數(shù)字地形特征的提取

柵格疊置分析案例：數(shù)字地形分析1數(shù)字地形分析概念數(shù)字地形分析柵格疊置分析案例：數(shù)字地形分析1數(shù)字地形分析概念數(shù)字地形分析1數(shù)字地形分析的定義由DEM生成等高線、坡度、坡向、剖面、匯水面積、填挖方及其三維透視、潛在太陽輻射等來表達(dá)實(shí)際地形的各種特征的派生圖形或者數(shù)據(jù)的過程。地形的影響？通過海拔高度引起的地形差異，可以導(dǎo)致在相應(yīng)地理空間中發(fā)生的物質(zhì)（水分、空氣濕度、大氣壓及大氣含量等）、能量（太陽輻射、溫度等）的差異。到底它們的變化規(guī)律怎樣？可以從決定因子地形場視角入手！數(shù)字地形分析？柵格疊置分析案例：數(shù)字地形分析1數(shù)字地形分析概念數(shù)字地形分析

數(shù)字地形分析總體描述因子坡面因子提取特征地形要素提取一、總體描述因子不同形式DEM的轉(zhuǎn)換（等高線、TIN及l(fā)attice數(shù)據(jù)的提取）正地形與負(fù)地形反地形填挖方計(jì)算地形的起伏度地表的粗糙度地表切割深度高程變異系數(shù)1、不同形式DEM的轉(zhuǎn)換(等高線、TIN及l(fā)attice數(shù)據(jù)的提取)1）為了直觀表達(dá)地形的需要,——明暗等高線，不同灰度等高線與TIN;2）融合多種表示地形的因子，提高DEM分辨率的需要；提高柵格DEM的分辨率的方式之一單純通過對原始DEM進(jìn)行更小格網(wǎng)尺度的插值操作無法提高DEM的分辨率和準(zhǔn)確度。需要添加新采樣點(diǎn)重新編輯高程數(shù)據(jù)。DEM不同形式的轉(zhuǎn)換方式等高線ContourExtractbyattributeTINRastertotinCreatetinLatticeSpatialanalysttools/extracttopointRastertopoint2正地形與負(fù)地形相對高于鄰區(qū)或新構(gòu)造上升地區(qū)的地形，如山地、高原、丘陵。反之，為負(fù)地形，如洼地、盆地等。確定是否以侵蝕還是堆積過程為主。世界上許多石油礦床與高地、丘陵，特別是穹隆或背斜構(gòu)造形成的正地形有關(guān)。石油、天然氣、金屬礦床常常形成或儲存在上述正地形中。有些金屬礦床比圍巖抗風(fēng)化作用較強(qiáng)，也形成正地形。負(fù)地形是沉積物堆積的有利條件，也是沖刷微弱的場所。煤、石油、鋁土、鐵、泥炭、鹽類和錳結(jié)核等沉積礦床多形成在盆地、凹地、平原和洋盆等負(fù)地形中。正地形與負(fù)地形的提取建立比較的基準(zhǔn)，通常表示為一定鄰域內(nèi)的高程均值；通過原始柵格DEM與高程均值對比，高于均值的判斷為正地形，反之定義為負(fù)地形。3反地形以某一水平面為基準(zhǔn)，完全翻轉(zhuǎn)原始DEM所構(gòu)成的地形。為了避免出現(xiàn)負(fù)值，通常水平面值選擇大于等于DEM的最大值。？？想具體知道各種林地的實(shí)際面積？

某個區(qū)域有修建一個平臺，需要取土量多少？4曲面面積和曲面體積指考慮到表面高程的變化情況，沿地表計(jì)算出的面積，（通常大于其二維的底面積）以及地表所包含的體積大小。曲面面積與體積的計(jì)算問題？在研究水庫、湖泊的年際變化時，需要確定當(dāng)時的庫容量，如何獲得？關(guān)鍵點(diǎn)：反地形的構(gòu)建；填挖方計(jì)算；一、總體描述因子不同形式DEM的轉(zhuǎn)換（等高線、TIN及l(fā)attice數(shù)據(jù)的提?。┱匦闻c負(fù)地形反地形填挖方計(jì)算地形的起伏度地表的粗糙度地表切割深度高程變異系數(shù)5地形起伏度指在所指定的分析區(qū)域內(nèi)柵格中最大高程與最小高程的差。描述一個區(qū)域地形特征的一個宏觀性的指標(biāo)。意義：可以直觀地反映地形起伏特征，常常用于地貌劃分、水土流失評價(jià)、道路規(guī)劃等6地表切割深度指地面某點(diǎn)的鄰域范圍的平均高程與該鄰域范圍內(nèi)的最小高程的差值。表示地面每一點(diǎn)的地表切割深度；表示在固定分析窗口內(nèi)的平均高程；表示在固定分析窗口內(nèi)的最低高程意義：可以直觀、定量地反映出地表被侵蝕切割的情況，是研究水土流失及地表侵蝕發(fā)育狀況時的重要參考指標(biāo)7地表粗糙度(surfaceroughness)

