地形因子与DEM分辨率关系的初步研究——以蒙阴县为例

以蒙阴县为研究区探讨坡度、坡长、坡向、汇水面积随DEM分辨率的变化.基于1:5万地形图利用ANUDEM建立多种分辨率的DEM.分辨率水平包括10,15,20,25,30,40,50,75,100,150,200,250,300,400,500,750,1000 m,基于上述DEM提取坡度、坡长、坡向、汇水面积,探讨其随分辨率的变化规律.结果表明:随分辨率降低,平均坡度呈对数函数衰减,坡度向低坡度范围集中,平均坡长增大且在高分辨率范围内较剧烈,坡长向较长坡长范围集中,分辨率200 m以坡向统计信息受分辨率降低的影响小于10%.随DEM分辨率降低平均汇水面积呈线性增大,且不同汇水面积等级所占面积的变化规律不同.     

基于四种分辨率DEM的侵蚀模型地形因子差异分析

通过提取江西省兴国县潋水河流域10 m、25 m、50 m和100 m四种分辨率数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)的坡度、坡长因子,在GIS数字地形分析和数理分析等方法支持下,研究不同分辨率DEM计算坡度坡长组合因子(LS)的精度差异。结果表明:(1)基于4种分辨率DEM提取的坡度结果存在明显差异,随分辨率的降低,坡度整体变缓,DEM精度越低,对地形的概括作用越大,100 m分辨率DEM平均坡度降为10m分辨率DEM平均坡度的45.04%。(2)流域坡长以0~80 m的短坡为主,随着分辨率的降低,地面坡长明显整体延伸。(3)不同分辨率DEM计算的LS因子平均值变化范围为6.10~7.10,坡度和坡长的组合消弱了单一坡度和坡长的影响,随着地形起伏程度增大,在LS因子计算过程中,坡度的主导作用越来越弱,坡长的主导作用越来越强。     

DEM分辨率对白马小流域坡度与坡向提取的影响

DEM是进行地形研究的重要基础,其分辨率大小会直接影响坡度、坡向等地形因子的提取结果。以山西省平顺县白马小流域为研究对象,利用1∶10 000地形图和Region Manager,建立了5 m、10 m、15 m、20m、25 m、30 m、35 m、40 m、45 m、50 m等不同分辨率水平的DEM,进行坡度、坡向提取。结果表明:随着DEM分辨率的降低,坡度向低坡度范围集中;坡向受分辨率变化的影响不大。本项研究结果,可为正确应用DEM提供指导。     

考虑坡度变换的中低分辨率地形湿度指数提取

基于中低分辨率的DEM提取地形湿度指数,对于区域土壤侵蚀因子和区域土壤侵蚀模型等研究有着重要的意义.但随着DEM分辨率的降低,坡度趋于平缓,单元栅格高程信息的改变也会影响单元汇流面积的计算,基于中低分辨率提取地形湿度指数必须考虑这两方面的影响.以1:5万数字地形图分别构TIN得到分辨率为10,20,40和60 m的DEM,进行频率和累计频率统计,以10 m分辨率DEM为参考对其它分辨率DEM做坡度变换,提出根据高分辨率DEM若干栅格的单元汇流面积的均值作为低分辨率DEM的单元汇流面积,根据这两方面对地形湿度指数进行了改正.     

陕北黄土区SRTMDEM精度对不同地形因子的响应

以陕北黄土沟壑区域作为研究区,以1弧秒SRTM DEM数据作为研究对象,以ICESat/GLAS的GLA14高程数据作为高程参考数据,利用地理探测器的空间分异性研究方法,来研究高程、坡度、坡向、总曲率、剖面曲率以及平面曲率等地形因子对SRTM DEM数据精度的影响,并结合其影响研究了地表粗糙度与SRTM DEM精度之间的相关关系。结果表明:源数据SRTM DEM在研究区范围内系统误差为(0.470±9.520) m,精度为9.531 m。单地形因子对SRTM DEM精度的影响要比不同因子两两综合的影响小,其中坡度因子和曲率因子对精度的影响程度较大,高程、坡向因子对精度的影响程度较小。分形维数较常见的几种地形因子对数据精度的影响程度更大,分形维数与数据中误差呈现二次多项式的关系,并且随着分形维数的增加,SRTM DEM中误差逐渐增大,增长率逐渐减小,直到峰值。     

