不同空间分辨率DEM提取坡度不确定性研究

运用信息论与统计学一些指标及比较分析的方法,以1∶1万DEM为研究对象。定性地分析了在黄土丘陵沟壑区DEM空间分辨率对所提取的坡度信息的不确定性影响,并建立了定量的计算公式。研究提出了不同分辨率提取坡度面积的误差评价指标,并找到了一个经验公式,该公式可以根据现有误差计算所需要的分辨率大小,这可以在保证坡度信息精度条件下减小数据量,节约成本。     

坡度与水平分辨率关系的初步研究

结合数字地形分析和常规统计方法,研究了县南沟流域DEM水平分辨率与坡度值的关系.研究表明:随着水平分辨率的降低,流域平均坡度值下降;地形特征点坡度呈现出随机性;沟沿线坡度随分辨率降低呈衰减趋势,分水线和流水线坡度相对缓慢降低.负地形坡度衰减速度大于正地形.     

数字高程模型精度与地表拟合方法对坡度计算的影响

 以数字地图为基础,以日本早池峰山地域为研究对象,研究不同地表拟合方法及DEM精度对坡度计算的影响:1)最小曲面法、逆距离法和剖面法3种不同的地表拟合方法对基于DEM计算的坡度影响很小。2)DEM精度对基于其计算的坡度有相当大的影响,随着DEM精度的降低,计算出的平均坡度变小。3)DEM精度对不同坡度级别有着不同的影响。这种影响按坡度大致可以分为3种类型:当坡度为0°～10°时,采用低精度的DEM将低估测面坡度,使这一坡度级面积增加;当坡度为10°～35°时,采用低精度的DEM将过高地估侧地面坡度,使这一坡度级面积减少;当坡度大于35°时,DEM精度对坡度的影响很小,坡度的频率分布随着DEM精度变化基本维持不变。     

不同地貌类型坡度提取算法的比较

分别选取陕北延川、贵州省黔西南牛场、河北省井径县作为黄土地貌、喀斯特地貌以及低山丘陵地貌的典型样区,并建立该样区的1：1万,5m分辨率的DEM。采用简单差分、二阶差分、Frame差分、三阶不带权差分、三阶反距离平方权差分（Horn算法）、三阶反距离权差分6种算法提取坡度,对不同算法提取坡度的信息进行对比研究,并分析了不同算法提取坡度产生差异的原因,确定了适合不同地貌的算法。结果表明,在不同的地貌类型上使用8个邻接单元的算法精度总高于使用2个或4个邻接单元的算法,其中三阶反距离平方权差分（Horn算法）与三阶反距离权差分在所研究的3种地貌类型上均是比较合适的。     

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。     

不同比例尺数字高程模型在水土保持信息提取中的应用分析

在ARCGIS软件支持下 ,基于不同比例尺的DEM提取坡度信息 ,与土地利用类型、植被覆盖度和土壤侵蚀强度等专题信息叠置 ,提取水土保持专题信息 ,并对提取结果进行应用分析。研究结果表明 ,1∶1万比例尺的DEM可在小流域规划设计、水土流失监测、信息系统建设等工作中应用 ,1∶5万比例尺的DEM可用在重点支流、重点治理区 (片 )等尺度上的三维可视化系统建立、水土保持规划等 ,1∶2 5万比例尺的DEM只能在较大区域中进行宏观信息提取时使用。     

数字高程模型DEM的建立与应用

文章对ＤＥＭ的建立方法进行了探讨,并在开发的ＤＥＭ系统上自动生成坡度图,绘制透视立体图,完成土地利用分析和土方量计算方面的应用研究。     

DEM分辨率对产流产沙模拟影响研究

地形状况决定流域基本特征,因此在进行流域水文过程模拟时,DEM分辨率会影响流域特征参数的提取,进而影响模拟结果。在研究流域模拟过程中DEM分辨率对流域参数提取及产流产沙模拟的影响,选择黄河下游支流洛河卢氏水文站以上流域为研究区,采用Resizecell技术对1:25万DEM图进行单元栅格处理,分别生成100m×100m、200m×200m、300m×300m和400m×400m四种不同分辨率的DEM图;分别模拟四种情况下1997～1999年流域的产流量与产沙量,进而分析DEM分辨率对模拟结果的影响。研究表明:DEM分辨率对亚流域的面积或个数的提取影响不大,但对坡度值的提取影响较大。其中,400m×400m的DEM与100m×100m的DEM相比,1997～1999年产流模拟结果分别相差9.12%、9.71%、19.52%,产沙量模拟结果分别相差42.25%、43.56%、49.70%。因此,在进行流域产流、产沙模拟时,应进行坡度订正。     

