不同分辨率DEM提取切沟形态特征参数的转化研究

选取黄土丘陵区岔巴沟流域不同位置和不同沟道级别的30条典型切沟为研究对象,基于三维激光扫描技术(LIDAR),建立了基于高分辨率DEM提取切沟形态特征的方法,对比分析了0.1m与5m2种分辨率DEM提取切沟形态特征参数的差异,实现对低分辨率DEM提取的切沟形态特征参数向高分辨率尺度转化。结果表明:基于三维激光扫描技术获取的0.1m高分辨率DEM提取的切沟形态特征值与手工测量的切沟形态特征值之间无显著差异,三维激光扫描技术提取的切沟长度、宽度、深度、表面积和体积分别是手工测量的94.0%,109.1%,107.7%,80.1%和109.0%,表明三维激光扫描技术获取的0.1m高分辨率DEM可较准确地描述切沟形态特征。0.1,5m2种分辨率DEM提取的切沟长度间无显著差异,但2种分辨率DEM提取切沟宽度、深度、表面积和体积间差异显著。5m分辨率DEM提取的切沟宽度、表面积和体积分别较实际值分别偏大28.6%,25.6%和19.7%;而其提取的切沟深度较实际值偏小37.0%。据此,通过模型筛选,分别建立了0.1m高分辨率DEM与5m分辨率DEM提取的切沟宽度、表面积和体积转换模型。模型验证结果表明,本研究所构建的切沟宽度、表面积和体积转换模型的决定系数均大于0.6,模型有效性系数均大于0.5,说明3个转换模型均具有较好的预报精度,为研究黄土丘陵区沟蚀特征提供了重要方法和手段。     

基于双向地形阴影法的黄土侵蚀沟自动提取技术

沟蚀严重危害着土地资源和生态环境,研究高分辨率数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）的侵蚀沟自动提取技术进行侵蚀沟动态监测,以期望能替代目视解译提取。双向地形阴影法是一种兼顾提取精度和效率的侵蚀沟提取方法,但仅针对黄土台/塬地貌,在其他地貌下其提取结果会产生较多误提区和漏提区。为使其适应不同地貌,该研究以陕西吴堡县3.2 m DEM为试验数据,综合沟谷线缓冲区填充法、膨胀腐蚀法以及面积阈值法消除误提区和漏提区,并通过模块化编程及数据分块计算,实现侵蚀沟自动提取,最后在全县范围内均匀选取10个小流域为样本,使用0.65 m影像目视解译的结果进行精度验证。结果表明：1）实现了误提区和漏提区的自动消除,得到了吴堡县侵蚀沟分布图;2）在10个验证小流域中,该研究方法提取侵蚀沟的精度为81.1%～86.3%,平均精度为83.8%。该研究综合应用沟谷线缓冲区填充法、膨胀腐蚀法和面积阈值法消除误提区和漏提区,使该方法能适应非黄土台/塬地貌,并在此基础上研发了能实现大区域侵蚀沟提取的算法及软件。     

基于DEM的坡度提取与分析

以方山县沟不沟小流域为例,利用ArcGIS对DEM光栅进行坡度提取及分级,实现了高效快速、客观准确地提取地形特征参数,为后续涉及空间信息的研究奠定了基础.介绍了基本方法与研究结果.     

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。     

黄土丘陵沟壑区不同数据结构DEM转换精度研究

栅格DEM与TIN是DEM表面建模主要的2种方法。应用DEM进行地形分析时,栅格DEM与TIN的相互转换非常必要,但在转换中所产生的误差直接或间接地影响到分析结果的准确性。以陕北黄土丘陵沟壑区的绥德县韭园沟流域为实验区,采用高精度的1:1万DEM为基准数据,探讨不同转换参数对转换精度的影响。实验结果表明,所建立的栅格DEM表面高程误差随着TIN的转换阈值的增大而增大、所提取的地面坡度、沟壑密度的精度随之降低。TIN的转换阈值以5 m为较为理想的指标。     

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。     

不同比例尺DEM提取地面坡度的精度研究——以在黄土丘陵沟壑区的试验为例

以陕北绥德县韭园沟流域为试验样区 ,采用高精度 1∶ 1万 DEM所提取的坡度为准值 ,应用多层面复合分析和比较分析的方法 ,研究该地区 1∶ 5万 DEM提取地面坡度的误差特征与纠正方法。试验结果显示 ,所获得的不同空间尺度下 DEM所提取坡度值的转换图谱 ,可对 1∶ 5万 DEM计算的地面坡度统计值进行有效修正。该成果对于 DEM数据在水土保持领域若干应用标准的制定 ,提供了重要的理论依据与技术路线     

