DEM重采样坡度衰减分析

通过数字高程模型(DEM)重采样发现,随着水平分辨率的降低,地形也随着趋向平缓,坡度信息不断丢失,地面表达能力逐步下降。利用1∶10 000数字地形图生成5 m水平分辨率DEM,以此为基准重采样生成10、20、40 m水平分辨率的DEM,提取各水平分辨率DEM的坡度。对提取的5 m水平分辨率DEM的坡度进行邻域分析,提取10、20、40 m水平分辨率DEM的最大坡度,以此求取其与直接由相对应水平分辨率DEM提取的坡度的差值,并对坡度差值进行频率统计分析,同时分析了剖面曲率在重采样过程中的变化。结果表明,随着DEM水平分辨率的降低,坡度平均值不断降低,较小坡度的频率逐渐增大,较大坡度的频率逐渐减小。DEM水平分辨率较高时,坡度差值分布集中于较小坡度差值处,且范围集中;DEM水平分辨率越低,坡度差值分布曲线愈加分散,且集中于较大坡度差值处。DEM水平分辨率越高,剖面曲率曲线分布越广,DEM水平分辨率越低,曲线分布越窄,且变得集中,其中剖面曲率较高部分损失严重。

DEM分辨率对坡度算法选择影响的分析

坡度是重要的地表形态要素,DEM的分辨率对坡度计算具有十分重要影响。研究DEM分辨率对坡度最优算法选择的影响,对坡度精度评价具有重要意义。本文选取地形复杂的绥德和地形简单的拜泉两个样区,生成10~200m一系列分辨率的DEM,通过对比坡度计算的误差、坡度的信息熵和坡度衰减,分析Horn(H)算法、Zevenbergen(Z)算法、Evans-Young(EY)算法、Sobel(Sb)算法和Sharpnack(Sp)算法这五种坡度算法随DEM分辨率变化的表现,认识理解分辨率对坡度算法选择的影响。结果表明:(1)根据误差结果,各种分辨率下EY算法均为最优;根据信息熵和坡度衰减(平均值、标准差)结果,各种分辨率下H算法均为最优;(2)DEM分辨率对算法的影响主要表现在其坡度计算结果的差异程度上。在高分辨率时,不同算法得到的坡度结果差异不大;而在低分辨率时坡度结果的差异很大,宜使用推荐的算法;(3)随DEM分辨率降低,五种算法得到的坡度均发生衰减,但衰减程度不同,其中H算法衰减最小。(4)在实际坡度计算时,若重点关注坡度的精度,则优先考虑选用EY算法;若重点关注低分辨率情形下坡度的衰减,则优先考虑选用H算法。研究结果对不同分辨率下坡度算法选择和坡度精度评价均具有十分重要的意义,这还为地学模型提供了更精确的坡度数据。

DEM坡度的尺度效应研究

DEM的坡度是地形分析中的重要地理因子,随着DEM分辨率的降低,在其上提取的坡度会不断趋于平缓,因而不能如实表现地形起伏。本文重点研究了制图综合和采样间隔两个方面对DEM坡度的影响,利用不同分辨率DEM所提取的坡度的频率和累计频率,并对其进行分级统计,作为数据分析基础。利用制图综合和采样间隔两方面的综合效应对DEM坡度的影响,验证了DEM坡度随其分辨率的降低而发生衰减。针对制图综合生成的DEM具有相同的栅格尺寸,不同的综合平滑度,而不同采样间隔地形图生成的DEM具有相同的综合平滑程度、不同的栅格大小和不同的信息量,对这两种情况下的DEM坡度分别进行了统计分析,结果表明制图综合对1∶25万地形图生成DEM坡度的影响较大,对于其他比例尺地形图生成DEM的坡度衰减影响不明显。采样间隔对于1∶1万比例尺地形图生成不同分辨率DEM的坡度衰减都具有较大影响。

重采样方法对DEM地形表达的影响分析

重采样方法是获取不同分辨率DEM数据的主要手段之一,同时也影响DEM地形表达的能力。本文采用坡度和剖面曲率作为分析重采样影响DEM地形表达的因子,通过比较利用重采样方法生成的不同分辨率DEM的坡度和剖面曲率,分析重采样方法对DEM地形表达的影响。以5m分辨率DEM为基础重采样为10m、20m、40m水平分辨率DEM的实验表明,重采样过程中随着DEM分辨率的降低,坡度整体呈减小趋势,地形趋于平缓,坡度高频部分损失严重;剖面曲率随着重采样后DEM分辨率的降低,其频率分布曲线由分散变得集中,表明地形信息丰富的高分辨率DEM由于重采样方法而造成地形信息丢失,空间结构简单化。