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。     

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。     

基于全数字摄影测量数据建立DEM时分辨率的确定

分辨率是栅格DEM的基本参数之一,其大小直接影响到DEM的数据质量和地形分析的精度。采用多大的分辨率是建立和应用DEM时需解决的基本问题。利用全数字航空摄影测量方法,获取了位于陕北丘陵沟壑区的实验样区的高精度地形特征点、线数据,在此基础上,生成了9种不同数据密度的点数据集。然后利用ANUDEM和TIN方法,建立具有不同格网尺寸的2种DEM数据系列,并提取坡度均方差,平均坡度和高程中误差。根据坡度均方差、平均坡度和高程中误差随格网尺寸变化的规律,确定了建立DEM时合适的分辨率大小。研究结果表明,在利用全数字摄影测量方法建立1:10000比例尺的DEM时,应采用的分辨率约为2.5m。     

DEM提取地面平均坡度误差的量化模拟

研究选取陕北黄土丘陵沟壑区、黄土梁峁丘陵区、黄土低丘区以及黄土破碎塬区 4种地貌地区作为试验样区 ,采用高精度 1∶ 1万比例尺 5 m分辨率的 DEM为基准数据 ,应用比较分析、回归分析和相关分析等方法研究黄土高原不同分辨率 DEM提取地面平均坡度精度的量化估算方法 ,所得到的精度计算数模表达式经验证具有很好的应用前景 ,也为建立全国范围的通用表达式提供了重要的方法依据     

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.     

中国5类典型区域常用DEM高程精度评价

探究常用的3种DEM在中国不同地貌区的误差分布特征,为3种DEM在不同研究区的应用提供支撑。选取中国5类典型区(华北平原、黄土高原、青藏高原、塔里木盆地和云贵高原)为研究区域,以ICESat/GLAS GLAH14点数据为参考高程,选取目前最常用的3种DEM数据,SRTM 1 Arc-Second Global(SRTMGL1),SRTM Version 4(SRTM V4),ASTER GDEM V2(ASTER V2)作为精度评价数据,结合地形要素和地表覆盖,对3种DEM在5类研究区域的高程精度进行了对比分析。结果表明:(1)在5类研究区中,总体上SRTMGL1数据精度优于SRTM V4和ASTER V2,其中以塔里木盆地3种DEM精度最高,云贵高原精度最低。(2)不同坡度区间内,SRTMGL1的数据精度皆高于ASTER V2和SRTM V4,平原地区(10°),SRTM两类DEM精度相近,可互为补充,高植被覆盖、大坡度区域,SRTMGL1数据精度一般为最优,ASTER V2精度优于SRTM V4。(3)坡向对于3种DEM的影响较小,误差分布较均匀。(4) 3种DEM在耕地和人造表面覆盖区域的精度最高,在林地覆盖区域,DEM精度最低。(5)不同地貌对3种DEM的精度具有较大的影响。SRTMGL1精度最优且受地形和地表覆盖影响最小,其次,SRTM V4在平原地区精度较好,受地形影响最大,ASTER V2在植被覆盖的地貌复杂区域精度较好,两者互有优劣。     

中国3类典型区SRTMGL1和SRTM V4精度对比分析

以中国3类典型地区(华北平原、云贵高原和青藏高原)为研究区,利用ICESat/GLAS数据作为高程控制点数据,以SRTM的两种分辨率数据SRTM 1 Arc-Second Global(SRTMGL1)和SRTM Version 4(SRTM V4)数据作为精度评价数据,结合地形要素和土地覆盖要素,综合对两种DEM在3类典型区的精度进行了评价比对。结果表明:(1)在3类研究区中,总体上SRTMGL1数据精度优于SRTM V4数据精度,其中华北平原研究区两种DEM精度最高,云贵高原研究区两种DEM精度最低。(2)在不同的坡度分级内,SRTMGL1的数据精度皆高于SRTM V4数据,在较小的坡度区间内,两者精度差别不大。大坡度、高植被覆盖对于SRTMGL1精度衰减影响较大。(3)在4种地貌区内,两种DEM的相对精度和绝对精度随地形变化有不同的分异规律。其中在相对精度方面,山脊点处SRTMGL1数据高程测量值较SRTM V4数据偏大,山谷点处SRTM V4测量值较SRTMGL1数据偏大;在绝对精度方面,两种DEM与ICESat/GLAS控制点差值剖面线随地形变化明显,在平缓地区,差值剖面线振幅小,两种DEM差值相接近,在高起伏地区,剖面线振幅大,且SRTM V4差值曲线较SRTMGL1剖面曲线振幅偏大,两者差值大。(4)在华北平原研究区和云贵高原研究区内,高植被覆盖区两种DEM误差最大,裸地和人造表面误差最小;在青藏高原地区,冰川覆盖区误差最大,水体区误差最小。     

DEM地形综合方法对水文结构信息提取精度的影响

以巢湖流域1∶5万DEM为基础数据,采用3种指标(应用河网套合差、子流域套合差、沟壑密度)对5种DEM地形综合方法(稀疏采样法、样条函数插值法、三次卷积插值法、二次曲面拟合法、结构化综合法)所构建的粗分辨率DEM所提取的水文结构信息的精度进行了分析评价。结果表明,5种地形综合方法构建的粗分辨率DEM提取的水文结构信息精度由高到低的顺序为:二次曲面拟合法>结构化综合法>三次卷积插值法>样条函数插值法>稀疏采样法,但其精度总体上差异不大。     

