坡度与分辨率关系分析——以黄土丘陵区为例

《坡度与分辨率关系分析——以黄土丘陵区为例》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、西北大学硕士学位论文第一章绪论1．1研究的目的与意义中国是世界上水土流失较严重的国家之一，水土流失遍布于各省(区)【11。水土流失现象具有极其严重的危害，直接破坏土壤资源，导致土地退化和面积减少，造成河流、湖泊和水库的泥沙淤积导致洪涝灾害，并成为国民经济持续、稳定和地区间协调发展的制约因素。地形是影响土壤侵蚀的重要因素【21，坡度等是土壤侵蚀预报的重要参数【3‘41。考虑坡面径流、侵蚀发生过程与水沙物质汇集关系的分布式模型，已经成为水文学和土壤侵蚀学发展的前沿15’6J。数字高程模型(DEM)是区域范围

2、内使用数字形式定量的表示地面高程，同时也是国家基础地理数据库中最重要的空间信息资料和用来进行地形分析的基础信息源和主要数据【71。与传统的地形图相比，DEM的优点体现在可多种形式显示地形信息，精度不会损失，容易实现自动化、实时化，对地形定量化的描述和地形三维建模分析。伴随着地理信息系统科学的发展，在GIS平台上以数字高程模型(DEM)为地形信息来源提取不同的地形因子如坡度、坡向、平面曲率、剖面曲率等，已成为得到广泛应用的技术方法。DEM现已应用在水文分析、土壤侵蚀模拟分析、地貌定量分析和生态学应用等领域

3、n起到了重要的作用。坡度是对地形表面倾斜程度量化的描述，由于重力分力作用，对地表径流、土壤侵蚀发生和侵蚀强度产生影响、并对水土保持措施布设产生影响181。大中流域和区域尺度的分布式水文和土壤侵蚀模型中，坡度是最重要的模型参数【91。地面的坡度对地表物质流动与能量转换的规模与强度有较大影响，同时也是制约生产力与空间分布的重要因子【101。由于坡度对地表过程的强烈影响和重要的地理学意义，坡度的研究长期受到重视。然而随着DEM分辨率的降低，在其上求取的坡度不断趋于平缓，这种现象称为坡度衰减【10’11】，因而

4、不能有效的提取与坡度相关的地貌和水文模型参数【12l，也不能使坡度有效地表现地形的起伏状况，对了水文和土壤侵蚀计算精度产生影响【13l，不能为区域尺度水文和土壤侵蚀计算提供数据支持。因此如何确定坡度随DEM分辨率变化的规律，将有助于减少坡度衰减带来的负面影响，对提高DEM数据资源的有效利用具有重要意义。本文研究的目的是为了土壤侵蚀模型及其它相关地学模型研究对坡度数据的需要和对DEM数据能够有效利用，以土壤侵蚀强烈的流水地貌发育的黄土丘陵区为典型研究区，力图通过多种分辨率DEM及其派生出的坡度、曲率数据的

5、对比，分析高程、坡第一章绪论度、曲率随分辨率降低的变化量、变化的格局及其相互关系，深化对DEM尺度效应的认识，为坡度变换提供理论依据。1．2国内外的研究进展1．2．1DEM的建立方法研究7传统的高程模型是使用等高线表达的，指的是在二维地理空间上的连续曲面函数，当用计算机数字化表达高程模型时，称为数字高程模型。根据DEM数据的来源，建立方法有许多种。(1)直接从地面测量，用全球定位系统(GPS)、全站仪、电子平板仪或经纬仪，观测目标点的三维坐标，可获得高精度的高程数据，适合于小范围的大比例尺地形测图，但是

6、工作量大，周期长，费用高。(2)从现有地形图进行采集，通过扫描或数字化的方法在内插得到。这种方法数据容易获得，并容易实现。(3)根据航空或航天遥感影像和摄影测量的方法获得，如立体坐标仪观测、解析几何、数字摄影测量等。更新速度快，覆盖范围大，满足应用对数据现势性的要求。(4)高分辨率的遥感影像、合成孔径雷达干涉测量技术、记载激光扫描仪等新型传感器被认为是是快速获取较高精度高分辨率DEM最有希望的数据源。目前利用数字地形图等测绘资料插值构建DEM的常用方法有两种：一种是利用高程数据点构建不规则三角网(TIN

7、)，然后由TIN[14，15】数据生成DEM。但是由TIN插值生成的数字高程模型，前人的研究证明此方法建立的DEM中会产生“平三角"，这些平三角会导致部分的插值反映的地貌失真，影响DEM在水温和土壤侵蚀模拟分析中的应用【16】。对于水文分析，这样的数字高程模型难以保证数据精度，虽有增加高程骨架点的方法，但是增加工作量，并受主观因素影响较大，不能有效反映所有重要的地貌特征【17’1羽。有的学者提出在空间插值过程中加入地貌特征信息以增强插值效果【1踟。Hutchinson教授在20世纪80年代提出另一种插值

8、算法【19】。针对水文分析和土壤侵蚀分析的实际需要，利用地形图上的地形数据如等高线、高程点、河流等，使用空间插值方法建立了水文地貌关系正确的DEM[删。这种方法可以对水文地貌特征进行正确的反映，对地形的伪下陷点进行清除，从而合理的表现地表的连续变化与突变，同时强调坡向转折变化，保证水系的准确性。此方法全球范围内大量应用，并被集成于ArcGIS系列软件中，如workstation下的Topgrid和Arctoolbox下的TopotoRast