电力工程中遥感提取侵蚀沟参数的方法探讨

侵蚀沟勘测一直是电力工程水文勘测的难点。在分析不同类型侵蚀沟对电力工程影响的基础上,提出电力工程需要提取的侵蚀沟类型,结合目前遥感数据可能达到的精度,提出遥感图像解译技术和DEM技术相结合的侵蚀沟参数提取方法。将该方法应用于某750 kV变电站的水文勘测,实现了侵蚀沟稳定性判读、沟壑参数提取等。应用结果表明,该方法可弥补常规水文勘测方法的不足,能提高水文勘测的精度。     

降水变化对不同下垫面的水土流失之分异影响

提出了一种基于DEM的沟缘线和坡脚线的提取方法,该方法以沟缘线和坡脚线的形态特征为基础.沟缘线作为梁峁地和沟坡地的分界线位于凸坡上,沟缘线象素以下的坡度应大于某一坡度值;坡脚线作为沟坡地和沟底地的交界线位于凹坡上,坡脚线象素以上的坡度应大于某一坡度值;沟缘线和坡脚线上的象素都具有局部最大的坡度变化.利用这种特性进行沟缘线和坡脚线的提取,易于实现.处理的速度快、效率高,提取结果较准确.     

利用GPS进行切沟侵蚀监测研究

切沟侵蚀在土壤侵蚀中占据重要位置,切沟侵蚀监测研究是切沟侵蚀研究的重要方面。目前进行切沟侵蚀监测研究主要利用摄影测量的方法,该方法存在一定的局限性。对利用GPS进行切沟侵蚀监测研究进行了探讨,对切沟在不同时间进行测量,获得多个时相的DEM,通过对比不同时相的DEM来获取该时间段的切沟侵蚀变化。最后以位于黑龙江省漫川漫岗黑土区的丰产电流域的一条切沟为研究实例,建立了2002,2003年10月两个时段分辨率为0.4 m的DEM,对比这两个时段的数据表明,该切沟沟头后退达13.78 m,侵蚀面积增大了711m~2,切沟的土壤侵蚀量增加了2377 m~3,展示了GPS在切沟侵蚀研究中精度高、速度快等优越性,可为切沟侵蚀监测研究提供参考。     

不同地形复杂度下的水文尺度效应研究

分布式水文模型都建立在基于DEM的地形分析基础上,因而DEM分辨率对径流模拟的影响十分显著。以资水流域的新宁站集水区为研究对象,计算了该区域地形复杂度指数空间分布,分析了降雨和地形空间变化的相互作用对不同DEM分辨率下水文模拟的影响。结果表明,DEM分辨率对流量过程的影响取决于暴雨中心所在地区的地形复杂程度。当暴雨中心所在的区域地形变化剧烈,复杂程度较高时,此时DEM空间分辨率对径流模拟的影响十分明显,不同DEM分辨率下的洪水过程模拟精度差异显著;若暴雨中心所在的区域地形变化一致或比较平坦时,此时径流模拟精度对DEM分辨率的变化不敏感。以上结论对于进一步解决水文过程中的尺度问题提供了理论分析基础。     

青藏高原地区3种全球DEM精度对不同地形因子的响应

[目的]探究青藏高原地区3种全球DEM精度对不同地形因子的响应,以便对全球DEM在各领域应用研究提供支撑。[方法]以青藏高原地区作为研究区,以ICESAT/GLAS的GLAH14高程数据作为高程参考数据,研究SRTM DEM,ASTER GDEM和HydroSHEDS DEM的精度对坡度、坡向以及地形粗糙度等地形因子的响应规律。[结果]总体上,SRTM DEM精度最高,HydroSHEDS DEM精度最低。不同地形因子对3种DEM精度均有不同影响。DEM误差随着坡向分布呈不同的态势。其中SRTM DEM正负测量偏离值点分别集中在南坡向和西北坡方向;ASTER GDEM正负测量偏离值点分别集中西北坡向和东南坡向;HydroSHEDS DEM正负测量偏离值点分别集中在东坡向和西南坡向。3种DEM精度与地形粗糙度均呈现较为明显的二次多项式关系。[结论]在青藏高原地区,3种DEM精度均与地形要素有着不同程度相关性,SRTM DEM精度最优且受地形要素影响程度小,HydroSHEDS DEM精度最差,受到地形要素的影响程度最大。     