反映地表的起伏變化和侵蝕程度的指標(biāo)，指地表鄰域單元的曲面面積與其在水平面上的投影面積的比值。意義：是衡量地表侵蝕程度的重要量化指標(biāo)，在水土保持和環(huán)境監(jiān)測中具有重要意義當(dāng)分析窗口是3*3窗口時，近似公式為：8高程變異系數(shù)

指格網(wǎng)單元點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差與平均高程的比值，反映了分析區(qū)域內(nèi)地表單元格網(wǎng)各頂點(diǎn)高程變化的指標(biāo)。式中：，n表示單元格網(wǎng)頂點(diǎn)數(shù)目。

數(shù)字地形分析總體描述因子二.坡面因子提取三.特征地形要素提取不同形式DEM的轉(zhuǎn)換正地形與負(fù)地形反地形填挖方計(jì)算地形的起伏度地表的粗糙度地表切割深度高程變異系數(shù)二坡面因子提取坡度坡向山影宏觀坡形微觀坡形二坡面因子提取坡度坡向山影宏觀坡形微觀坡形1984年中國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會頒發(fā)《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》對耕地坡度分為五級，地面坡度的不同級別，對耕地利用的影響不同?！?°一般無水土流失現(xiàn)象；2°～6°可發(fā)生輕度土壤侵蝕，需注意水土保持；6°～15°可發(fā)生中度水土流失，應(yīng)采取修筑梯田、等高種植等措施，加強(qiáng)水土保持；15°～25°水土流失嚴(yán)重，必須采取工程、生物等綜合措施防治水土流失；>25°為《水土保持法》規(guī)定的開荒限制坡度，即不準(zhǔn)開荒種植農(nóng)作物，已經(jīng)開墾為耕地的，要逐步退耕還林還草。縱向坡度有超過20‰的鐵路路段，如寶成線、京原線，但必須減少列車總重和多機(jī)車牽引才能運(yùn)行。坡度是高度與水平距離之比。鐵路用千分之幾(‰)表示,公路用百分之幾(％)表示。1坡度(Slope)意義：根據(jù)坡度起伏變化，確定崩塌、滑坡區(qū)域或嚴(yán)重的土壤侵蝕區(qū)，作為災(zāi)害防治與水土保持工作的基礎(chǔ)。提取平坦區(qū)域，為大型商業(yè)中心或房屋建筑選址。定義:地面上某點(diǎn)的坡度表示了地表面在該點(diǎn)的傾斜或者陡峭程度,在數(shù)學(xué)上表示為法矢量n與z軸的夾角，即兩矢量的數(shù)量積與模的乘積之商的反余弦ZY(E)X(N)OABCnn’表示方法：坡度：與水平面的夾角[0°