不同比例尺数字高程模型对土壤侵蚀强度分级的影响

基于1∶5万和1∶50万2种不同比例尺的数字高程模型(DEM),结合土地利用类型、植被覆盖度等指标,对试验区土壤侵蚀强度进行了分级,并对不同比例尺DEM求算的坡度差异及其对土壤侵蚀强度分级的影响进行了分析。结果表明:1∶50万DEM较1∶5万DEM综合了大量信息,求算的坡度整体上偏小而使分级结果多集中在微度侵蚀区;不同地貌单元受DEM信息综合的影响不同,地形平坦的山前岗地区受影响最大,而地形复杂的中山区受影响相对较小。     

沟壁坡度对侵蚀沟三维重建误差的影响

以无人机为主体的天地一体化立体测量为地表精准快速测量提供了有利条件。无人机拍摄正射影像时,陡坡影响拍摄视角,可能对地表三维测量精度产生影响。选取发展大型切沟(BG)、稳定中型切沟(MG)和小型浅沟(SG),采用三维激光扫描(Terrestrial Laser Scanning,TLS)和无人机正射摄影(Structure from Motion,SfM)2种方法获取地表DSM(Digital Surface Model,数字表面模型),并以TLS的DSM为基准,分析了坡度对SfM的DSM的高程误差的影响。结果表明:(1)高程误差均随沟壁坡度呈指数增加,拟合程度较好(P<0.0001,R^2>0.80),拐点出现在60°附近,坡度<60°时高程误差变化幅度为0~10 cm,坡度超过60°后高程误差急剧增大为10~60 cm;(2)侵蚀沟愈活跃,其坡比愈大,高程误差占比愈集中在较大坡度的范围内。对于发育中切沟BG,约75%的高程误差量集中在15°~75°;对于趋于稳定的中型切沟MG,约66%的高程误差量集中在0~60°;而对于小型浅沟SG,约54%的高程误差量集中在0~40°。     

不同比例尺农田土壤碳库模拟的最佳栅格单元分辨率

基于太湖地区1∶50 000、1∶1 000 000、1∶14 000 000三种比例尺土壤矢量图斑单元以及通过上述矢量图斑单元转换生成的不同分辨率的栅格单元,在1982年水稻土土壤有机碳库的基础上,利用DNDC(Denitrification-Decomposition)模型模拟了2000年水稻土表层(0~20 cm)土壤有机碳库,对比分析了不同分辨率栅格单元与3种比例尺矢量图斑单元的水稻土类型数量、面积、表层土壤有机碳储量以及有机碳密度的变化特征,并以矢量图斑单元获得的这4个指标结果为基准,用相对变异百分数(VIV)来判别基于三种比例尺DNDC模型模拟的最佳栅格单元分辨率。结果表明,在4个指标的│VIV│1%前提下,基于1∶50 000、1∶1 000 000、1∶14 000 000三种比例尺的最佳栅格模拟单元分辨率分别为0.2 km×0.2 km、2 km×2 km、17 km×17 km,既能保证模型模拟过程中的精度要求,又可以避免数据冗余,提高模拟效率。建立的土壤碳库模拟研究的比例尺与其最佳栅格单元分辨率对应转换关系,对区域土壤碳模拟研究具有重要参考价值。     

利用DEM数字高程模型计算坡度的差异性分析

以DEM数字高程图为本底资料进行坡度图的计算,精确度高,方法简单,省时省力,针对全省面积的大范围坡度图制作由于涉及到不同地形,不能只建立一套标准。分别针对山地、平原、丘陵3种地形进行坡度计算,像元值分别采用25 m,50 m,100 m,150 m,200 m,5个分级,得出同地形在不同像元大小情况下,像元越小,差异越小;同像元大小在不同坡度级别情况下,坡度越大,差异越大。     

用数字高程模型和遗传算法确定土地平整设计高程的初步研究

土地平整中设计高程的确定和土方量计算是土地整理项目规划设计的重要内容之一,对开展规划设计、控制总投资及分配资金具有重要意义。该文以数字高程模型为基础,充分发挥遗传算法的全局优化能力,应用遗传算法来进行土地平整设计高程的确定和土方量计算;通过对水平的、有一定坡度的和调入一定土方量这三种平整情况的计算结果,证明该研究方法是有效和可行的。     

