[物理]第9章 DEM与数字地形分析.ppt

第9章 DEM与数字地形分析 （一）DEM：概念与理解 （二）DEM信息特征 （三）DEM主要研究内容 （四）DEM的构建技术 1 DEM的概念 2 DEM的类型 3 DEM的特点 ●传统的高程模型——等高线地形图 ●数字高程模型 狭义：DEM是区域地表面海拔的数字化表达。 广义：DEM是地理空间中地理对象表面海拔的数字化表达。 ●传统的高程模型→数字高程模型 * 数字化： * 离散化： * 结构化： 数学意义上的数字高程模型是定义在二维空间上的连续函数H=f(x,y). DEM定义为区域D的采样点或内插点Pj按某种规则ζ连接成的面片M的集合： DEM=｛Mi= ζ(Pj)│Pj(xj,yj,Hj) ∈D, j=1,2,…,n;　i=1,2,…,m｝ 式中，xj,yj为Pj点的地理坐标；Hj为Pj点的高程。 当ζ为正方形格网时，这时的DEM称为基于格网的DEM（Grid based DEM)。 当ζ为三角形时，实质上是用互不交叉、互不重叠的连接在一起的三角形网络逼近表面。这时的DEM称为基于不规则三角网的DEM（irregular triangulated netword based DEM,TIN based DEM)。 （1）精度的恒定性 （2）表达的多样性 （3）更新的实时性 （4）尺度的综合性 （二）DEM信息特征 （三）DEM主要研究内容 （四）DEM的构建技术 （一）基本因子分析 （二）地形特征分析 （三）流域分析 （四）可视性分析 （一）基本因子分析 1 微观地形因子 2 宏观地形因子 坡度(degree of slope)：即水平面与地形面之间夹角。 坡度百分比（percent slope）：既高程增量（rise）与水平增量（run）之比的百分数。 坡度的计算： 地面曲率是对地形表面一点扭曲变化程度的定量化度量因子。 剖面曲率——对地面坡度的沿最大坡降方向地面高程变化率的度量  2 宏观地形因子——地形起伏度 在所指定的分析区域内所有栅格中最大高程与最小高程的差。 2 宏观地形因子——地表粗糙度 —反映地表的起伏变化和侵蚀程度的宏观指标。 定义为地表单元的曲面面积S曲面与其在水平面上的投影面积S水平之比。 R = S曲面 / S水平 2 宏观地形因子——地表切割深度 地面某点邻域范围的平均高差与该邻域范围内的最小高差的差值。 Di=Hmean-Hmin 1 地形特征点的提取 2 山脊线和山谷线的提取 1 地形特征点的提取 利用DEM提取地形特征点，可通过一个3×3或更大的栅格窗口，通过中心格网点与8个邻域格网点的高程关系来进行判断； 在一个局部区域内，用x方向和y方向上关于高程z的二阶导数的正负组合关系来判断 山顶点的提取方法： ① 窗口分析法 ② 基于反地形DEM的提取算法 该算法存在的问题： 难以顾及地形的整体变化, 很难去除噪音,往往存在较大的不确定性。 对窗口分析法的改进： 基本思想：山顶点分布在独立存在的自封闭等高线圆内, 该圆内不再有其它等高线。 ② 基于反地形DEM的提取算法 反地形DEM ( Reverse DEM, 缩写为R-DEM ) , 是指以某一水平面为基准, 原始DEM所描述的地面经过完全翻转所构成的数字高程模型。 2 山脊线和山谷线的提取 2 山脊线、山谷线的提取 1 流域定义 2 流域提取 2 流域提取 步骤： （1）DEM洼地填平（fill) （2）水流方向的确定(flow direction) （3）水流累计矩阵生成（flow accumulation) （4）流域网络提取（stream networks) （1）DEM洼地填平（fill) 由于数据噪声、内插方法的影响，DEM数据中常常包含一些“洼地”，“洼地”将导致流域水流不畅，不能形成完整的流域网络。 （2）水流方向的确定(flow direction) 最大坡降算法——D8算法 （3）水流累计矩阵生成（flow accumulation) 水流累计矩阵：指流向该格网的所有上游格网单元的水流累计量（以格网单元的数量或面积计）。 （4）流域网络提取（stream networks) 采用的是地表径流