基于GIS的不同精度DEM提取地形指标误差分析——以盐池县南部山区为例

以1∶5万和1∶10万地形图制作的DEM为研究对象,分别提取地面坡度及坡向、地表粗糙度、沟壑密度、坡长5种地形指标,并进行对比分析。实验样区为盐池县南部山区,基本技术平台为ARC/INFO地理信息系统软件。研究结果表明,两种精度DEM在提取地面坡度与地表粗糙度不同程度存在着误差,提取沟壑密度与坡长存在误差较小。提出了运用地理信息系统软件结合DEM提取沟壑密度与坡长的方法。研究成果对于DEM精度估算与误差纠正有一定的指导意义。

基于不同精度DEM的黄土丘陵沟壑区地形指标提取误差分析

在宁夏盐池县南部黄土丘陵沟壑区以1∶5万和1∶10万地形图制作的DEM为研究对象,以ARC/INFO地理信息系统软件为基本技术平台,分别提取了地面坡度及坡向、平面曲率、剖面曲率4个地形指标,并进行了对比分析。结果表明,2种精度DEM在黄土丘陵沟壑区地形指标的提取上均存在不同程度的误差。最后提出了运用负地形法从DEM提取平面曲率的方法。

赣南地区侵蚀地形因子研究

【目的】研究南方红壤区水土流失非常严重地区的土壤侵蚀地形因子,旨在为水土流失治理提供参考。【方法】以赣南地区为典型样区,将该地区1∶10万图幅及其周边的16个1∶5万图幅拼接,然后用1∶10万图幅向外扩展5km后重新切割的范围作为数据处理的单元,基于Hc-DEM提取地形因子,用50m×50m的邻域窗口对坡度进行均值滤波,将赣南地区划分为平原(包括盆地及周边缓坡丘陵)、典型丘陵、山地3种地貌类型区,对这3种地貌类型区的坡度、坡长、坡度-坡长因子(Length-Slope factor,LS)的宏观和微观格局进行分析,研究地形因子与土壤侵蚀的关系。【结果】在宏观尺度上,平原的坡度和LS因子均最小,典型丘陵次之,山地最大;平原和典型丘陵区坡长较小,而在山地较大。在微观格局上,坡度表现出与地形连续变化相适应的特性;坡长在典型丘陵和山地反映出与提取算法有关的、类似流域单元的图式;LS受坡度和坡长的共同影响,整体上与坡度的分布一致。地形因子与土壤侵蚀的关系表现为,随着侵蚀强度的增加,坡度、坡长和LS因子均呈增加趋势。【结论】在南方红壤区水土流失非常严重地区,地形属性(坡度、坡长)和LS对土壤侵蚀影响明显。

基于地形的高速公路造价快速估算系统

为在已知走廊带的情况下,对高速公路造价进行预测,以达到限额设计目的。依据福建省近10年高速公路的建设项目,从每个项目中提取出对造价影响较大的工程量:土石方,防护,排水,桥梁,隧道等主要工程量以及相应的地形指标参数,采用SPSS软件进行相关性分析,分析对这5大工程量起控制作用的关键地形指标,采用MATLAB软件建立5大工程量多元非线性回归模型,结合综合单价、项目费用比例来对造价进行预测。实例验证表明采用该模型能有效地对不同地形条件下五大工程量及总造价合理值进行预测,预测精度高、操作方便。

地形建模中的分形应用及分析

地形建模是建立各种三维信息系统和虚拟信息系统的基础,本文针对传统地形建模方法存在逼真度差且不能很好保持原有地形特征的问题,提出将分形曲面插值算法应用到地形建模中。文中采用实验数据完成了地形模型的构建,通过对其盒维数的计算分析和与传统克里金插值及反距离权重插值结果进行比较,发现用分形插值建立的地形模型不仅逼真度高,而且能够很好地保持原有地形的宏观地形指标和分布趋势,显示出其优越性。另外,该方法外业工作量小,费用低。所以,分形插值用于地形建模是一种极具应用价值的方法,对虚拟系统的建设具有重要参考意义。

