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1、第20卷第6期地理与地理信息科学Vol.20No.62004年11月GeographyandGeo-InformationScienceNovember2004DEM结构特征对坡度坡向的影响分析1,4231刘学军,龚健雅,周启鸣,汤国安(1.南京师范大学地理科学学院,江苏南京210097;2.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北武汉430079;3.香港浸会大学地理系,香港;4.长沙理工大学公路工程学院,湖南长沙410076)摘要:数字高程模型已严格定义为按规则格网阵列记录的地形高程数据,其固有的
2、结构特征(如格网分辨率、格网方向、高程数据准确度等)直接影响DEM对地形表达和坡度、坡向的计算精度。该文通过理论和数据独立的DEM实验分析方法,研究了DEM结构特征对坡度、坡向的影响,得出如下结论:1)高分辨率的DEM并不一定能给出高精2度的坡度、坡向计算结果;2)可通过g=bm/ms@180/P@cosS来选择合适的DEM分辨率;3)三阶不带权差分算法的坡度、坡向计算结果对DEM方向有较强的依赖性。关键词:误差分析;数字高程模型;坡度;坡向;精度中图分类号:P208文献标识码:A文章编号:1672-05
3、04(2004)06-0001-05[1]技术规范中规定/格网点位置顺序由西向东(列),0引言由北向南(行)次序排列0。理论上,通过坐标的旋转数字高程模型(DigitalElevationModel,DEM)是地和平移可实现在统一坐标系下的地形参数计算,但理信息系统的核心数据库之一和赖以进行地学建坡度、坡向算法对格网点的分布有一定的依赖性。模、分析的基础数据。DEM的不确定性一直是摄影例如,对于平面z=2x+y+100,其理论坡度为测量和地学领域的研究问题之一。DEM不确定性研651905158b,坡向为
4、243143386b,均为常数,按分辨率究包括两个主要部分,即DEM本身不确定性分析和为10m建立该平面的DEM,当格网方向为标准方向[17]基于DEM地形属性不确定性分析。前者如李志时,以最大坡降算法所确定的坡度为64176b,坡向[1][2][3][4][5]林、岳天祥、汤国安、Rees、Kinder等分别为225b;当在与标准方向夹角为30b的方向上建立从数据源、地形曲面建模、地形描述、内插算法等方DEM,最大坡降算法的坡度值为591133b,而坡向则为面对DEM不确定性进行研究;后者的研究主要从误
5、315b-30b=285b,坡度、坡向误差(理论值与计算值之差源分析讨论DEM地形属性误差。DEM地形属性差)分别为618b和4116b。DEM高程数据的准确度是[1,3,6]的不确定性主要来源于:1)DEM误差;2)DEM指高程数据的有效位数,如美国地质测量局(USGS)[7-12][13][14,15]结构特征,包括DEM分辨率、DEM格网方向的30mDEM,其高程数据一般凑整至米。我国[14,15][1]和DEM数据准确度;3)地形属性算法(模1B5万DEM生产技术中也规定,高程数据以米为[6,13
6、,15,16]型)。本文重点讨论DEM结构特征对DEM单位,保留小数后一位,即高程数据的准确度为分地形参数的影响,地形参数选择了坡度和坡向,主要米。高程数据准确度是一种数据的凑整误差,与数是考虑到坡度、坡向是除高程外的两个最活跃的地据采集、内插算法等引起的DEM误差相比,此类误形因子,同时也是其它地学应用模型的主要输入参差一般比较小,故本文的研究重点是DEM分辨率和数。DEM方向对坡度、坡向的影响。DEM分辨率对地形表达与地形参数的影响取决目前在这方面的研究中,主要采取分析对比方[10]于DEM所表达地区
7、的地形复杂程度。若地形变化法,即以高分辨率的DEM所提取的坡度、坡向值[16]均匀或一致,则DEM分辨率对地形参数没有影响;或野外、地形图量测值为参考对象,分析比较其当地形比较复杂时,不同分辨率有不同的坡度、坡向他分辨率的计算结果。这种方法存在如下问题:1)[15]计算结果。DEM的网格方向一般按东西和南北方向野外、地形图的量测值并不能看作是真值;2)较高布置(标准方向),如我国1B5万数字高程模型生产分辨率的DEM是否具有较高的坡度、坡向计算值并收稿日期:2004-10-12;修订日期:2004-10-
8、25基金项目:香港浸会大学研究基金(FRG/98-99/Ò-35);国家自然科学基金(40271089);南京师范大学高层次人才科学研究基金(2004105XGQ2B53)作者简介:刘学军(1965-),男,教授,博士,博士生导师,从事GIS理论和软件、数字地面模型和数字地形分析、公路CAD等方面的科研和教学。E-mail:lxuejun@nwu.edu.cn第2页地理与地理信息科学第20卷没有得到理论和实验证实;3)在实际工
