一种以等差分级的DEM填洼算法

DEM的填洼是水系提取中最耗时的过程。真实的地表低高程点通常在空间上相邻,在对低高程栅格进行填洼时,少数栅格的高程值更新会导致级内大量栅格的循环迭代,从而消耗大量运算时间。为了提高DEM的填洼效率,在分级填洼的基础上,提出一种等差分级填洼算法,该算法顾及DEM各级填洼时间呈幂函数逐级递减这一地形规律。算法首先创建一系列数组,数组大小随等差数列递增;然后依次将排序后的DEM数据存放至数组中,由于定义的数组大小逐渐增大,因此,低高程区域被“分割”得很细;最后,当填洼运算从级内转至数组内时,低高程区域细致的划分极大缩短了栅格循环迭代时间,从而使得算法获得了较高的效率。新算法既能有效缩短填洼过程中的迭代时间,又能保证所提取水系的完整性与连贯性。为验证算法的有效性,选用四川省不同地区的SRTM 90 m分辨率DEM作为实验数据,并与已有的DEM分级填洼算法进行对比分析。实验结果显示：当研究区域栅格总数达到两千万个时,本文算法填洼效率提升了50%左右,且随着DEM数据量的增大,算法效率的提升更为明显,与此同时,利用新方法进行填洼后,DEM水文线连续性较强,表明了新方法的有效性。     

一种新的DEM填洼处理算法

原利用DEM对洼地填充的算法处理,往往存在时效率低、计算耗时长等问题,本文拟介绍一种新的算法: 首先用一极大高程水面数据将原始地面DEM数据表面淹没,然后移除DEM上多余的水,最后得到的高程就是填洼处理的高程数据。通过时间复杂度和不同分辨率DEM数据洼地处理执行效率的度量和比较,结果发现这种新算法易于理解和实现,而且比原来的方法更快、更通用。     

以DEM提取流域水系河源的最小误差分析

 目前,以水文模型提取流域水系已成为水文科学研究中的热点问题。但用DEM提取流域水系的方法不能解决流域水系唯一性的问题。故本文在没有流域纸质水系图或遥感数据的前提下,提出以DEM提取流域水系的河源最小误差法,即通过建立实际河源与提取水系河源两点之间的距离误差与网格数大小的相互关系,以两点之间误差最小为原则解决流域水系提取唯一性问题。以晋江流域为例,30m分辨率的数字高程模型(DEM)为基础数据,采用河源最小误差法提取了晋江流域水系。结果表明,最小河流长度为42m时,实际河源与提取水系河源的距离误差达到最小,相应的晋江流域的水系分维值为1.389,表明该法是提取流域水系较合理可行的算法。     

基于DEM的5节点二阶差分坡度算法模型与实验分析

 坡度作为最基本的地形因子,是构建地学分析模型的基础数据,基于格网DEM的坡度计算模型的精度分析一直是地学分析的重要研究内容。本文通过分析计算坡度的 差分模型误差来源及特征,提出了一种新的模型——5节点二阶差分模型。其基本思想是顾及多距离邻近点高程信息,采用5×5分析窗口,建立单倍格网和两倍格网的差分计算线性组合模型。并通过数学分析的理论推导证明该模型可以显著提高计算精度。实验选取典型数学曲面并对其采用不同的分辨率(1m和5m)进行离散化精度验证。计算结果表明,与现有的差分模型相比,5节点二阶差分模型可以显著提高坡度的精度,对应于两种分辨率的DEM,该模型计算坡度的精度可以分别提高7×10⁴倍、3×10³倍以上,表明该模型对于高分辨率DEM数据更为适用。本研究不仅丰富了数字地形分析的方法体系,为相关地学模型分析提供更精确的坡度数据,而且为将来改进地形曲率因子等计算模型提供了一定的参 考和借鉴。     