用数字高程模型进行地表径流模拟中的几个问题

用数字高程模型进行地表径流模拟时,由于网络精度和高程精度的限制,使得在某些局部的模拟结果不理想。针对其中几个关键的技术问题,提出了相应的解决办法。伪负地形填充法可以区别真正的负地形和由于ＤＥＭ误差造成的假象,并对伪负地形行填充。水系图与ＤＥＭ结合的方法可消除径流模拟结果与现有水系不吻合的现象,有效提高径流模拟精度。在地势平坦地区,采取在原ＤＥＭ上加微小修正值的办法,可以得到理想的模拟结果。     

DEM栅格分辨率对多元线性土壤—景观模型及其制图应用的影响

以亚热带丘陵地区为对象,以该区4 km×3 km的5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m数字高程模型(DEM)为基础,建立多元线性土壤景观模型,并应用该模型预测研究区内土壤表层有机质含量分布,进而比较不同分辨率DEM中土壤景观模型及其预测制图的精度。结果表明:在本研究区11 km2范围内,随着DEM栅格分辨率降低,坡度、曲率、比汇水面积(对数)频度均表现出了向其中值区集中的趋势;地形因子的这一变化规律对土壤景观模型的影响较小,例如模型的变量、变量系数及R2在不同分辨率DEM中的差异很小;但地形因子的这一变化规律对模型预测制图的精度具有较大影响,各项指标均说明,模型在10~25 m DEM中的制图精度较高,而在更高分辨率(5 m)或更低分辨率(30 m)DEM中较低。本研究结果对其他亚热带丘陵地区具有一定的指示意义。     

数字高程模型和多时相MODIS数据复合的水稻种植面积遥感估算方法研究

随着搭载在TERRA卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)的出现,它以数据丰富、时间分辨率高和覆盖范围广等特点,为水稻遥感估产提供了较好的数据源。该文利用水稻种植易受坡度影响的特性,从数字高程模型(Digital Elevation Models简称DEM)中提取坡度信息,考虑到MODIS能提供多时相及丰富的数据,采用DEM产生的坡度和两个时相MODIS影像数据及植被指数复合提取水稻种植面积,经过比较试验证明,在南方丘陵山区的复杂地形区域,多源信息复合相对于单纯利用单景影像数据可以明显提高水稻种植面积估算的精度。     

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1 km栅格的地表太阳辐射模拟

以辐射观测值与其影响因子建立非线性回归模型，以各因子的面域数据模拟全国1 km像元上的水平面年太阳辐射的空间分布;根据数字高程模型(DEM)，考虑坡面坡度和坡向以及周围地形的影响，建立坡面与水平面的直接辐射转换系数模型以及坡面的视角系数模型，分别修正平面年太阳辐射中的直接辐射和散射辐射分量；汇总修正后的太阳辐射总量中的各分量，得到坡面实际可获得的辐射总量。成果可用于高精度的农业生产潜力评估、农业区划、农作物布局、退耕还林还草等。     

基于数字高程模型的树木三维体积测量

为了实现对树木高精度无损的三维体积测量,该文以三维激光扫描系统采集树木点云数据为依据,并运用数字化测绘成图软件对树木的点云数据建立数字高程模型,通过立体三角网的建立,利用成图软件的土方计算功能计算出树木的体积,并详细介绍了系统的计算原理。本文以试验区选定的20棵树为研究对象,采用该系统对20棵不同高度和体积的油松进行了10次重复试验,并将测量结果与人工测量结果进行了对比分析,试验结果表明与人工测量结果相一致,(标准误差δx=3.54,绝对误差限△=7.002,相对误差限E/%=3.15%,精度可达96.852%,)能够运用于树木体积的测量。     

基于数字高程模型和数学规划的土地平整工程设计优化

应用数字高程模型（DEM）与数学规划（MP）方法,研究土地平整工程设计中田块的划分、土方量计算和土方量调配的优化方法,为土地平整工程设计提供综合、系统和精确的方法,节约投资费用。该文以南京市江宁区湖熟镇土地平整项目工程为例,采用ArcGIS9.3软件建立大比例尺DEM,划分了土地平整区域和耕作田块,基于DEM计算了现状高程、土方量、土方运输重心,采用数学规划求解了设计高程和土方调配的最优方案。研究表明：该方法合理确定了田块的规模、定量计算了优化设计高程、总土方量比原设计方案减少了9.37%,且制作了最优土方调配路径图。