数字高程模型

本科学生综合性实验报告姓名 学号 专业 地理信息系统 班级 11 级 实验课程名称 数字高程模型 实验名称 坡度等地形因子提取的不确定性研究 指导教师及职称 开课学期 2014 至 2015 学年 上 学期云南师范大学旅游与地理科学学院编印一、实验准备实验名称：坡度等地形因子提取的不确定性研究实验时间：2014 年 10 月实验类型： 验证实验 综合实验 设计实验1、 实验目的和要求：实验目的：了解坡度、坡向等地形因子的提取原理，分析坡度、坡向等地形因子提取的不确定性实验要求：熟悉利用 ARCGIS 软件平台进行基本地形因子提取的方法，掌握利用数理统计的方法对提取的地形因子数据进行比较分析的方法。DEM 数据的格网分辨率、精度、因子提取算法等对各因子的提取结果都有影响。本次实验以坡度、坡向等地形因子为例，基于 30m ASTER GDEM V2 数据，通过 resample 得到 30m、60m、90m、等格网分辨率的系列 DEM 数据，分别基于这些数据提取坡度、坡向等地形因子，通过对比坡度直方图及各个统计数据的变化特征来分析坡度、坡向等地形因子提取的不确定性。2、 实验方法步骤及注意事项：1） DEM 网格计算。Arctoolbox-Data Management Tools -raster processing -rasampe将 DEM 数据分为 30M，60m,90m，100m。2) 计算坡度地面某点的坡度是过该点的切平面与水平地面的夹角，是高度变化的最大值比率，表示了地表面在该点的倾斜程度。基于 DEM 数据，利用 Arcgis 的 Slope 工具提取坡度。分别计算不同分辨率 30、60、90、100 的坡度图。如下图所示为 30M、100M 的坡度分布图。30m 100m 60m 90m提出的坡面特征分析的自然地域导向表，将坡度重分类为 0 3，3 5，5 15，15 25，25 30，30 45， 45七级。重分类结果如下图所示：30M 60M 90M 100M3) 坡向计算地面任何一点切平面的法线在水平面的投影与过该点的正北方向的夹角成为该点的坡向。坡向是决定局部地面接收阳光和重新分配太阳辐射量的重要地形因子之一，直接造成局部地区气候特征的差异。坡向还直接影响到诸如土壤水分、地面无霜期以及作物生长适宜性程度等多项重要的农业生产指标。坡向图：30m 60m 90m 100m4)坡向重分类利用 Arcgis 的表面分析工具提取坡向，再用重分类将坡向分为平坦( 1) ，北( 0-22.5，337.5-360 ) ，东北( 22.5-67.5) ， 东( 67.5-112.5) ， 东 南( 112.5-157.5) ，南( 157.5-202.5) ，西南( 202.5-247.5) ，西( 247.5-292.5) ，西北( 292.5-337.5) 九个方向。30 60 90 1004) 剖面曲率分别计算 30.60、100、90 的剖面曲率剖面曲率是对地面坡度沿最大坡降方向地面高程变化率的度量，用来描述地表曲面在垂直方向上的弯曲、变化情况，从而对地面的复杂程度进行表征。根据上述得到的坡度图层，再利用同样的方法对坡度图层求坡度，即可得到剖面曲率( 坡度的坡度) 。30m 60m 90m 100m5) 平面曲率根据上述得到的坡向图层，再利用同样的方法对坡向图层求坡度，即可得到平面曲率( 坡向的坡度) 。30M 60M 90M 100M6）DEM 精度对地形因子提取的影响分析：6.1 不同网格尺寸 DEM 对坡度的影响不同网格的坡度直方图:100M 90M60M 30M对频数统计如下图按照上述坡度提取原理与分级方法提取坡度并分级，计算结果见直方图可以看出，DEM 网格尺寸的变化对坡度为 0-3 地区影响最大， 对坡 度 为 25-30地 区 影 响 最 小，坡度为 0-3地区面积百分比随 DEM 网格尺寸的增大而增大，坡度大于 30地区面积百分比随 DEM 网格尺寸的增大而减小，而坡度从 3-30地区面积百分比随 DEM 分辨率变化较小( 其中 15-25坡度面积百分比变化稍大)这是因为随着 DEM 精度的降低，对地形的描述越来越粗糙，一些细小的地形起伏被忽略或放大，因而 0-3的平坦区面积增大，坡度大于 30的陡坡区面积减小研究区 DEM 精度对坡度的整体影响见表 3 由表 3 可以看出，随着 DEM 分辨率的降低，提取的坡度最大值 平均值都随之减小( 如图 5) ，这说明 DEM 精度降低对地形的概括作用增大，使得整体地形向平坦转化，地貌的细部形态被简化 且标准差也逐渐减小，说明低精度 DEM 提取的坡度变化范围比高精度的小，反映了低精度 DEM 对地形的高度概括作用，使得坡度值比较集中表 2 不同网格尺寸各级坡度面积百分比(%)6.2 不同网格尺寸 DEM 对坡向的影响100m 90m60m 30m根据上述提取坡向和对坡向分级的方法将腾冲县坡向图进行计算分析，得到的结果如上图所示的直方图出，其随 DEM 分辨率的降低而增大，这是由于低分辨率DEM 对地形的概括作用; 除此之外，其他各方向受 DEM 分辨率影响不大 总体上 说，DEM 网 格尺寸 的 变 化 对 坡 度影响较大，而对坡向影响较小。6.3 不同网格尺寸 DEM 对平面曲率平均值的影响随着 DEM 网格尺寸的增大，平面曲率平均值逐渐减小 这是因为随着 DEM 网格尺寸的增大，许多细小的地形转折都被舍弃，因而平面曲率平均值呈减小趋势，说明低精度 DEM 的地貌细部特征被简化，综合反映了它对地形的概括作用。6.4 不同网格尺寸 DEM 对地表粗糙度平均值的影响地表 粗 糙 度 平 均值随 着 网 格 尺 寸的 增 大 而 减 小这是 因 为 随 着 网格 尺 寸 的 增 大，DEM 对地形信息的 概 括 性 增 强，一些 细 小 的 起 伏被忽略或舍弃，所描述的地表信息越来越粗糙，地表向平坦转化。实验总结： 熟