DEM提取坡向变率中的误差特征与消除方法

坡向变率是反映地形在水平方向上变化特征的关键指标,在数字地形分析中具有重要作用。目前,基于DEM的坡向变率提取方法,主要是在考虑坡向值的周期变化规律的基础上,使用正反DEM结合提取以消除北坡误差。该方法虽易于直接提取,但对误差产生原因的分析不够准确;特别是由于未考虑到变率提取算法的影响,包括算法公式中各差值的正负性与正误性关系,提取结果仍存在一定的误差。该文在深入分析基于DEM的变率提取算法和误差特征的基础上,通过拆分三阶差分算法和建立误差修正标准,提出了"六分法"这种新的误差消除方法,消除了因提取算法而造成的错误,并开发了一般GIS软件平台可实现的算法模型。以黄土丘陵沟壑区5m分辨率DEM进行实验,得到了更为准确的坡向变率提取结果。经过对比分析,该方法修正了正反DEM方法结果中存在的错误,在坡向变率较高的区域改进效果尤为明显。

DEM提取坡向变率中的误差特征与消除方法

坡向变率是反映地形在水平方向上变化特征的重要指标,在DEM数字地形分析中具有重要的作用。目前,基于DEM的坡向变率提取方法,主要是在考虑坡向值的周期变化规律的基础上,运用正反DEM结合提取以消除北坡误差。通过进一步研究发现:该方法对误差产生原因的分析不够准确,且由于没有考虑到变率提取算法的影响,包括算法公式中各差值在修正过程中的正负性与正误性关系,提取结果仍存在大量误差。本文在深入分析基于DEM的变率提取算法和误差特征的基础上,通过拆分三阶差分算法和建立误差修正标准,提出一种新的误差消除方法——六分法,避免了提取过程中因提取算法而造成的错误;开发实现了基于ArcGIS试验平台的算法模型,并基于5 m分辨率的DEM试验数据,得到了更为准确的坡向变率提取结果。经过对比分析,六分法成功修正了传统基于正反DEM方法结果中存在的错误,并且在坡向变率较高的区域改进效果尤为明显,其中,在坡向变率值大于80的区域修正了约12.8%的提取误差,且在区域内所修正的误差绝对值均值达到5.6以上,验证了该算法的有效性与必要性。

DEM地表坡向变率的向量几何计算法

作为计算坡向变率的数据基础,坡向矩阵具有方向性,以标量的方式计算带有方向属性的数据,将带来计算方式的误区及计算结果的偏差。本文以数学高斯曲面和不同黄土地貌样区5 m分辨率DEM数据为基础,针对坡向数据具有方向性的特点,设计基于数学向量的坡向变率计算方法。首先针对坡向数据进行极坐标转换,形成坡向矩阵的向量几何表达;然后以该坡向向量数据为基础来计算坡向变率;最后将本文方法的计算结果与传统标量方法的计算结果展开对比分析。试验结果显示,本文方法的坡向变率计算有效地避免了正北方向产生的极大偏差以及坡向差超过180°时的不准确现象,同时其他大部分区域也得出更为合理准确的坡向变率计算结果。在不同分辨率DEM下,本文方法能得到较为稳定的结果。本文所提出的基于向量几何的坡向变率计算方法可为精准数字地形分析提供参考,也是借鉴数学向量几何的方法解决数字地形分析问题的重要实践。

疏勒河上游流域地面坡谱特征

坡谱是以某项坡面因子为自变量,其对应的地面面积为因变量所构成的统计图表或模型。坡谱用微观的地形因子反映宏观的地貌特征的空间分异。以ASTER GDEM V002作为基础数据,利用Arc GIS中数字地形分析工具,提取了疏勒河上游流域的地面坡度、坡向、坡度变率、坡向变率,并分别进行了面积统计,绘制了坡谱曲线。结果显示:研究区以陡坡、斜坡为主,二者占总面积的74.16%,陡坡主要分布在疏勒南山、托来南山,斜坡则主要分布在山脉与盆地的过渡地带。在疏勒河盆地和昌马盆地,坡度变率较小,而坡向变率则较大。疏勒河上游流域地面坡谱反映出研究区地面起伏大,地形破碎。坡度变率、坡向变率对山脊线、疏勒河沟沿线具有重要的指示作用。

基于DEM的2种提取地形特征线算法对比研究

以云南省昭通市昭阳区1∶5万的DEM规则数据作为数据源,分别利用平面曲率与坡形组合提取法(基于平面曲率、坡向变率)、地形地表几何形态分析和流水物理模拟结合分析法提取其地形特征线(山脊线、山谷线),并根据提取效果选取研究区的西北区作为效果比对样区.对3个提取效果进行对比后发现:①分级阈值的合理判定是正确提取地形特征线的关键;②基于地形地表几何形态分析和流水物理模拟结合分析法提取的地形特征线效果最佳,而基于平面曲率、坡向变率提取的地形特征线效果各有优缺.

基于“三生”空间视角的城市建设用地拓展适宜性

以“三生”空间为视角,以促进“三生”空间合理布局和有序开发为目标,以山西省孝汾平介灵城镇组群为例进行建设用地拓展适宜性评价分析。基于最小累积阻力模型(MCR),以城市(镇)建设用地为扩展源,从地形、地质、生态环境、可达性4个方面构建阻力因子赋值体系,构建最小累积阻力面,采用自然断点法将研究区划分为最适宜建设区、一般适宜建设区、较不适宜建设区、不适宜建设区、禁止建设区等5种类型;采用坡向变率和坡形组合法提取建设用地适宜拓展路径。结果表明,适宜拓展路径集中于中北部盆地,空间上呈现“U”形分布,对比相关区域规划,与研究结果基本一致。说明采用最小累积阻力模型与坡向变率和坡形组合法相结合能有效评价建设用地适宜性,能够为土地利用格局优化提供决策支持。

基于DEM和高分辨率遥感影像的“膨胀-融合”式地表沟壑提取

地表沟壑的精细化提取是地形地貌特征的重要内容.针对现有沟壑提取结果中存在断裂区域和伪沟壑区域的情况,提出一种基于DEM和高分辨率遥感影像的地表沟壑"膨胀-融合"式提取方法.该方法综合了D8算法、坡向变率算法和面向对象分类方法的提取结果,首先引入距离制图算法对初始沟壑进行方向性膨胀,然后通过栅格重分类和代数运算进行沟壑融合,剔除伪沟壑区域,最终实现研究区域内沟壑的精细化提取.以GDEM v2数据和高分二号影像数据为数据源,精细化提取了湖北省神农架林区举黑沟至麻湾村一带的地表沟壑.采用随机点验证法对实验区域内的沟壑提取结果进行了精度评价,结果表明该方法的总体精度为92%,能有效弥合数据中的断裂区域,同时剔除伪沟壑区域,达到提高沟壑提取精度的目的.