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时间:2019-05-28
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1、第11讲地形分析主讲人李阳东数字地形模数字地形分型的概念析地形因子计算地形剖面线计算通视分析流域分析是地形表面形态属性信息的数字表达,是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型(DigitalElevationModel,简称DEM)。©在地理信息系统中,是:规则格网模型,等高线模型和不规则三角网模型。©规则格网模型是把DEM表示成,此时,DEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。结构简单,计算机对矩阵的处理比较方便,。高程矩阵特别
2、有利于各种应用。a)地形简单的地区存在大量数据;b)如不改变格网大小,则c)由于栅格过于粗略,,如山峰、洼坑、山脊等;¾等高线通常被存储成一个有序的坐标点序列,可以认为是。由于等高线模型只是表达了区域的部分高程值,往往需要一种插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程。¾TIN(TriangulatedIrregularNetwork)模型利用所有采样点取得的离散数据,按照优化组合的原则,把这些¾因为TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置,能充分表示地形特征点和线,从而,是指在数字高程模型
3、上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。–坡度、坡向、平面曲率、坡面曲率、地形起伏度、粗糙度、切割深度等的提取。山顶点、凹陷点、脊点、谷点、鞍点、平地点等;水系、山脊线、谷底线等;流域、视域等。坡度&坡向地形起伏度地形粗糙度地形切割深度其它因子¾地表面任一点的坡度是指过该点的切平面与水平地面的夹角,也可以看成是局部地表面和周围的地表面之间最大的高程变化率。坡向则是这个最大高程变化率所在的方向。坡度表示了地表面在该点的倾斜程度。fxfyAspect=180°−arctan+90°×fyfy式中,
4、f是X方向高程变化率,f是Y方向高程变xy化率。¾实际应用中,坡度有两种表示方式::即水平面与地形面之间夹角。:即高程增量(rise)与水平增量(run)之比的百分数。¾拟合曲面法是解求坡度、坡向的最常用的方法。拟合曲面法,一般采用二次曲面,即在3×3的DEM栅格分析窗口中进行,每个栅格中心为一个高程值,分析窗口在DEM数据矩阵中连续移动完成整个区域的计算工作。下图中Z0、Z1、Z2、…、Z8。中心格网点的坡度和坡向可按下式计算:22Slope=arctan(f+f)Z5Z2Z6xyZ1Z0Z3f式中
5、,xAspect=ffx是x方向的坡度;Z8Z4Z7yfy是y方向的坡度算法1z1−z3z4−z2fx=,fy=2Δx2Δy算法2(z8+2z1+z5)−(z7+2z3+z6)(z7+2z4+z8)−(z6+2z2+z5)fx=,fy=8Δx8Δy算法3(z8+z1+z5)−(z7+z3+z6)(z7+z4+z8)−(z6+z2+z5)fx=,fy=8Δx8ΔyZ5Z2Z6Z1Z0Z3Z8Z4Z7DEM坡向坡度是指在所指定的分析区域内所有栅格中最大高程与最小高程的差。可表示为如下公式:式中,RF指分析
6、区域内的地面起伏度,H指分析窗口内imax的最大高程值,H指分析窗口内的最小高程值。min¾地形的起伏是的宏观地形因子,在区域性研究中,利用DEM数据提取地形起伏度能够直观的反映地形起伏特征。在水土流失研究中,地形起伏度指标能够,比较适合区域水土流失评价的地形指标。一般定义为地表单元的曲面面积S曲面与其在水平面上的投影面积S之比。用数学公水平式表达为:R=S/S曲面水平¾地表粗糙度是能够的宏观地形因子。在区域性研究中,地表粗糙度是衡量地表侵蚀程度的重要量化指标,在研究水土保持及环境监测时研究地表粗糙度
7、也有很重要的意义。是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。可用以下公式表示:式中,D指地面每一点的地表切割深度,H指一个固定分析窗口内的平均高程,i指一个固定分meanH析窗口内的最低高程。min¾地表切割深度直观地,是研究水土流失及地表侵蚀发育状况时的重要参考指标,其提取算法可参照地表起伏度的提取。¾坡度变化率、坡向变化率¾高程变异¾山顶点、凹陷点、脊点、谷点、鞍点等地形特征点¾山谷线、山脊线等地形特征线表现的是在地表从一个点出发到另一个点沿途的地形变化情况。通常以横坐标表示
8、平面上的距离,纵坐标表示地形的高度。剖面线可以提供地貌形态、通视性等方面的地形特征信息。可以通过已知的DEM进行,主要是运用插值算法,在剖面上的两点间插值出相应的高程数据。是指以某一点为观察点,研究某一区域通视情况的地形分析。1)已知一个或一组观察点,找出某一地形的可见区域。2)欲观察到某一区域的全部地形表面,计算最少观察点数量。3)在观察点数量一定的前提下,计算能获得的最大观察区域。4)以最小代价建造观察塔,要求全部区域可见。5)在给定建造代价的前提下
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