基于ArcGIS和DEM模型的耕地利用格局分析

基于DEM模型和GIS平台,运用景观生态学基本原理,探究黄土高原小流域不同地形条件下的耕地利用格局以及农户经营行为特征,为促进区域农业的可持续发展奠定基础。结果表明：（1）流域内91.64%的耕地集中于〈1300 m高程范围内,90.61%的耕地分布于〈15°的宜耕区;（2）在〈1200 m高程范围内,〈15°的宜耕区内,耕地类型多样,斑块数最多,内部的斑块组合最复杂;在1200~1300 m高程范围内,15~25°坡度区内斑块的连通性好;〉1300 m高程范围内,〉25°坡度地带内,斑块间的干扰性小,景观的破碎化程度也略高;（3）耕地利用的破碎化现状,深刻影响着农户水保行为、种植行为及兼业行为,使得农户经营行为差异化、区域化明显。因此,流域应加强土地综合整治力度,调整农业经营模式,为耕地资源的高效集约利用及农业规模化经营创造条件。     

平邑县DEM模型的建立及其三维可视化

平邑县境内属于丘陵山区,进行地形三维显示不仅便于用户直观地了解平邑的地形地貌,而且便于用户查询相关信息进行土地利用分析。该文主要介绍利用ArcView3.2进行数字高程模型(DEM)的建立及其三维显示,以及道路、水系等各主要要素的三维显示。     

基于DEM的福建省小流域划分研究

以1∶10万的数字线划图为工作底图,在ARC/INFO软件环境下,采用空间内插法生成福建省的DEM。其在ARC/INFO软件的水文模块环境下,经过数据预处理、流向分析、汇流分析和流域识别等过程,最终自动提取1435个小流域。研究结果表明:在山区,流域界线基本与分水岭吻合,但在平坦地区由于等高线稀疏,加上福建海岸线非常曲折,海湾支离破碎,流域提取的结果不尽人意,流域界线需要人工进一步修正。基于DEM的流域的快速提取,大大节省了的人力、物力,从提取的效率和精度来看都是切实可行的。随着DEM的精度将不断提高,这种方法将为在全省范围内实现流域各自然要素空间组合特征的快速分析与站点观测数据的综合管理,以及流域信息的空间可视化浏览、查询、统计和流域水文模型的应用分析奠定了坚实的基础,从而推动了生态环境保护、生态环境建设等生态环境管理工作的实施。     

基于DEM的广西宁明林地生产力的探讨

文章以广西宁明主要树种马尾松和桉树为例,在GIS技术的支持下,利用高精度的DEM数据快速提取了地形地貌因子参数,基于此建立了马尾松和桉树的生产力估算模型,并预测了研究区域潜在的森林生产力,以期为林业部门营造林树种提供决策依据.     

基于DEM的江苏省平原/丘陵分区与制图

在平原微丘区,丘陵、平原界限的确定是地貌图制作的难点.本文首先指出,地貌的多样性和地区差异性决定了地貌分类的量化指标差异性,通过对比实验,制定一套合理、有效的丘陵、平原量化分类标准.在此基础上,以江苏省1:50 000比例尺25 m分辨率DEM为基本数据源,对全省平原、丘陵进行了划分.通过自动制图综合,完成了江苏省地貌类型图制作.实验结果显示,所提出的分类指标简单、实用,该方法大大提高了丘陵岗地划分效率与精度.     

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地形可视化自增强技术

地形可视化是地形表达、虚拟地理环境与虚拟仿真领域中重要的组成部分.论文首先回顾了DEM地形分析与表达技术,然后重点阐述了如何利用DEM自身解译的地形信息,增强DEM地形等高线图、地形晕渲图等地形可视化效果,突出不同地形特征与细节,实现可量测性和直观性为一体的3维地形表达,提供用户更为直观、准确的地形认知.     