DEM分辨率对地形因子提取精度的影响

为揭示DEM分辨率对地形因子(LS)提取精度的影响,本研究将30 m分辨率DEM数据进行重采样,分别计算30、60、90、120、250、500和1 000m 7个不同分辨率下我国黑土区、黄土区和红壤区的LS因子值,分析3个土壤类型区LS因子随着DEM分辨率变化的特点,并进一步研究LS因子与坡度和坡长的相关性及其空间分布情况.结果表明:黑土区LS因子值最小、黄土区次之,红壤区LS因子值最大;坡度因子比坡长因子对DEM分辨率的变化更为敏感,随着分辨率的降低,L因子值整体变化不大,有轻微先增大后减小趋势,S因子值和LS因子标准差均呈现降低态势;随着DEM分辨率降低,3个土壤类型区的LS因子值均逐渐减小,当分辨率由30 m下降到1 000 m时,LS因子值可降至原来的1/6 ～ 1/3;DEM分辨率为30 m时,LS与坡度的相关系数在0.78～0.86之间(P＜0.05),与坡长的相关系数在0.34 ～0.46之间(P＜0.05),随着DEM分辨率的降低,LS因子与坡长和坡度的相关系数均有明显的降低趋势.在应用土壤流失模型过程中,DEM分辨率对LS因子值的影响不可忽视,研究结果对于大中尺度研究中DEM分辨率选取和参数修正具有一定的参考和借鉴价值.     

不同栅格分辨率数字坡度模型转换图谱研究

以陕北绥德县韭园沟流域为试验样区，采用1：1万比例尺、5m分辨率DEM所提取的坡度为准值，研究该地区在同一比例尺、不同水平分辨率条件下DEM提取坡度因子的精度特征。该研究获得不同栅格分辨率DEM所提取地面坡度统计值的转换图谱。该成果对于正确估算DEM提取坡度等地形因子的精度与应用适用性，对于其它若干应用标准的制定，提供了重要的依据。     

基于滤波方法的DEM尺度变换方法研究

针对水土流失评价中地形因子的尺度效应问题,引入数字图像处理中的滤波分析方法,对5m分辨率DEM进行了滤波处理,并通过地形综合特征分析,坡度、曲率制图统计分析,派生等高线与河流提取统计分析等方法,对滤波处理的综合效果进行了分析论证。结果表明,利用滤波方法可以实现对高分辨率DEM的综合,利用比例尺因子为5或者10的处理,其结果与10m分辨率DEM或1：5万地形图在反映地形起伏方面相似。     

区域水土流失地形因子的地图学分析

地形是影响区域水土流失的主要因子,基于中小栅格DEM提取的坡度是区域水土流失地形因子的主要指标之一。根据地貌学和地图制图学论文分析和对地形图及其DEM图形分析表明,在一定比例尺范围内（1∶1万~1∶25万）,多种比例尺的地形图均能表现区域地形的宏观结构特征;随着DEM分辨率的降低,在DEM上量算得到的坡度不断趋于平缓;由于制图综合不直接影响高程的数值,所以中小栅格DEM表现地面起伏的能力是存在的,只是发生了一定的变形而已。     

DEM栅格分辨率对丘陵山地区定量土壤-景观模型的影响

基于数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）的定量土壤-景观模型的精度依赖于DEM栅格分辨率,而DEM栅格分辨率如何影响土壤-景观模型及其预测精度目前研究较少。以西南丘陵山地区一典型汇水盆地为研究对象,以该区2.5、5、10、20和30 m DEM为基础,利用逐步线性回归方法建立起研究区不同分辨率下的定量土壤-景观模型,并应用这些模型预测研究区内土壤表层碱解氮含量的空间分布,进而比较DEM不同分辨率下土壤-景观模型及其预测精度。结果表明,随着DEM栅格分辨率的降低,比汇水面积、地形湿度指数的均值逐渐增加;平均坡度逐渐降低;曲率变化的范围逐渐减小。地形指数的这一变化规律对土壤-景观模型及其预测结果产生显著影响,模型的校正决定系数、平均绝对误差和均方根误差都以5 m栅格分辨率为转折点,分辨率低于5 m,模型的校正决定系数显著减小,平均绝对误差和均方根误差显著增加。     

