33]栅格单元;②以0,255为二值化的地形部位数据层组合适用于多尺度分割,尺度、形状及紧致度参数组合影响分割结果,且对于实验样区存在最优分割参数;③与多尺度Geomorphons法相比,本文方法得到的地形部位分类结果完整性较好,在地表形态对应和地理认知等方面更具合理性。     

1∶50000地形要素数据的变化检测方法的设计与实现

结合国家1∶50 000数据库更新工程,研究和探讨了地形要素数据变化检测的内容、技术方法,并设计和实现了一套基于矢量栅格化比较的变化检测方法,对全国的不同时期的1∶50 000地形要素数据(DLG)进行了变化检测。     

DEM栅格单元异质性对地形湿度指数提取的影响分析

 地形湿度指数可定量模拟流域内土壤水分的干湿状况,是静态土壤含水量的最常用指标,具有明确的物理意义。但是,由于DEM本身的结构特点,其提取的地形湿度指数具有尺度依赖性。本文主要探讨因DEM水平分辨率不同而导致的DEM栅格单元异质性,对地形湿度指数提取的影响。以厦门市地貌类型比较复杂的西源溪流域为实验区,使用1 ∶1万等高线生成的2.5m和20m分辨率DEM数据,分别提取地形湿度指数并计算栅格单元地形异质性指数,分析DEM栅格单元异质性指数与地形湿度指数之间的关系。研究表明,基于高程标准差、地势起伏度、景观破碎度和多样性的栅格单元异质性指数与地形湿度指数偏差之间均存在显著的负相关性,这4个异质性指数对地形湿度指数差值的对数回归模拟效果良好且显著有效。这对低分辨率DEM提取地形湿度指数的误差纠正,以及描述区域土壤含水量等地形湿度指数的应用研究具有积极意义。     

中国大陆地区TanDEM-X 90 m DEM误差空间分布特征

TanDEM-X 90 m 数字高程模型（DEM）在其原始雷达影像的采集与DEM产品生产过程中,坡度、坡向和地表覆盖物等 因素都会对误差产生一定的影响。为了便于该数据更好地为各领域的研究提供服务,本文以整个中国大陆为研究区域,运用ICESat/GLA14数据对该区域的TanDEM-X 90 m DEM对应位置的高程数据进行提取统计,对比分析了我国陆地区域 TanDEM-X DEM数据与GLA14高程点数据的整体误差精度,并提取坡度、坡向地形因子,研究TanDEM-X 90 m DEM误差在不同坡度、不同坡向以及不同地表覆盖物影响下的分布规律。结果表明：① TanDEM-X 90 m DEM在中国区域整体的绝对误差均值为3.89 m,中误差为9.03 m,标准差为8.85 m; ② 受地形因子的影响,在坡度<3°时,绝对误差均值仅为1.29 m,标准差为2.84 m; 在坡度>25°时,绝对误差均值20 m以上,标准差也达到30 m左右,即误差随着坡度的上升逐渐增大;③ 坡向对误差也有一定影响,在南北方向的绝对误差均值明显比东西方向小;④ 受地表覆盖物影响较大,在荒地误差最小,绝对误差均值仅为 1.85 m,但在冰川积雪区绝对误差均值达到12.68 m。通过与无人机获取的等高线及剖面图对比分析发现,TanDEM-X 90 m DEM能较好地反映真实地形情况。最后,根据不同影响因素的权值,绘制全国范围的TanDEM-X 90 m DEM误差绝对值分布图,且验证了可靠性。     

