5--数字地形特征的提取

1、栅格叠置分析案例：数字地形分析,1 数字地形分析概念 数字地形分析,栅格叠置分析案例：数字地形分析,1 数字地形分析概念 数字地形分析,1 数字地形分析的定义,由DEM生成等高线、坡度、坡向、剖面、汇水面积、填挖方及其三维透视、潜在太阳辐射等来表达实际地形的各种特征的派生图形或者数据的过程。,地形的影响？,通过海拔高度引起的地形差异，可以导致在相应地理空间中发生的物质（水分、空气湿度、大气压及大气含量等）、能量（太阳辐射、温度等）的差异。到底它们的变化规律怎样？可以从决定因子地形场视角入手！,数字地形分析？,栅格叠置分析案例：数字地形分析,1 数字地形分析概念 数字地形分析,数字地形分析,总体

2、描述因子 坡面因子提取 特征地形要素提取,一、总体描述因子,不同形式DEM的转换（等高线、TIN及lattice数据的提取） 正地形与负地形 反地形 填挖方计算 地形的起伏度 地表的粗糙度 地表切割深度 高程变异系数,1、不同形式DEM的转换(等高线、TIN及lattice数据的提取),1）为了直观表达地形的需要, 明暗等高线，不同灰度等高线与TIN; 2）融合多种表示地形的因子， 提高DEM分辨率的需要；,提高栅格DEM的分辨率的方式之一,单纯通过对原始DEM进行更小格网尺度的插值操作无法提高DEM的分辨率和准确度。 需要添加新采样点重新编辑高程数据。,DEM不同形式的转换方式,等高线 Co

3、ntour Extract by attribute TIN Raster to tin Create tin Lattice Spatial analyst tools/extract to point Raster to point,2 正地形与负地形,相对高于邻区或新构造上升地区的地形，如山地、高原、丘陵。反之，为负地形，如洼地、盆地等。确定是否以侵蚀还是堆积过程为主。 世界上许多石油矿床与高地、丘陵，特别是穹隆或背斜构造形成的正地形有关。石油、天然气、金属矿床常常形成或储存在上述正地形中。有些金属矿床比围岩抗风化作用较强，也形成正地形。负地形是沉积物堆积的有利条件，也是冲刷微弱的场所。

4、煤、石油、铝土、铁、泥炭、盐类和锰结核等沉积矿床多形成在盆地、凹地、平原和洋盆等负地形中。,正地形与负地形的提取,建立比较的基准，通常表示为一定邻域内的高程均值； 通过原始栅格DEM与高程均值对比，高于均值的判断为正地形，反之定义为负地形。,3 反地形,以某一水平面为基准，完全翻转原始DEM所构成的地形。,为了避免出现负值，通常水平面值选择大于等于DEM的最大值。,？想具体知道各种林地的实际面积？ 某个区域有修建一个平台，需要取土量多少？,4 曲面面积和曲面体积,指考虑到表面高程的变化情况，沿地表计算出的面积，（通常大于其二维的底面积）以及地表所包含的体积大小。,曲面面积与体积的计算,问题？

5、在研究水库、湖泊的年际变化时，需要确定当时的库容量，如何获得？,关键点： 反地形的构建； 填挖方计算；,一、总体描述因子,不同形式DEM的转换（等高线、TIN及lattice数据的提取） 正地形与负地形 反地形 填挖方计算 地形的起伏度 地表的粗糙度 地表切割深度 高程变异系数,5 地形起伏度,指在所指定的分析区域内栅格中最大高程与最小高程的差。描述一个区域地形特征的一个宏观性的指标。,意义：可以直观地反映地形起伏特征，常常用于地貌划分、水土流失评价、道路规划等,6 地表切割深度,指地面某点的邻域范围的平均高程与该邻域范围内的最小高程的差值。,意义：可以直观、定量地反映出地表被侵蚀切割的情况，