AMMI模型的DEM内插方法不确定性研究

内插模型的精度评价问题一直是DEM内插研究中的热点问题.以往较多的研究关注插值模型本身的精度评价,却忽略了插值模型与应用环境之间的交互作用,例如,普通克里金方法作DEM内插一般精度较差,但是当插值区域平坦时,该方法的插值精度却很高,这表明该方法对平坦地形的插值问题具有较好的适应性.为了分析不同插值模型在不同地形环境下的适用性,本文选取陕北黄土高原地区不同地貌类型的实验样区,应用AMMI模型对不同内插模型的精度,以及对不同地貌类型的适用性进行评价,该模型最大的特点是很好地结合了方差分析与回归分析的特点,特别适合于不同影响因素之间交互作用的分析.实验结果表明,AMMI模型可以有效地分析内插方法与地貌环境对内插精度的交互作用,不同的内插方法对不同的地貌类型区的适用性存在差异.以本文的研究为例,在陕北黄土高原地区最稳定的DEM内插方法是样条函数法,而反距离加权法与Top to Raster方法精度会更高.最后,通过对环境指数与若干地形因子的相关性分析,表明地貌类型区的坡度可以粗略地代表第一环境指数.     

基于DEM中国地势三大阶梯定量划分

"三大阶梯"是对我国地势起伏的总体描述,准确且形象地刻画了中国地势变化的总体特征,然而对于三大阶梯的具体分界线只是有大致描述,一直比较模糊.本文基于我国1:1 000 000DEM数据,利用GIS空间分析方法,实现了对三大阶梯的划分,确定了具体的分界线.实验结果显示利用DEM数据进行三大阶梯的划分可得到确定的分界线,在位置上与传统的三大阶梯基本一致,在细节上更为精细、合理.该研究是对我国小比例尺DEM数据的知识挖掘,同时也丰富了数字地形分析方法的应用.     

基于DEM的福建省土质滑坡敏感性评价

已有滑坡敏感性研究中对评价指标的选取可以归结为气象、水文、地形、地质、植被、人类活动等方面,这些因子指标来源不一,在缺少数据资料地区难以完整收集。针对这个问题,考虑到目前DEM数据的广泛可获得性及其对滑坡评价的重要性,本文仅利用DEM数据及其派生因子,研究土质滑坡敏感性评价的可行性。研究中把评价因子分为2组：第1组数据仅由DEM派生,包括高程、坡度、坡向、地形起伏度、曲率、水流强度指数（Stream Power Index, SPI）、沉积运输指数（Sediment Transport Index, STI）、地形湿度指数（Topographic Wetness Index, TWI）;第2组数据作为对照组,除了包括上述DEM派生的8个因子外,同时加入植被覆盖度、土地利用、土壤类型、年均降雨量因子。本文分别选取逻辑回归模型和证据权法,基于上述2组评价因子,以德化县为例对比2组因子评价结果,利用第1组和第2组数据进行滑坡敏感性评价,结果精度分别为73%和83%。结果表明,仅利用DEM数据进行土质滑坡敏感性评价方法可行,可以为缺乏资料区滑坡敏感性评价提供借鉴。     

基于HASM算法的DEM建模与应用试验

以曲面论为理论基础建立的高精度曲面模型(High Accuracy Surface Modelling,HASM)其插值精度较传统方法提高了多倍,为CAD和GIS系统提供了更有效的曲面模拟工具。但由于HASM需要对研究区域用相同的网格分辨率模拟,且对研究区域内每个网格点建立偏微分方程,因此,计算量和存储量问题严重制约其推广使用。适应法网格精化技术,可以根据模拟区域的地形复杂度或者精度要求调整网格分辨率,即在地形平坦区域用粗网格模拟,在复杂区域用细网格模拟。基于此理论,我们建立了适应算法的HASM。对甘肃省董志塬进行的DEM模拟表明,HASM适应算法能在保证模拟精度的同时,极大地减少了计算时间和降低存储量,从而有效解决了HASM推广使用的计算量和存储量瓶颈问题。     