基于地形的普通公路造价快速预测模型

普通公路项目在预工可阶段,已知走廊带的情况下,为了实现对造价的快速预测,依据福建省近10年普通公路的建设项目,从每个项目中提取出项目总造价、设计指标及相应的地形指标参数,采用SPSS软件进行相关性分析,分析控制造价的关键地形指标,采用MATLAB软件建立造价的多元非线性回归模型,对不同地形情况下的造价值进行有效的预测,并通过调整系数对造价预测结果进行优化,提高模型预测精度。

一种自适应定权地形复杂度模型

地形复杂度指标是数字地形分析中重要的参数。地形复杂度的定量表达能够为地形特征采样理论、数字地形分析(Digital terrain analysis,DTA)的不确定性分析、水文分析等方面提供重要依据。本文基于多因素地形因子指标,采用主成分分析方法构建一个自适应定权地形复杂度模型,以实现地形特征的综合描述:选取坡度(Slope,S)、全曲率(Total Curvature,Cur)、地形起伏度(Relief,Rel)和地形粗糙度(Rough,Rou)四个单一地形因子指标构建综合地形复杂度指标(Integrated terrain complexity index,ITCI,后文简称C);通过实验训练数据实现地形复杂度指标的解算,得到C与S、Cur、Rel、Rou之间的经验公式;根据经验公式计算实验区域的地形复杂度指标值,并结合实验区域的地形类型,得到地形复杂度指标值与地形类型之间的对应关系;选取了平原、丘陵和山区三个实验区域,计算C值对其对应关系进行验证。实验结果表明,本文构建的地形复杂度指标与地形特征之间的对应关系是合理的,能够有效描述地形特征。本文研究对于地形特征采样理论和DTA的不确定性分析等方面具有重要的参考价值和应用价值。

台湾山脉地形演育的测高曲线与高程频率分布形态

集水盆地的测高曲线与高程频率分布形态，可反应该集水盆地的地形演育期与其内所残留的土地体积分布狀态。台湾造山带的中央山脉地形区，其测高曲线呈现S形，而次集水盆地的高程频率分布则以x^2-检定证明爲近似常态分布，显示此地形区的抬升与剥蚀作用达到Ohmori(1993)的巅峰期。海岸山脉的面积高度积分值偏低，测高曲线呈现凹形，高程频率分布主要在低高程的部分。综合以上结果，台湾造山带山脉地形的测高曲线形态变化呈现出一个Ohmori循环，而高程频率分布的形态则终将演化至常态分布。

基于DEM的月表典型撞击坑形态特征的指标因子量化关系模拟

在激光测高方法获取的100 m分辨率的全月数字高程模型数据基础上,选取1 407个不同形态的撞击坑,提取多视角刻画撞击坑形态的地形因子指标,并进行撞击坑形态特征分析。在此基础上,采用数理统计与地理建模的方法,重点探讨地形因子间的关联性,进一步构建基于多因子的量化模型,以解释地形因子信息与撞击坑形态发育的内在联系。结果表明,深径比(y)与直径(x 1)、体积(x 2)、圆度(x 3)、体态比(x 4)以及坑壁坡度(x 5)能较好地刻画撞击坑形态发育特征,通过多元线性回归拟合构建指标间的函数关系,且拟合模型在0.05置信水平下的显著性F=492.037>>F a,拟合模型的显著性极好,y=(7.941 e-007)x 1+(8.063 e-016)x 2+0.082x 3+0.012x 4+0.007x 5-0.042为其模拟函数关系式,拟合优度达0.637。该模拟方法在月表撞击坑形态发育研究中有重要意义,是撞击坑形态特征的数字地形模拟与信息挖掘的一次有益实践。