6、是研究水土流失及地表侵蚀发育状况时的重要参考指标,7 地表粗糙度(surface roughness ),反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，指地表邻域单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积的比值。,意义：是衡量地表侵蚀程度的重要量化指标，在水土保持和环境监测中具有重要意义,8 高程变异系数,指格网单元点的标准差与平均高程的比值，反映了分析区域内地表单元格网各顶点高程变化的指标。,数字地形分析,总体描述因子 二. 坡面因子提取 三. 特征地形要素提取,不同形式DEM的转换 正地形与负地形 反地形 填挖方计算 地形的起伏度 地表的粗糙度 地表切割深度 高程变异系数,二 坡面因子提取,坡度 坡向

7、山影 宏观坡形 微观坡形,二 坡面因子提取,坡度 坡向 山影 宏观坡形 微观坡形,1984年中国农业区划委员会颁发土地利用现状调查技术规程对耕地坡度分为五级，地面坡度的不同级别，对耕地利用的影响不同。 2一般无水土流失现象； 26可发生轻度土壤侵蚀，需注意水土保持； 615可发生中度水土流失，应采取修筑梯田、等高种植等措施，加强水土保持； 1525水土流失严重，必须采取工程、生物等综合措施防治水土流失； 25为水土保持法规定的开荒限制坡度，即不准开荒种植农作物，已经开垦为耕地的，要逐步退耕还林还草。,纵向坡度有超过20的铁路路段，如宝成线、京原线，但必须减少列车总重和多机车牵引才能运行。 坡度

8、是高度与水平距离之比。铁路用千分之几()表示,公路用百分之几()表示。,1 坡度(Slope),意义： 根据坡度起伏变化，确定崩塌、滑坡区域或严重的土壤侵蚀区，作为灾害防治与水土保持工作的基础。 提取平坦区域，为大型商业中心或房屋建筑选址。,定义:地面上某点的坡度表示了地表面在该点的倾斜或者陡峭程度, 在数学上表示为法矢量n与z轴的夹角，即两矢量的数量积与模的 乘积之商的反余弦,表示方法： 坡度：与水平面的夹角0 90 坡度百分比：坡高(高程增量)除以坡面的水平增量，再乘以100,Note： 在软件中一般以”弧度”为单位； 百分制的坡度向度坡度的转化，57.296*arctan（slope/1

9、00），其中57.296=360/2pai,二者的转化？,地形的差异：阴阳坡差异造成温度差异（太阳辐射）、降水差异（气流的路径）等,2 坡向(Aspect),意义：决定地表局部地面接受阳光和重新分配能量（日照时数和太阳辐射强度）的重要地形因子，直接造成局部地区气候特征的差异，同时影响诸如水分、地面无霜期以及作物生长适宜性程度等。,应用： 提取所有朝南的坡面为房地产建设选址提供最佳位置。 对山地生态影响，喜阳植物与喜阴植物； 对水分的影响。,定义：坡面的朝向，经常用来决定坡面所能接收到的阳光。 坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。以度为单位, 按顺时针方向来度量。,ArcGIS中： Asp

10、ect表示每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向。 坡向值规定：正北方向为0度，正东方向为90度，以次类推，水平的坡面没有方向，赋值为-1。,在ArcView和ArcGIS中通常将坡向综合为9种坡向: 平缓坡为1 北坡（022.5，337.5360） 东北坡（22.567.5） 西北坡（292.5337.5） 东坡（67.5112.5） 西坡（247.5292.5） 南坡（157.5202.5） 西南坡（202.5247.5） 东南坡（112.5157.5）,坡向的综合,阴 坡：北坡、东北坡、西北坡 半阳坡：东、西坡 阳 坡：南坡、东南坡、西南坡,？受光面与被光面的设置：坡向的二值化操