黄土丘陵沟壑区1∶1万及1∶5万比例尺DEM地形信息容量对比

黄土丘陵沟壑区地形变化异常复杂 ,1∶5万地形图对原始 1∶1万地形图等高线形态综合、取舍程度很大 ,这些都在不同程度上影响了地形分析结果的准确性。以高精度的 1∶1万比例尺DEM为校准值 ,运用 1∶1万及 1∶5万比例尺DEM叠合比较分析的方法 ,研究 1∶5万DEM的地形信息容量及提取不同地形要素的精度。试验结果表明 ,在黄土丘陵区 ,与 1∶1万DEM相比 ,1∶5万DEM在所提取的地面坡度、地面曲率、沟壑量等地形定量指标方面均都存在着较大的误差。     

DEM提取坡度产生的边缘效应分析

由DEM提取地形因子时一般采取3×3窗口分析运算,导致得到的地形因子矩阵在边缘上存在明显边缘误差。以黄土高原不同地貌类型区坡度的提取为例,研究基于1∶10 000和1∶50 000比例尺DEM提取坡度时所产生的边缘效应,分析了边缘效应与DEM分辨率、区域面积及区域地貌特征之间的关系,提出了解决或改善边缘效应的方法。用2个指标量化了边缘效应:一是平均坡度的变化值;二是边缘部分坡度提取的中误差。试验结果显示:平均坡度的变化值与DEM分辨率、区域面积及区域地貌特征之间有较明显的相关关系,即分辨率越高、区域面积越大,地面起伏越小,则边缘效应对整个区域平均坡度的影响就越小;而边缘部分坡度提取的中误差与区域面积没有明显的稳定相关关系,但与DEM分辨率和区域地貌特征之间存在较明显相关关系,即分辨率越高,地面起伏越大,则边缘上坡度提取的中误差越大。     

DEM网格尺寸对地形因子影响研究——以北京市延庆县八达岭小流域为例

DEM包含了大量地形信息是地形分析的基本资料.众所周知DEM网格愈小,愈能反映地貌起伏变化的细节,对地形的描述愈准确,但是随着DEM精度的增加,数据量将以几何级数递增,所需要的时间、人力以及占用的计算机容量都大大增加,从某种意义上来说,是对计算机资源的浪费.因此DEM网格尺寸对地形因子精度的影响以及选择适宜的网格尺寸在实际应用中就至关重要了.以北京市延庆县八达岭小流域为例,不考虑DEM采样点上高程误差,采用1:10000大比例尺,运用统计分析方法,比较当DEM网格尺寸变化时,对坡度,坡向,剖面曲率和平面曲率计算结果的误差,分析网格尺寸的变化与坡度,坡向,剖面曲率和平面曲率计算结果之间定性定量关系.从精度和栅格数据量两个方面选择适宜网格尺寸范围为5～10cm.此研究对实际应用中DEM网格尺寸选择有一定指导意义.     

黄土丘陵沟壑区1∶1万及1∶5万比例尺DEM地形信息容量对比

黄土丘陵沟壑区地形变化异常复杂，1：5万地形图对原始1：1万地形图等高线形态综合、取舍程度很大，这些都在不同程度上影响了地形分析结果的准确性。以高精度的1：1万比例尺DEM为校准植，运用1：1万及1：5万比例尺DEM叠合比较分析的方法，研究1：5万DEM的地形信息容量及提取不同地形要素的精度。试验结果表明，在黄土丘陵区，与1：1万DEM相比，1：5万DEM在所提取的地面坡度、地面曲率、沟壑量等地形定量指标方面均都存在着较大的误差。     

基于GIS的县域土地利用与地形因子关系研究--以陕西省黄陵县为例

以陕西省黄陵县为研究区,基于研究区的DEM和土地利用现状图,利用ArcGIS提取了该区的地形特征(高程、坡度和坡向)及土地利用信息,并将各地形特征与土地利用信息进行了叠加分析,研究了不同高程、坡度和坡向上各土地类型的分布状况。结果表明,在坡度和高程层面上,耕地、园地和住宅用地都集中在坡度小于3°和海拔较低的地区。而林地则集中在坡度大于8°和海拔大于1 000m的区域。而对于坡向而言,除平面被广泛利用外,其余坡向也都有不同程度的利用,并无太大差别。     

