坡面地形因子提取.ppt

1、第七章坡面地形因子提取、7.1概论、地理数据是对地球某一地点直接或间接关联的数据，是表示地理位置分布特征的自然现象和社会现象的各要素文件。 地理数据包括自然地理数据和社会经济数据。 自然地理数据在补正机中通常以矢量数据构造、网格数据构造存储，构成地理信息系统的主体。 社会经济数据以统一图表的形式存储在修订机中，是地理信息系统分析的基础数据。 地形数据是地理数据之一。 中的组合图层性质变更选项。 数据类型分为三类：空间数据和属性数据。 空间数据具有描述对象的空间位置(包括形状和相互空间关系)的属性。 点、线或面之间的空间关系通常以统一的坐标系描述，以反映现实世界的情况。 空间数据可以是栅格数据(

2、像素)，也可以是矢量数据(多边形/区域、线、点) (地形数据也具有这些特征)。 GIS的空间和属性数据、DEM数据的应用分为两类：直接应用： DEM是测图自动化的重要组成部分和GIS数据库的基础。 间接应用：坡度、坡度、三维透视等。 从DEM生成这些派生数据的过程称为地形分析。 地形分析是地形环境认知的重要手段，以前的地形分析是基于二维平面地图进行的。 从基于纸地图的地形分析发展到基于数字地图的地形分析，计算机取代了大量人工修订和绘制，地形分析手段、功能飞跃的可视化技术和虚拟现实技术的发展，使得构建三维实时交互的伪地形环境成为可能，同时在三维地形环境中特别是DEM的出现和大量应用，使得从地形属

3、性中提取各种地形残奥表和特征因子更加简便准确。 用于记述地形特征和空间分布的地形残奥表很多，根据应用目的的不同，学科和领域的理解和分类也不同。 本课程着重于基本因素分析、地形特征提取、水文分析、视域分析，综合介绍相关知识。 7.2基本地形因子分析，本质上，DEM是地形的数学模型，并且可以被认为是一个或多个函数的集合。 事实上，许多地形因子可从这些函数一维或二维地导出并通过某种组合或复合操作而获得。 地形因子是具有一定意义的数学残奥表或指标，其被设置用于定量地表示地形形态的特征。 7.2.1边坡因子(1)根据由边坡因子分类法边坡因子描述的空间区域提取边坡因子差分校正阶边坡的形态特征，可以根据由边

4、坡因子描述的空间区域范围将边坡因子分为微观边坡因子和宏观边坡因子两种基本类型。根据提取斜面因子差分校正计算的次数，根据斜面的形态特征，7.2.2斜面因子提取的算法基础(1)DEM网格数据的空间向量表示为DEM，具有空间向量特征的斜面因子的自动提取通常通过空间向量分析原理的差分校正计算方法完成。 如图所示，p个点的斜坡因子提取基于由8个相邻格网点确定的地表微分单元的标准向量数据。 (2)斜面因子提取中常用的分析窗口分析(临近分析)是从DEM数据中提取斜面信息的主要分析方法。 其原理是，对于网格数据系统中的一个、多个网格点或者全部的数据，打开具有一定分析半径的窗口，在该窗口内进行极值、平均值、标准

5、偏差等一系列的统一修正运算，或者进行差分和其他水平的信息的复合分析。 7.2.3坡度因子分析(1)坡度定义：坡度是指表面的倾斜或陡峭。 严格来说，地面任意点的坡度是指通过该点的切平面与水平地面所成的角。坡度表示该点处地表的倾斜程度，如图所示，数值上等于超过该点的地表微分单位的法线矢量与z轴的夹角。 (1)平均梯度：从图的范围中找出该范围内的所有梯度值，并使用这些梯度值计算平均值作为该图的梯度值。 (2)最大值梯度：从绘图的范围中，找出该范围内的所有梯度值，并使用这些梯度值，作为该绘图的梯度值，修正最大值。 (3)最小值梯度：从绘图范围中找出该范围内的所有梯度值，并使用这些梯度值将最小值校正为绘

6、图的梯度值。 (4)概率梯度：从地图的范围中找出该范围内的所有梯度值，按耕地的梯度分类方法对这些梯度值进行分类，然后计数每个梯度类的个数，将梯度类最多的类作为该地图的梯度类值。 (5)中央值梯度：从图斑的范围中，找出该范围内的所有梯度值，按顺序排列这些梯度值，将中央的梯度作为该图斑的梯度值。 (6)中心点梯度：从图斑的范围中找出该范围内的中心点，将中心点的梯度作为该图斑的梯度值。在Arcview中利用数值高程模型利用spatial模型提取坡度图、在DEM中提取的坡度图、坡度提取结果、Add Data对话框，(2)所谓坡度方向是指坡面的方向。 表示表面某处最陡的倾斜方向。 可以认为是山体朝向的斜