11、作,Reclassify：重分类的方法就是坡向为045度和225360度为受光面赋值为1，坡向为45225度为背光面赋值为0，此处注意勾选change missing values to nodata（optional），把不必要的类别设成空值；,一般采用二次曲面，即3*3窗口,软件中坡度和坡向算法曲面拟合法,计算坡度和坡向 的3*3窗口,算法1 精度最高，计算效率也最高,算法4 ERDAS Imagine中采用,算法3,算法2 精度仅次于算法1 ARC/INFO和ArcView中采用,3 山影(Hillshade) 日照强度分析,3 山影(Hillshade) 日照强度分析,山影可测定研究区

12、域中给定位置的太阳光强度和光照时间； 对实际地面进行逼真的立体显示，增强地面的起伏感。,山影的应用： 对地形起伏进行生动的表示，从而显示不同土地利用类型在地形上的分布情况。 研究阳光的照射位置与公路上发生的车祸事件发生率之间的相关性。 分析农作物与太阳光照的关系,太阳方位角(Azimuth)：太阳方向相对于目标点的角度，从正北方向开始按照顺时针方向0360度变化，90度的方位角在正东方向； 太阳高度角(Altitude):太阳光线与水平面所构成的夹角，单位为度，变化范围从0度(在水平线上)到90度(头顶上),太阳方位角(Azimuth),太阳高度角(Altitude),太阳方位角(Azimut

13、h)： 太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。太阳方向相对于目标点的角度，从正北方向开始按照顺时针方向0360度变化，90度的方位角在正东方向；,太阳高度角(Altitude): 太阳光线与地平面所构成的夹角，单位为度，变化范围从0度(在水平线上)到90度(头顶上),4 宏观坡形,定义：指局部地表坡面的曲折状态。有直线形斜坡、 凸形斜坡、凹形斜坡和台阶形斜坡。,P0 凸形坡 斜坡底部的坡度随坡长的增长而增大 P=0 直形坡 斜坡底部的坡度基本不变 P0 山谷点 aodian=dem_min-dem=0 & d

14、em-dem_mean0& soa70 dem-dem_mean0& flowaccumulation=0 山谷线 dem-dem_mean70 dem-dem_mean0&反地形flowaccumulation=0,正负地形判断之前的山顶点、山谷点，或山脊线、山谷线,1 山顶点、山谷点、鞍部点、山脊线、山谷线等,判断方法： 通过一个3*3或者更大的格网窗口，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和获取。 即在一个局部区域内，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确定。,2 坡位,在黄土高原地区，在地形坡面之间存在坡度上明显转折的部分。,判断方法： 坡度剖面曲率,3

15、 沟沿线,4 径流节点、水文网络与流域,流域分割,汇水网络,指地表径流源点到坡度减小直至有沉积出现的地方的距离，或到一个明显渠道之间的距离在水平面上的投影长度。,意义：是水土保持的重要因子，当其他的条件都相同时，水力侵蚀的强度由坡长来决定，坡面越长，水流汇聚的流量越大，侵蚀力就越强,5 坡长,6 视线与视场（viewshed）,A为观察点 B为目标点 粗线表示视线被遮挡,应用于通讯、军事以及房地产领域,7 剖面线,主要内容,研究的主要对象：dem (1)高程的表达？ (2)高程变化量？ (3)高程变化量的最大变化方向？ (4)高程显示程度？受到太阳光照的强度与时间长短？起伏感？ (5)高程变异

16、程度？ (6)地表起伏度？ (7)地表切割程度？ (8)某高程之上的曲面面积与曲面体积？,(1) 等高线(Contour) (2) 坡度(Slope) (3) 坡向(Aspect） (4) 山体阴影(Hillshade)日照强度分析 (5)曲面面积与曲面体积 (6)地表粗糙度 (7)高程及变异分析 (8)宏观坡形 (9)微观坡形 (10)地形起伏度 (11)地表切割深度,意义、定义、计算方式,小结,对地形在地表的空间分布特征具有控制作用、构成了地表起伏和变化的基本骨架的点、线或者面状要素。,山顶点、山谷点、鞍部点、山脊线、山谷线等 坡位 沟沿线 径流节点、水文网络与流域 坡长 视线与视场（viewshed） 剖面线 。,特征地形要素：