宝天曼栎类天然林群落环境解释的多元分析

利用宝天曼自然保护区32块野外样地调查资料,通过选取21个分别代表植被群落、地形和环境的指标,采用主成分分析、聚类分析和典范相关分析方法,分别对三者之间的定量耦合关系进行分析。主成分分析结果表明,海拔和土壤厚度是指示植被变化的敏感指标;聚类分析结果显示,样地沿海拔梯度有规律分布,在划分的3种群落类型间,随着海拔的增加,土壤厚度在加大,而土壤含水量在减少,乔木种类增加而灌木、草本种类减少;植被、地形、环境指标集团的典范相关分析结果表明,地形与植被指标、环境与植被指标之间都存在着显著的相关关系,而地形与环境之间的相关关系并不显著,乔木种类及林分密度的变化能很好地反映地形和土壤的变化。

贵州乌江南源上游流域不同岩溶地貌单元的流量衰减分析

选取云南高原向贵州高原过渡地带上的乌江南源——贵州省三岔河上游流域作为研究对象,分别提取其流域内的花渔洞地下河流域与三塘地下河流域的地形指标,分析两者的流量衰减现状,并探讨了岩溶地表形态和岩溶含水介质结构之间的关系。结果显示:(1)花渔洞地下河流域的平均起伏度为73.2 m,可分为高起伏度的Ⅰ区(均值122 m)和低起伏度的Ⅱ区(均值64 m)两个区,其分别占整个流域面积的14.9%和85.1%;三塘地下河流域的平均起伏度为87.6 m,可分为高起伏度的Ⅰ区(均值106 m)、中起伏度的Ⅱ区(均值81 m)和低起伏度的Ⅲ区(均值48 m)三个区,其分别占流域面积的40.2%,49.7%和10.1%;(2)花渔洞地下河流域各阶段的衰减系数为0.0003,0.0001,0.00006(0.5 h)^-1,总蓄水量达2199.356×10^4 m^3,各亚动态蓄水量分别占总蓄水量的0.1%,9.9%、90.0%;三塘地下河流域各阶段的衰减系数为0.001、0.0003、0.0001(0.5 h)^-1,总蓄水量为2310.902×10^4 m^3,各亚动态蓄水量分别占总蓄水量的9.4%、30.8%、59.8%。这表明地面起伏度和衰减动态之间可能存在着关联性,即高起伏度对应岩溶发育强烈的管道流,低起伏度对应导水通道较小的裂隙、溶隙等含水层。

基于地形因素的高速公路建设期能耗划分指标研究

地形因素对高速公路建设时产生的能源消耗起到决定性的影响。针对工程量、场地条件等与地形直接相关的特点,引入路基单位公里计价土石方量、桥隧比以及重丘比例等3个基础指标,将3个基础指标作为影响因子进行系统聚类,按照聚类结果对高速公路建设期的单位能耗进行划分并证明了划分后的单位能耗服从正态分布。利用层次分析法,计算得到3个基础指标的权重,给出了不同地形下的定额地形分类指标的计算方法及待评估道路的地形分类指标计算方法,提出了高速公路建设期能耗的快速分类方法,为下一步高速公路建设期能耗统计定额的计算及完善打下了基础。

基于BP网络的复合地形因子提取研究

针对复合地形因子现有提取方法过程叠加繁琐、计算量大等问题,利用BP神经网络自适应性好、泛化能力强的优势创建了复合地形因子提取的BP神经网络法。以黄土高原DEM为数据源,选取复合地形复杂度指标为研究对象,采用控制变量法优选网络结构,结合Levenberg-Marquardt算法改进网络收敛速度与精度,优化样本库以克服过拟合问题,获取了综合性能最优泛化模型。实验结果表明,BP神经网络法较传统方法功效显著,拟合优度达到0.99,命中率达到99.98%,均方差为2.91×10^(-5),残差最大绝对值为0.16,平均绝对百分比误差为2.95%,模型提取10次结果标准差最大值为0.14;BP网络用于复合地形因子提取有效可行,为快速提取复合地形因子提供了新途径。