于DEM光照晕渲模拟的梯田自动提取方法

梯田作为黄土高原最为典型的人工地貌之一,有重要的农业生产和水土保持价值。传统的梯田自动提取仅限于梯田所在区域的范围划定,未能对梯田田坎线实现有效的自动化提取。鉴于此,本文提出了一种基于光照晕渲模拟的梯田快速提取方法。首先,对无人机航测生成的1 m分辨率的数字高程模型（DEM）进行4个方向的光照晕渲模拟,并相加取平均值;然后,通过适当的阈值对均值图像进行二值化,并掩膜掉沟谷等非梯田区域;最后,基于二值化图像自动矢量化得到梯田田坎线,并通过适当的长度阈值进行碎线过滤提高提取精度。本文以陕西省长武县王东沟流域为实验样区进行了实验,结果表明,该方法提取结果的准确率为89.09%,具有较好的提取精度。此外,对该方法涉及到的参数进行了讨论,表明光照模拟的方向角采用2个正交的对称方向对、高度角采用田坎坡度的反正切值、二值化阈值采用t=180-σ的经验公式,可以满足黄土高原的梯田自动快速提取。     

中国地貌基本形态DEM的自动划分研究

我国1∶100万的数字高程模型,是在1∶5万及1∶10万基本地形图上,高精度采集方里网交点高程所构建的1km分辨率地面高程数字矩阵。本文利用该DEM数据及其所派生的多种地貌信息进行地貌形态类型自动划分的技术方法。实验提取地形起伏度、地表切割度、地表粗糙度、高程变异系数、平均坡度、平均高程6个地形因子,并将各因子置于不同的信息层面中,通过主成分分析,ISODATA非监督分类法与Bayesian最大似然监督分类法相结合,对中国地貌的基本形态进行了多维信息综合分类。研究结果表明:①我国1∶100万比例尺DEM在宏观地貌分类方面具有重要的价值和应用潜力;②所提取的地形因子能宏观地反映我国地形的起伏特征,为地貌形态分类提供重要的依据;③采用ISODATA非监督分类法与Bayesian最大似然监督分类法,能有效地实现我国地貌基本形态类型的定量化、自动化划分;④依据数据的统计特征进行分类,较合理地解决了类型模糊的形态实体的归类问题。实验结果不仅揭示了此项技术在地貌形态分类中的巨大潜力,同时对于完善DEM数字地形分析的理论与方法也具有重要的意义。     

正六边形格网DEM下的等高线生成算法及质量评价

正六边形格网由于各向同性、邻接等效、拟合精度高等优点,被作为规则格网DEM数据结构的格网单元,已应用到流向分析、谷地线提取等数字地形分析中,但是其质量检测评价仍没有得到很好的研究,DEM的质量直接影响到后续数据分析结果以及相关决策的正确性与可靠性。使用常规的方法如检查点法、剖面法只能在局部评价DEM的误差情况,无法全面的评价DEM的质量。而等高线能够反映地形地貌的整体情况,因此等高线回放法通过分析回放等高线的质量,进而检测评价DEM的质量,是评价DEM质量的一种相对全面准确的方法。因此,本文将顶点高差标记法应用到六边形DEM格网结构中,为正六边形规则格网DEM提出了一种等高线生成算法,并对正六边形格网DEM的数据质量进行评价和分析。首先,本文利用生成等高线拓扑正确性、与原始等高线贴合度以及弯曲特征保持情况3个指标以评价六边形格网结构下的基于顶点高差标记法所追踪的等高线,其具有无自相交等拓扑错误、与原始等高线贴合度高、弯曲特征保持情况良好等特点,证明了该算法的可行性。此外,本文将该生成方法应用到不同规则格网DEM质量对比中,即基于顶点高差标记方法分别生成四边形DEM和六边形DEM的等高线...