～90°]坡度百分比：坡高(高程增量)除以坡面的水平增量，再乘以100Note：在軟件中一般以”弧度”為單位；百分制的坡度向度坡度的轉(zhuǎn)化，57.296*arctan（slope/100），其中57.296=360/2pai二者的轉(zhuǎn)化？地形的差異：陰陽坡差異造成溫度差異（太陽輻射）、降水差異（氣流的路徑）等2坡向(Aspect)意義：決定地表局部地面接受陽光和重新分配能量（日照時數(shù)和太陽輻射強(qiáng)度）的重要地形因子，直接造成局部地區(qū)氣候特征的差異，同時影響諸如水分、地面無霜期以及作物生長適宜性程度等。應(yīng)用：提取所有朝南的坡面——為房地產(chǎn)建設(shè)選址提供最佳位置。對山地生態(tài)影響，喜陽植物與喜陰植物；對水分的影響。定義：坡面的朝向，經(jīng)常用來決定坡面所能接收到的陽光。坡面法線在水平面上的投影與正北方向的夾角。以度為單位,按順時針方向來度量。ArcGIS中：Aspect表示每個柵格與它相鄰的柵格之間沿坡面向下最陡的方向。坡向值規(guī)定：正北方向?yàn)?度，正東方向?yàn)?0度，以次類推，水平的坡面沒有方向，賦值為-1。在ArcView和ArcGIS中通常將坡向綜合為9種坡向:平緩坡為－1北坡（0～22.5，337.5～360）東北坡（22.5～67.5）西北坡（292.5～337.5）東坡（67.5～112.5）西坡（247.5～292.5）南坡（157.5～202.5）西南坡（202.5～247.5）東南坡（112.5～157.5）NSWE坡向的綜合陰坡：北坡、東北坡、西北坡半陽坡：東、西坡陽坡：南坡、東南坡、西南坡NWNESWSE？？？受光面與被光面的設(shè)置：坡向的二值化操作Reclassify：重分類的方法就是坡向?yàn)?~45度和225~360度為受光面賦值為1，坡向?yàn)?5~225度為背光面賦值為0，此處注意勾選changemissingvaluestonodata（optional），把不必要的類別設(shè)成空值；一般采用二次曲面，即3*3窗口軟件中坡度和坡向算法——曲面擬合法e5e2e6e1ee3e8e4e7e5e2e6e1ee3e8e4e7計(jì)算坡度和坡向的3*3窗口算法1精度最高，計(jì)算效率也最高算法4ERDASImagine中采用算法3算法2

精度僅次于算法1ARC/INFO和ArcView中采用3山影(Hillshade)——日照強(qiáng)度分析3山影(Hillshade)——日照強(qiáng)度分析山影可測定研究區(qū)域中給定位置的太陽光強(qiáng)度和光照時間；對實(shí)際地面進(jìn)行逼真的立體顯示，增強(qiáng)地面的起伏感。

山影的應(yīng)用：對地形起伏進(jìn)行生動的表示，從而顯示不同土地利用類型在地形上的分布情況。研究陽光的照射位置與公路上發(fā)生的車禍?zhǔn)录l(fā)生率之間的相關(guān)性。分析農(nóng)作物與太陽光照的關(guān)系太陽方位角(Azimuth)：太陽方向相對于目標(biāo)點(diǎn)的角度，從正北方向開始按照順時針方向0—360度變化，90度的方位角在正東方向；太陽高度角(Altitude):太陽光線與水平面所構(gòu)成的夾角，單位為度，變化范圍從0度(在水平線上)到90度(頭頂上)太陽方位角(Azimuth)太陽高度角(Altitude)太陽方位角(Azimuth)：

太陽所在的方位，指太陽光線在地平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角，可近似地看作是豎立在地面上的直線在陽光下的陰影與正南方的夾角。太陽方向相對于目標(biāo)點(diǎn)的角度，從正北方向開始按照順時針方向0—360度變化，90度的方位角在正東方向；太陽高度角(Altitude):

太陽光線與地平面所構(gòu)成的夾角，單位為度，變化范圍從0度(在水平線上)到90度(頭頂上)4宏觀坡形定義：指局部地表坡面的曲折狀態(tài)。有直線形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡和臺階形斜坡。表示中心格網(wǎng)高程；表示窗口內(nèi)格網(wǎng)個數(shù)；表示窗口高程值之和；P>0凸形坡斜坡底部的坡度隨坡長的增長而增大P=0直形坡斜坡底部的坡度基本不變P<0凹形坡斜坡底部的坡度隨坡長的增長而減小5微觀坡形指地面表面一點(diǎn)的彎曲變化程度。度量指標(biāo)：地面曲率因子和地面變率因子地面坡度變率平面曲率剖面曲率地面坡向變率微觀坡形地面曲率地面變率對地形表面一點(diǎn)扭曲變化程度的定量化度量因子地表局部范圍內(nèi)坡度、坡向兩個基本的地形指標(biāo)的變化情況平面曲率和剖面曲率平面曲率（Plancurvature)：指在地形表面上，具體到任何一點(diǎn)P，用過該點(diǎn)的水平面沿水平方向切地形表面所得的曲線在該點(diǎn)的曲率值。描述的是地表曲面沿水平方向的彎曲、變化情況，即地面等高線的彎曲程度。剖面曲率(Profilecurvature)：指對地面坡度的沿最大坡降方向地面高程變化率的度量。地面坡度變率和地面坡向變率地面坡度變率（slopeofslope,SOS)：指地面坡度在微分空間的變化率，即坡度之坡度?；谄露仁堑孛娓叱痰淖兓?，SOS則是地表面高程相對于水平面變化的二階導(dǎo)數(shù)。地面坡向變率（slopeofaspect,SOA)：指對地表坡向變化率的二次提取，在提取的過程中沿襲坡度的求算原理，提取地表局部微小范圍內(nèi)坡向的最大變化情況。校正方法：