基于DEM和地统计的森林资源空间格局分析--以武夷山山区为例

鉴于森林资源空间分布与地形的紧密相关,本文采用DEN与地统计学方法探讨武夷山森林主要树种蓄积量的空间格局。研究结果表明,地带性植被阔叶树由于受人为干扰趋向分布于高海拔、坡度陡的山地:杉木林在长年人工经营的过程中,逐渐占据林分的首要地位,因此主要分布在500m以下的低山丘陵:马尾松适生性较广,且明显倾向分布于(半)阳坡。地统计的分析发现各向同性的块金方差与基台值之比为0.5,即随机因素和空间自相关引起的空间异质性均各占一半,变程约24kin。在各向异性的变异中,0°和45°方向的曲线变化规律一致,随着空间距离的增加,半变异函数上升,达到基台值附近趋平,但90°和135°方向上,曲线的斜率则急剧上升。结果表明,虽然武夷山林区本身优越的地带性自然条件带来丰富多样的森林资源,地形也深刻影响着树木的天然分布,但是源于森林经营和管理的人为选择,较大程度地改变了武夷山林区森林天然的空间分布格局,森林蓄积量的空间异质性并不十分明显。由此可推断,随着城镇和经济的不断发展,该区域植被的水平地带性特征将愈加模糊,森林资源的异质性也将日渐减少。     

1961-2013年东北与华北气温变化速度空间差异

全球气候的不断变化使得生物生境受到极大影响。气温作为最基本的气候要素,其变化迁移会胁迫生物对此做出响应,造成生物群落的迁徙。气温变化速度将气温看作物质的运动,能够直观地表示气温时空变化特征,对研究生物分布地理界限变化具有重要的指导意义。本文利用1961-2013年的全国每月平均温度数据集,分析了过去50多年中国东北与华北地区之间气温变化速度的区域差异。结果表明：东北与华北两地区整体气温变化速度均值为5.60 km/year,速度范围主要集中于0~9 km/year之间,约占总数的90%。东北地区气温变化速度均值大于华北地区。其中,东北速度均值为5.85 km/year,华北为5.41 km/year。从区域内部来看,东北地区气温变化速度整体较高,三省中黑龙江与吉林速度较高,辽宁省速度变化相对较小。华北气温变化速度高值区域主要分布在内蒙古高原与河北、天津的小部分地区,其他地区的气温变化速度则相对较小。     

中国区域TanDEM-X 90 m DEM高程精度评价及其适用性分析

数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)是地球表层系统科学相关研究的基础数据,DEM数据精度的定量评价对科学选择DEM数据源、量化数据误差的影响等具有重要意义.在目前全球尺度可免费获取的DEM数据中,2018年发布的TanDEM-X 90 m DEM(TanDEM-X 90)数据凭借其较好...     

民国中期湖南洞庭湖区耕地空间格局重建

土地覆被变化是影响气候系统的重要因素,在全球气候变化研究中具有重要的研究意义,网格化的历史土地利用数据集广泛应用于各类全球变化模式。本文以民国中期军事地形图为基础数据源,以现代行政区划为底图,重建了该时期湖南洞庭湖地区耕地的空间分布。同时为了与最新的HYDE 3.1数据集进行对比,在此基础上获得空间分辨率为10 km×10 km的耕地数据,结果表明：① 民国中期湖南洞庭湖区总耕地面积约为11 432.01 km ²,占研究区域面积的44%,其中汉寿县、华容县、鼎城区和澧县等地耕地面积分布最多,且以围堤耕地为主。分布相对较少的地区有临澧县、汨罗市、岳阳县,以非围堤耕地为主;② 该时段内洞庭湖区耕地垦殖率较大,最大值超过90%,其中高垦区（垦殖率>40%）范围占研究区面积61%,且主要分布在河湖港汊和冲积平原地貌单元上;中低垦区（<=40%）范围占研究区面积39%,主要分布在环湖丘陵地貌单元上;③ 与HYDE 3.1数据对比发现,单位格网（10 km×10 km）内重建的耕地面积结果误差大于40%的比例为17%,且表现为受河流分布影响为主。湖区相对周围重建结果差异更大,HYDE 3.1数据集重建区域尺度较大,较难考虑到小区域范围的水系分布状况,导致其在湖南洞庭湖区重建精度相对较低。