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。     

藏北高原区DEM高程与坡度值提取的误差分析

高程是数字高程模型（DEM）的基本信息,坡度是DEM进行地形分析的重要描述性因子之一。选取藏北高原区为研究区域,在实测GPS高程值和实测坡度数据的基础上,对SRTM与ASTER GDEM高程值和提取的坡度进行了误差分析。研究表明：（1）SRTM和ASTER GDEM在采集高程值时误差较小,二者与实测值之间的Pearson相关系数分别为0.975和0.994,中误差（RMSE）为57.381和31.106,精度比率（AR）为2.089和1.976,相对平均误差（R_ME）为1.1%和0.7%;（2）SRTM提取坡度的误差较大,而ASTER GDEM提取的坡度误差较小,二者与实测值之间的Pearson相关系数分别为0.878和0.946,中误差（RMSE）为4.014和2.395,精度比率（AR）为1.238和1.034,相对平均误差（R_ME）为21.5%和5.5%;（3）频率累计坡谱能直观地表现DEM提取坡度的误差大小。     

三维激光扫描提取DEM的地形及流域特征研究

以三维激光扫描系统为工具,建立黄土高原丘陵沟壑区绥德县桥沟小流域高精度DEM.在ArcGIS中将高精度DEM和该流域1:1万DEM分别牛成6种栅格大小不同的DEM图像.用2种精度、6种不同水平分辨率的DEM提取研究区的地形及流域特征,进行对比分析.结果表明:与1:1万DEM相比,高精度DEM提取出的研究区流域面积变小,平均坡度、平均高度、沟壑密度增大,河网密度、河道坡度增大,能够更加详细、准确地描述研究区的地形及流域特征,对流域水文过程分析以及水土保持研究起剑积极作用.     

基于BP神经网络自动提取沟谷研究

 提出将提取沟谷的过程转化为根据地形因子综合判定地貌类型的思路。以陕西绥德黄土丘陵沟壑区域1∶1万地形图制作的分辨率为5 m的DEM为研究对象,运用BP神经网络分析6种地形因子与沟谷地形的相互关联关系,认为降水累积量是判定沟谷地形的最重要因子。在试验样区建立BP神经网络,利用4种地形因子自动提取沟谷,并在检验样区通过了检验。     

顾及梯田的DEM地形特征研究

梯田地表作为一种特殊的经人工深度影响的地貌形态,目前已成为在山丘地区具有经济效益和生态效益的土地资源。但是在当前强化推进土地资源管理数字化,信息化的今天,对梯田的数字化表达以及分析还存在欠缺。本研究通过对数据的改造,构建出顾及梯田的DEM,并从原始DEM与梯田DEM的剖面结构特征、高程特征以及地形因子特征等方面进行了对比分析。结果表明:(1)基于真实田坎构建的梯田DEM,可较为准确且直观地反映梯田地形的特征。(2)与原始DEM相比,加入梯田信息后,梯田DEM高程剖面图总体呈阶梯式分布,转折部位明显,且基于梯田DEM提取的坡度、坡长、LS因子值明显减小,反映修建梯田后地形因子的变化,对进一步定量分析土壤侵蚀以及水土流失具有重大意义。     

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。     

基于梯田信息的地形湿度指数表达研究

[目的]研究基于梯田DEM的地形湿度指数,为深化黄土高原地区土壤水分的研究提供依据。[方法]以黄土高原地区梯田为研究对象,选择5mDEM、基于真实田坎方法构建的1m梯田DEM和基于激光点云数据构建的高精度1 m DEM数据分别对研究样区的地形湿度指数进行表达并作对比分析。[结果]3种不同梯田DEM数据对地形湿度指数的表达有显著差异。(1)5m DEM数据仅能表现出地形湿度指数的宏观分布特征,不具备梯田地形特征信息;(2)基于真实田坎方法构建的1m梯田DEM能较准确细致地实现对梯田样区地形湿度指数的表达,梯田田面和田坎特征分布明显。但与高精度1 m DEM相比,在单个田面和田坎内部地形湿度指数定量表达有所偏差。[结论]基于真实田坎方法构建出的梯田DEM可以更加准确地表达出梯田区域的地形湿度指数分布特征,但与真实地形相比,在田面和田坎内部的表达上仍然有所偏差,其构建方法需要进一步改进。     

不同地貌类型区1∶25万比例尺DEM的建立方法

以在3个不同地貌类型区的试验为例证，研究探讨建立栅格化DEM的技术要点和技术方法，并对所建立DEM的精度进行评价。研究结果表明，在平原区可以直接利用Terlk层及水系要素建立DEM；在山区，则首先需要进行构造地形结构线的预处理，而在黄土丘陵沟壑区，不仅需要构造地形结构线，而且需借用大比例尺的高程数据进行高程加密处理，以最大限度地减少地貌特征信息的损失，为区域水土流失的动态监测基础地理数据库的建立提供重要的技术方法。