（毕业论文）基于不同算法的dem地面曲率提取的比较分析

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1、基于不同算法的DEM地面曲率提取的比较分析摘要：下文介绍了几种不同的曲率，并简述了不同的DEM地面曲率提取的步骤，且通过南阳市DEM图用四次表面模型法和汤国安的SOS/SOA方法进行地面曲率的提取，得出了二种方法的不同，并进行了一定的比较分析，解决地面曲率的相关问题。关键词:DEM;曲率；地面曲率引言有效提取地形信息，特别是提取常规方法很难提取的地形要素，一直是许多测绘和地学工作者致力研宄的目标。近年来，在DEM数据生产和分析方法方面取得了巨大进步，但是从不同地形复杂度DEM提取地形信息，特别是地面曲率研究

2、几乎与坡度及DEM在各领域的广泛应用严重脱节。由于DEM数据本身是多尺度因素，加之地形、地貌特征具有宏观性与区域分异性的特点，直接的信息提取往往很难达到预期的目的。利用DEM制作地面曲率图高效、省力，但其精度有很大的不确定性，同时DEM制作过程中的误差传播、转移对地面曲率信息的影响缺少系统的判断依据。选取南阳市区为实验样区，在DEM生产的基础上用不同方法对实验样区进行地面曲率提取，并对提取结果比较与统计分析。1DEM简介采集与数据精度控制上己有较大进步。（DigitalElevationModel,缩写DE

3、M）是一定范围内规则格网点的平面坐标（X,Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。数字高程模型是地理信息系统中进行地形分析的核心数据系统，在测绘、资源与环境、灾害防治、国防等与地形分析有关的科学研究和国民经济各领域发挥着巨大的作用。1.1DEM数据获取近年来，随着高新技术的运用，在DEM数据的建立DEM的方法有多种从数据源及采集方式讲有：（1）直接从地面测量，例如用GPS、全站仪、野外测量等；（2）根

4、据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如立体坐标仪观测及空三加密法、解析测图等等；（3）从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM等方法。DEM内插方法很多，主要有分块内插、部分内插和单点移面内插三种。目前常用的算法是通过等高线和高程点建立不规则的三角网（TriangularIrregularNetwork,简称TIN）。然后在TIN基础上通过线性和双线性内插建DEM。2曲率计算方法地面曲率是对地形表面一点扭曲变化程度的定景化度景因子，地面曲率在垂直和水平两

5、个方向上分量分别称力平面曲率和剖面曲率。曲率与两个因素有关：首先是曲线的切线转过的角度（简称切线转角）越大，则曲线的弯曲程度越大；其次是曲线的长度，对于相同的切线转角Aa,曲线越短，则曲线的弯曲程度越大.因此，以单位弧长上曲线切线转角的值来衡量曲线的弯曲程度，即曲率.曲线的曲率是曲线切线倾角关于弧长变化率的绝对值.曲面的曲率则是过该点的某一平面与曲面的交线的曲率.2.1剖面曲率（Kv）剖面曲率是对地面坡度的沿最大坡降方向地面高程变化率的度量。剖面曲率（Kv）是地面坡度的变化率，是反映地形起伏变化特征的重要指

6、标之一，是确定坡形以及提取沟沿线、沟底线等地形转折线等的重要定量指标。数学表达式为：P2r+2pqs+q2t(P2V)d+p2+^2)3/2dz是x方向高程变化率；dz是Y方向高程变化率;_d2z,是X方向高程变化的变化率；d2hdxdy，是X方向高程变化率在y方向的变化率;_d2h是y方向高程变化率的变化率.2.2正切曲率(kh)正切曲率指在地形表面上，具体到任何一点P,指切地形表面所得的曲线在该点的曲率值。正切曲率描述的是地表曲面沿水平方向的弯曲、变化情况，也就是该点所在的微小范围内坡向变化程度度量。简

7、言之即地面任一点位地表坡向的变化率，地面的正切曲率的大小是决定坡面水平方向的坡形变化。可通过地面坡向变化的二阶导数公式推算其具体计算方法。地表曲面沿水平方向弯曲、变化情况，也就是该点所在的平面等高线的弯曲程度。从另一个角度讲，地形表面上一点的正切曲率也是对该点微小范围内坡向变化程度的度量。正切曲率和剖面曲率都为负值时是門形坡，都为正值时为凸形坡，坡型可以利用地表的曲率进行描述和量化，直线形和凸型斜坡在曲率上的体现是曲率＞0，凹型坡和阶梯型坡的曲率＜0数学表达式为:khq2r-2pqs+P(P2+qz)(1+

8、Pl+q2、1/2(2)2.3等高线曲率在计算等高线曲率值时，通常采用样条函数进行等高线内插。待全区域所有等高线处理完毕，找出区域内的山顶点和谷底点并以这些点为起始点，根据一定的条件和搜索策略将已确定的地形特征线上点的备选点确定为各自所在的山脊线和山谷线。等高线曲率在确定地形特征线时，将地形特征线上点的判定与该点所属的地形特征线的确定分开来考虑，这将给后续地形特征线的跟踪带来很多麻烦。另外，在地形破碎地区或等高线