7、面的方向或指南针的方向。 在斜坡校正过程中，将校正三角网曲面的每个三角形或栅格图像的每个像素。 中的组合图层性质变更选项。 拔模方向以度为单位，从0度(正北方向)到360度，即绕一周后的正北方向进行测量。 坡度图表中每个网格单元的值表示该网格单元所在的坡度的方向。 水平坡度没有方向，指定为-1。 为什么要使用梯度函数？ 找到所有朝北的山坡，找到最适合滑雪的山坡。 修正某地区各处的太阳照射情况，研究各点的生命多样性。 找到所有朝南的山坡，确定雪最初融化的地方，研究找到可能遭受雪水袭击的居住地的地方。 确定平坦地区，找到紧急情况下飞机可以着陆的地方。 生成梯度方向方法、梯度方向生成结果、山影是山影

8、函数还是山影函数根据曲面上的虚拟照明光源修正高程网格图中每个网格单元的照明值。 通过修正光源和地形的坡度、坡度的关系而得到。 曲面阴影处理大大提高了曲面分析和图形显示时的视觉效果。 方位角是用于表示太阳方向的角度，从正北方向向逆时针方向从0度变化到360度。 90度的方位角是正东方向。 默认方位角为315度(西北方向)。 高度角度是指虚拟光源与水平面所成的角度。 单位是度，从0度(水平线)到90度(头顶)。 默认值为45度。 绘制山影网格图。 山影光源的方位角是315度，高度角是45度。 (3)坡口：坡口是指局部地表斜面的蜿蜒状态。 宏观上坡形态有直线形斜面、凸形斜面、凹形斜面、阶梯形斜面。

9、地面曲率系数：地面曲率是地形表面点扭转变化程度的量化测定系数，地面曲率的垂直和水平两个方向的成分分别称为平面曲率和截面曲率。 所谓平面曲率，是地面任意点地表倾斜地的变化率，是反映等高线弯曲程度的指标。 实质上提取DEM梯度，提取其梯度。 截面曲率是指地上任意点的地表坡度的变化率，实质上是对DEM求出2次坡度。 平面曲率模式图、平面、平面和截面曲率提取结果，(4)斜面长度：通常是指在地面上的一点沿水流方向到其流动起点的最大地面距离在水平面上的投影长度。l是指坡面的长度，m是指地表沿着水流流动的水流的长度，指水流地区的地面坡度值。 (5)斜面位置：指斜面所在的地形部位。 例如，正地形、负地形、沟间

10、地、沟坡地、沟底地。 (6)坡面复杂度因子：宏观地形因子，包括地形起伏度、地表粗糙度、地表切割深度、海拔变动系数等。 地形起伏：指定区域内的最大标高和最小标高之差。 RFi是地形起伏度，Hmax是分析窗口中的最大标高值，Hmin是分析窗口中的最小标高值。 地表切割深度：地面某点附近范围的平均高程与该附近范围内的最小高程之差。 Di表示地面某点的地表切割深度，Hmean表示固定分析窗口内的平均高程，Hmin表示固定分析窗口内的最低高程。 地表粗糙度：反映地表起伏变化和侵蚀程度的指标，定义为地表单元曲面面积与水平面投影面积之比。 高程变动系数：反映分析区域内表格单元网的各顶点的高程变化的指标，以栅

11、格单元顶点的标准差和平均高程之比表示。 V=s/z，应用示例：基于DEM提取开始点激活DEM主题层。 在“Analysis”菜单下使用“Calculator”命令，公式为DEM-10000*(-1 )，提取DEM层的负地形，DEM层的负地形为a； 激活a层，调用【Hydro】菜单下的【Flow Direction】指令，生成负地形的流动层，标记为b。 激活b层，调用“Hydro”菜单下的“Flow Accumulation”命令，生成负地形的水流累计层Flow Accumulation，编辑c层图例，将其值分为0-固定的3个范围，该固定值的正确值为c层和Hydro 调用【Analysis】菜单

12、下的【Map Query】命令，询问的形式为Flow Accumulation“固定值”，得到新的主题层Map Query 1，d、d是对c的二值化。 激活d层，点击【Theme】菜单下面的【Table】命令或者快捷按钮打开d主题的表，选择值为1的数据，调用【Analysis】菜单的【Find Distance】命令，就可以调用【Analysis】菜单的【Calculator】命令，如果公式为E*网格单元的大小，则得到的新主题f的值是距最近的山脊线的垂直距离。 由于水流的方向并非严格地与山脊线成90度，很多水流方向接近90度，实际坡口应该是沿着水流方向的长度，所以所求出的主题f的值只是坡口的近似值，该方法只是求坡口的快速近似方法。 因此，图层之所以不能分层，是因为区域太大，图层会自动合并，结果不能分层。 第二种方法采用RULSE提出的网格单元坡口系数修正公式l，为坡口系数、无量纲、网格单元平单元投影长度，而非坡口长度的m为坡口指数，与细沟支流(水流引起)