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。     

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。     

基于GIS的降雨空间插值研究——以湖南省为例

降水数据是区域水文模拟、水资源分析和管理及地质灾害预警等方面的基础数据,提高降雨数据的插值精度具有重要的理论和现实意义。以湖南省为研究区,结合站点观测降雨数据、TRMM雷达降雨数据及DEM数据,采用克里金插值和协同克里金插值两种方法进行了降雨插值,通过对比研究降雨插值精度。结果表明:(1)引入与降雨空间信息相关的TRMM,DEM数据的协同克里金插值能够提高插值精度,以TRMM,DEM为辅助变量的协同克里金插值的平均相对误差较克里金插值降低了0.02%,0.23%;(2)降雨观测数据插值结果对于TRMM,DEM这两种协变量表现出不同的灵敏度,以DEM为协变量的克里金插值的插值精度要高于以TRMM为协变量的克里金插值,研究区的降雨量与地形因素有更高的相关性。     

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。     

基于不同分辨率DEM提取坡长的统计分布

坡长是土壤侵蚀和流域水文等研究的重要地形指标,在流域或区域土壤侵蚀评价研究中,坡长通常基于中低分辨率DEM提取,但随着DEM分辨率的降低,其上提取的坡长发生扩张,进而影响土壤侵蚀评价的计算精度。DEM分辨率对坡长的影响虽已受到注意,但对于这种影响的机理尚不清楚。因此本研究采用对坡长表面采用分级研究的方法,分析了坡长随DEM分辨率的统计分布变化的规律。结果表明:随着分辨率的降低,整体上表现为短坡长向中等坡长区扩张,长坡长出现衰减,坡长整体集中分布在中等坡长区域,基于此提出了因分辨率降低引起坡长表面变化的定量表述公式及坡长误差经验公式,可以根据坡长提取精度需求来计算合适的分辨率参数,为选取合适的DEM分辨率提高坡长计算效率提供依据。     

东北黑土区耕地分布解译的遥感数据源对比

为了解国家基础地理信息中心的全球地表覆盖遥感制图数据(Globalland30-2010)和中国科学院全国1∶10万比例尺土地利用数据库2010年度更新数据(LUCC-2010)在东北黑土区耕地范围界定研究中的适用性,选择位于东北典型黑土区的北安市、克东县、龙江县和梅河口市为研究区,利用高空间分辨率的地方土地利用数据建立耕地漏分和误增两个指标,对两种数据进行对比分析。研究结果表明:在耕地连续均匀分布的地区,两种数据的耕地精度都比较高;在林地和耕地混合分布区域,Globalland30-2010高估了耕地面积;在耕地和草地、水域混合区域,LUCC-2010低估了耕地面积。Globalland30-2010的总体精度略高于LUCC-2010,但是LUCC-2010耕地一类的精度高于Globalland30-2010。     

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。     

地形起伏度最佳统计单元算法的比较研究

基于90m分辨率SRTM DEM数据,利用邻域分析法在不同大小窗口下(2×2,3×3,4×4,…,30×30)对山西省地形起伏度进行了提取,运用人工作图法、最大高差法、模糊数学法、均值变点分析法和累积和(CUSUM)分析算法分别计算最佳统计单元,对统计单元计算方法的准确性及适用性进行分析,提出山西省地形起伏度提取的最佳统计单元。研究分析表明:均值变点分析法和累积和分析算法是相对比较有效的方法;运用均值变点分析法与累积和分析算法计算所得的最佳统计单元分别为11×11(0.980 1km~2)和14×14(1.587 6km~2);均值变点分析法是计算最佳统计单元的一种最为理想的方法;对于同一地区而言,不同DEM数据类型、不同分辨率DEM,所使用的最佳统计单元大小也不同。     

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分别生成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到积极作用。     

基于不同分辨率DEM的永寿县地形信息差异分析

高分辨率的DEM往往可以囊括更多更详细的地形信息,但过于详细的数据可能会造成数据冗余给计算带来不便。为了研究不同分辨率的数字高程模型(DEM)在对地形信息表达的现实意义,基于不同比例尺、不同栅格空间分辨率的DEM进行了地形特征的提取与分析,结果表明:(1)地面整体坡度随着分辨率降低逐渐减小,对地形的描述越来越粗糙,概括性越来越高,地形整体趋于平坦化。(2)基于较小分辨率DEM提取的坡向更具有宏观意义,而高分辨率DEM提取的坡向可反映地形的细部朝向。(3)随着DEM分辨率下降,地面平面曲率能更加概括区域地形,使山谷线和山脊线更明显,但会导致大量细部信息的丢失。(4)DEM所提取的地面剖面曲率值随着DEM分辨率的下降显著减小,即地面坡度的变化减小,地面的转折棱角逐渐趋于平滑,地形起伏变化特征精度降低。     

梯田DEM构建方法精度比较研究

在黄土高原地区,梯田作为重要水土保持措施之一,在减缓土壤侵蚀的同时也改变了局地范围的地表形态。顾及梯田地形DEM构建方法的提出极大地弥补了传统中低分辨率DEM不能表达梯田突变地形的缺陷,对于地表微形态分析、土壤侵蚀等地表过程评价等具有重要意义。从基于高程、坡度、坡长等地形属性特征分析、测量误差及地形描述误差评价三方面出发,以高精度激光点云数据为基准,深入探究不同梯田DEM构建方法对梯田地形的表达差异,并对其进行了精度评价。结果表明:（1）从测量误差和地形描述误差的描述结果来看,基于真实田坎法构建结果在各种地形因子的表达上整体误差更小,更接近梯田真实地表形态;（2）从地形特征因子分析结果可知,基于真实田坎法的DEM整体精度较高,对各种地形因子的描述更准确。（3）基于真实田坎法构建出的梯田DEM能够精确描述原始地表形态,但需要较多人力工作,适用于精度较高的梯田地形研究。     

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。