數(shù)字地形分析總體描述因子不同形式DEM的轉(zhuǎn)換正地形與負(fù)地形反地形填挖方計(jì)算地形的起伏度地表的粗糙度地表切割深度高程變異系數(shù)二.坡面因子提取三.特征地形要素提取坡度坡向山影宏觀坡形微觀坡形

數(shù)字地形分析總體描述因子不同形式DEM的轉(zhuǎn)換正地形與負(fù)地形反地形填挖方計(jì)算地形的起伏度地表的粗糙度地表切割深度高程變異系數(shù)二.坡面因子提取三.特征地形要素提取坡度坡向山影宏觀坡形微觀坡形對地形在地表的空間分布特征具有控制作用、構(gòu)成了地表起伏和變化的基本骨架的點(diǎn)、線或者面狀要素。山頂點(diǎn)、山谷點(diǎn)、鞍部點(diǎn)、山脊線、山谷線等坡位溝沿線徑流節(jié)點(diǎn)、水文網(wǎng)絡(luò)與流域坡長視線與視場（viewshed）剖面線。。。特征地形要素：1山頂點(diǎn)、山谷點(diǎn)、鞍部點(diǎn)、山脊線、山谷線的提取山頂點(diǎn)tudian=dem_max-dem==0&dem-dem_mean>0山谷點(diǎn)aodian=dem_min-dem==0&dem-dem_mean<0鞍部點(diǎn)

andian=tudian&aodian

山脊線與山谷線的重合區(qū)域，且位于正地形山脊線dem-dem_mean>0&soa>70dem-dem_mean>0&flowaccumulation=0山谷線dem-dem_mean<0&soa>70dem-dem_mean<0&反地形flowaccumulation=0正負(fù)地形判斷之前的山頂點(diǎn)、山谷點(diǎn)，或山脊線、山谷線1山頂點(diǎn)、山谷點(diǎn)、鞍部點(diǎn)、山脊線、山谷線等判斷方法：通過一個3*3或者更大的格網(wǎng)窗口，通過中心格網(wǎng)點(diǎn)與8個鄰域格網(wǎng)點(diǎn)的高程關(guān)系來進(jìn)行判斷和獲取。即在一個局部區(qū)域內(nèi)，用x方向和y方向上關(guān)于高程z的二階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)組合關(guān)系來確定。2坡位在黃土高原地區(qū)，在地形坡面之間存在坡度上明顯轉(zhuǎn)折的部分。判斷方法：坡度＋剖面曲率3溝沿線4徑流節(jié)點(diǎn)、水文網(wǎng)絡(luò)與流域流域分割匯水網(wǎng)絡(luò)指地表徑流源點(diǎn)到坡度減小直至有沉積出現(xiàn)的地方的距離，或到一個明顯渠道之間的距離在水平面上的投影長度。意義：是水土保持的重要因子，當(dāng)其他的條件都相同時，水力侵蝕的強(qiáng)度由坡長來決定，坡面越長，水流匯聚的流量越大，侵蝕力就越強(qiáng)表示水流地區(qū)地面的坡度值；m表示地表面沿流向的水流長度5坡長6視線與視場（viewshed）A為觀察點(diǎn)B為目標(biāo)點(diǎn)粗線表示視線被遮擋應(yīng)用于通訊、軍事以及房地產(chǎn)領(lǐng)域7剖面線主要內(nèi)容研究的主要對象：dem(1