基于GIS的不同精度DEM提取地形指标误差分析——以盐池县南部山区为例

以1∶5万和1∶10万地形图制作的DEM为研究对象,分别提取地面坡度及坡向、地表粗糙度、沟壑密度、坡长5种地形指标,并进行对比分析。实验样区为盐池县南部山区,基本技术平台为ARC/INFO地理信息系统软件。研究结果表明,两种精度DEM在提取地面坡度与地表粗糙度不同程度存在着误差,提取沟壑密度与坡长存在误差较小。提出了运用地理信息系统软件结合DEM提取沟壑密度与坡长的方法。研究成果对于DEM精度估算与误差纠正有一定的指导意义。     

基于DEM的马莲河流域数字地形分析

研究基于DEM的数字地形分析可以为各个领域提供地形分析的基础理论及实现手段。DEM水平分辨率作为重要的尺度参数,是确定地形参数和应用尺度的重要指标。选取陇东黄土高原地区的马莲河流域作为研究对象,应用美国ESRI公司开发的ArcGIS地理信息系统软件,基于数字高程模型进行流域地形特征的提取与分析。研究提取流域的基本地形特征如坡度和坡向,提取流域水系,划分了小流域。通过分析比较,得出DEM水平分辨率对提取的地形特征及水文特征的影响,为马莲河流域的数字地形分析提供了理论依据。     

DEM分辨率对微地形形态的影响

不同的DEM采样间隔能够使地表微地形的概括发生变化,导致微地形观测结果出现差异,该文主要研究不同观测尺度条件下微地形的变化。在深耕、浅耕、裸坡和细沟4种地形条件下,采用三维激光扫描仪获得5,10,20mm的点云数据。通过地理信息相关软件对点云数据加以处理分析,提取不同尺度条件下各类微地形的坡度、坡向、坡度变化率和坡向变化率;通过坡度、坡向定性研究微地形变化与观测尺度之间的相关性,通过对坡度变化率、坡向变化率的研究得出坡度、坡向的变化值域。不同地形条件的微地形在不同观测尺度下变化有明显差异。坡度在8°~15°,15°~25°,45°~60°,60°~90°变化均一;坡向受观测尺度影响主要集中在阳坡和半阳坡;坡度变化率和坡向变化率表明观测尺度越细微地形坡度坡向变化情况越显著,从10,20mm观测尺度下的0~3/3,3~∞两个取值区间逐渐迁移到在5mm尺度条件下的3~∞。     

基于GPS不同测量间距的DEM地形信息提取沟蚀参数对比

GPS技术正在成为一种快速高效研究沟蚀发生演变的手段。但由于GPS测量间距的影响，从建立的不同尺度DEM上获取的地形信息存在很大的不确定性，影响沟蚀研究的准确性。本文以长江上游西昌地区马家松坡小流域作为试验样区，利用RTK—GPS技术，按测量间距3，5，10m和20m等4种空间尺度对小流域的地形进行测量，基于ArcGIS 8．2地理信息系统软件，建立相关尺度的栅格DEM，提取地面坡度、剖面曲率以及沟壑密度等地形信息。研究结果表明，随着测量间距的增加，从DEM上提取地面平均坡度、平均剖面曲率和沟壑密度均呈显著线性递减趋势，5m的测量间距是长江上游地区描述地形的理想尺度，可以满足研究冲沟和切沟的需要，而3m及3m以下的测量间距适用于细沟、浅沟的研究需要。我们的研究结果对应用GPS技术，实现高精度快速确定地表沟蚀过程方面具有重要意义。     

纸坊沟流域水系最佳集水面积阈值确定方法研究

为更加准确判定流域水系最佳集水面积阈值,以陕西省安塞县纸坊沟流域30 m DEM为例,采用均值变点分析方法对流域水系分维值、DEM分辨率与集水面积阈值之间的关系进行了分析。结果表明:(1)集水面积阈值与分维值的关系:不同分辨率DEM,随着集水面积阈值的增加,分维值呈先增后减趋势,且其下降速度由急剧变为缓慢;(2) DEM分辨率与分维值的关系:在最佳集水面积阈值条件下,随着DEM分辨率的减小,分维值整体趋于下降,且其下降速度越来越缓慢;(3)纸坊沟流域水系分维值为1.20,所对应的最佳集水面积阈值、DEM分辨率分别为100,15 m。均值变点分析方法可用于最佳集水面积阈值和DEM分辨率的快速确定,且可靠性较高,判定系数达0.99。研究结果为流域河网水系提取时集水面积阈值的确定提供了方法参考依据。