四川羚牛春季地形选择特征的初步研究

地形是动物栖息地中非常稳定的环境因素。了解有蹄类特殊时期对地形的偏好,既有助于揭示动物行为策略形成的机制,又有助于我们实施保护和管理。本文对羚牛(Budorcas taxicolor tibetana)春季地形选择特征进行了初步探讨,数据来自于4只佩戴GPS无线电颈圈的羚牛3月中旬至4月中旬的定位数据。通过对羚牛活动位点与可选择地形的7个地形因素(坡度、坡向、坡位、海拔、地形起伏度、距峭壁距离、距山脊距离)的比较分析,发现羚牛在春季对地形存在选择。通过因子分析发现,影响羚牛春季地形选择的因素可以分为地形复杂度因子(坡度、地形起伏度),反捕食因子(海拔、距峭壁距离)和坡位因子(坡位)三类因素。与可供选择地形相比,羚牛利用的地形更偏离峭壁或陡坡、坡度更缓、海拔更低、明显偏离山脊、地形起伏程度较低。羚牛显著倾向于选择平坡和中位坡,且主要选择阴坡和阳坡。雌雄个体在7个地形因素的偏好上存在显著的差异,但雌性在距离峭壁和距离山脊的距离以及坡位的选择上与可供选择地形均无显著的差异。

基于流域单元的黄土地貌正负地形因子量化关系模拟

正负地形是黄土高原地貌形态表达的重要参数,也是现代沟谷侵蚀和发育研究的重要切入点,对于流域形态发育的定量化描述有重要意义。文中以典型自然流域为基本单元,在沟谷发育明显的陕北-晋西-陇东地区选择86个样区,利用1:10000比例尺5m高分辨率DEM数据,提取样区内多视角刻画地貌形态的正负地形因子指标,并进行流域地貌形态特征分析;在此基础上采用数理统计与地理建模的方法,重点探讨正负地形因子间的关联性,进一步实现基于多因子的量化模型的构建,以揭示地形因子信息与流域沟谷发育的内在联系。结果表明,蚕食度(Y)与沟壑密度(X_1)、平均坡度差(X_2)及破碎度(X_3)能较好地刻画流域地貌发育形态,并存在着线性函数关系:Y=0.069*X_1-0.01*X_2+0.009*X_3+0.239,拟合度达0.868。该模拟方法在黄土地貌形态发育的研究中有着重要的理论意义,是数字地形模拟与信息挖掘的一次有益实践。

引入集水区复杂网络的中国地貌识别研究

地貌识别已经成为地貌学研究的关键一环,而基于集水区的地貌单元研究成为了地貌识别领域的研究热点。前人的研究衍生出以下新的问题,能否从基于局部集水区地貌的特征对大尺度地貌类型进行识别,对何种地形描述方法适应性更强等。由此本文选取岩溶地貌、黄土地貌、冰缘地貌、风成地貌、流水地貌这五种代表中国主要地貌类型的样区,引入复杂网络理论方法,以复杂网络指标、地形指标为基本数据源,使用LightGBM、XGBoost、RF 3种典型机器学习方法对中国主要地貌类型进行自动识别的研究。实验结论如下:集水区复杂网络结构和地形特征都对地貌具有一定的解释力和识别效果,总体识别精度分别为77.5%和72.5%,在本文选取的地貌类型中,LightGBM、XGBoost、RF 3种机器学习方法对冰缘地貌的识别精度最高,最高可达100%;2种地貌描述方法结合的地貌识别效果相较单一地貌描述方法具有显著提高,总体精度比单一复杂网络指标和单一地形指标,分别提高了5%和10%;同时LightGBM对于复杂网络量化因子和地形指标特征集的结合具有更好的适应性,总体精度可达82.5%。总体而言,本研究工作拓展了基于集水区地貌识别方法的应用区域和应用范畴,为基于集水区的地貌识别研究提供了新的思路。