DEM及数字地形分析中尺度问题研究综述.docx

第31卷第12期2006 年 12月武汉大学学报·信息科学版Geo matics and Information Science of WuhanUniversityVol. 31 No.12Dec. 2006文章编号 :167128860 (2006)1221059208文献标志码:ADEM及数字地形分析中尺度问题研究综述汤国安1刘学军1房亮2罗明良3(1 南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室,南京市宁海路122号,210097)(2 西北大学城市与资源学系,西安市太白北路229号,710069)(3 中国科学院成都山地研究所,成都市人民南路四段9号,610041)摘要:基于DEM尺度的概念与类型、DEM地形分析的尺度效应、DEM地形分析尺度研究的关键问题、DEM地形分析尺度研究的方法等几个方面的论述,分析了当前国内外在该领域的研究进展,并指出了今后应重点研究的方向,包括自然地面与DEM 模拟地面之间的尺度匹配、尺度冲突与尺度耦合的关系;空间尺度参数对DEM地形分析影响的过程与机理;DEM格网单元地形分析的异质性效应。在尺度层面上,提出不同地形复杂度条件下的DEM地形分析的确定性与不确定性规律,建立以尺度为自变量的多尺度地形分析模型,建立DEM地形分析的尺度转换模型。关键词:DEM;地形分析;尺度;尺度效应中图法分类号 : P231.5近年来,世界各国纷纷建立了覆盖本国不同 空间尺度的DEM。在我国,覆盖全国范围的高精 度的1∶100万、1∶25万、1∶5万DEM以及部 分地区1∶1万的DEM已经相继建成,可望在国 民经济、国防建设和科学研究中发挥越来越重要 的作用。然而值得注意的是,虽然对DEM数据 的基本特性的研究(包括数据的采集、组织、可视 化、精度等)取得了重要的研究成果,并成功地应 用于标准化的DEM数据生产中[1],但基于DEM的地形分析受到DEM数据组织尺度与高程采样尺度的双重制约,集中表现在对DEM尺度分类 上的不完整性、语义上的易混淆性和研究上的非系统性。在DEM地形分析与地学建模的研究 中,大量不同层次悬而未决的尺度问题摆在我们的面前。到底什么是自然地形的尺度与DEM的 尺度?两者到底是什么样的耦合关系?目前庞杂 的地形分析内容可不可以进行系统分类,各自对DEM 的尺度依赖性有何共性和个性?自然地面 的分级波浪起伏符合什么样的分形规律?它与我 国4种标准比例尺DEM之间有没有较好的匹配 关系?如果没有,会产生哪些分析效能的缺失?DEM所参加的地学模型分析有没有顾及信息源尺度与模型尺度之间的匹配?不匹配的效果又是 什么?哪些是DEM地形分析中的尺度控制变 量,它们对所提取的不同地形因子的影响呈现什么样的传播关系?途中会发生什么样的变异?不 同尺度之间的地形分析有没有内在的联系?能否 进行多尺度之间的转换?地形参数对DEM分辨率的敏感度如何?在DEM尺度转换过程中,地 形属性的变化又是怎样的?尺度转换中的临界值 又如何确定和衡量?在基于DEM数字地形分析 的一些重要理论问题上,尚未取得实质性的突破, 特别是在DEM地形分析的尺度效应及机理上, 仍存在较多的悬疑点,以至于目前尚无法对DEM地形分析结果的可靠性进行有效的判断,无法在DEM产品上加注具体的应用适宜性及限制性标签,这无疑给应用带来很大的困难与盲从[2,3]。 如果这些问题不解决,基于DEM的数字地形分析的研究难以真正深入,而它们在研究上的突破又必将是DEM地形分析理论的重大突破,其科 学价值与应用价值都是明显的。收稿日期 :2006208228。项目来源 :国家自然科学基金项目资助项目 。1060武汉大学学报·信息科学版2006 年 12月1尺度的概念与类型尺度常常被定义为在研究对象或现象时所采 用的空间或时间单位,或者现象或过程在空间和 时间上所涉及到的范围和发生的频率。在不同学 科背景下,所采用的术语又不一致,如Dungan[4]在生态学尺度研究中,构建了现象、抽样、分析的三维尺度空间,涉及范围、幅度、粒度、比例尺、分 辨率、间隔、坐标单位、区间等空间统计分析中的 尺度术语;而李霖等在构建广义尺度模型时,将尺 度分为空间尺度、时间尺度和语义尺度,其中空间 尺度又包括地图比例尺、地理尺度、有效尺度和分 辨率四类。目前,DEM的空间尺度一般从对象、抽样、分 析3个方面进行讨论。首先,DEM所描述的地域 对象大小具有明显的地域尺度特征,常称地理尺 度,如全球尺度、区域尺度、流域尺度或坡面尺度 等。不同地理尺度的研究对象与内容需选择对应比例尺尺度的DEM,并采用与之适宜的分析模 型。其次,DEM 是建立在对连续地形表面抽样数 据基础上的。从原始数据采集到最终DEM应 用,每一环节都涉及不同的数据尺度。如果原始数