DEM提取坡度信息不确定性.pdfVIP

第 9卷 第 2期 地 球 信 息 科 学 Vo1．9．No．2 2007年 4月 GEO—INFORMATIONSCIENCE April，2007 DEM 提取坡度信息的不确定性分析 刘 敏1,2汤国安 ，王 春 ，党维勤 (1南京师范大学地理虚拟环境教育部重点实验室 ，南京 210097；2西北大学城市与资源学系，西安 710069； 3黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站。绥德 718000) 摘要：以陕西省671幅 1：50000比例尺，25m分辨率的DEM数据为信息源，分析DEM分辨率对提取坡度信息的不 确定性影响。研究表明：平均坡度随DEM分辨率的减小呈显著递减型二次曲线变化 ，但当DEM分辨率减小到一定 程度时。平均坡度将趋于稳定；并且 ，随DEM分辨率变化 ，坡度的不确定性呈现 明显的空间结构性分布，DEM栅格 单元内部地形的复杂性和变异性越大 ．坡度提取不确定性越大 ．如沟坡地坡度提取误差 明显大于沟间地 。因此 ，实 际应用中要充分考虑研究区域 DEM地形描述的尺度效应和不确定性问题 ，选择合适尺度的DEM提取坡度信息， 保证提取结果的科学有效 关键词：GIS；DEM；坡度；不确定性 1引言 涉及地形描述尺度效应 ．以及坡度计算模型的影 响。本文以陕西省 1：50000比例尺 ，25m分辨率 的 坡度 (Slope)作为描述地形特征信息的重要指 共 671幅DEM数据为信息源 ．分析DEM分辨率对 标 ．不但能够间接表示地形的起伏形态和结构，而且 提取坡度信息的不确定性影响。 是水文模型、滑坡监测与分析 、地表物质运动 、土壤 }卜l1{j 侵蚀、土地利用规划等地学分析模型的基础数据 在地理信息系统 fGeographicalInformatio13_System， GIS)中，坡度一般在数字高程模型fDigitalE1evation Model，DEM)上通过一定的计算模型得到 迄今为 (t0) 止。在 DEM 上 已提出和发展了多种坡度计算数学 模型。尽管坡度的理论定义是明确的．然而 DEM是 地形曲面的微分模拟 ．算法设计必然存在各种各样 的假设．不同假设和前提导致不同的坡度计算模型 图 1差分 DEM计算示意图 Fig．1 ThedifferenceDEM calculation 和结果 ．这虽然对地形特征的可视化和地形分类影 响不大 ．但对以数值计算为主的地学分析模型的影 响却比较显著_lJ。Skidmore、Hodgson、刘学军 、汤国安 2基于 DEM提取坡度的原理与方法 等先后对坡度计算精度做过系列研究 71．由于地形 表面本身的复杂性以及研究方法和手段上的不 同． 地面上某点的坡度是地形曲面函数 z：厂 ，们在 现有研究未能充分顾及 DEM地形描述 的尺度效 东西、南北方向上高程变化率的函数 ．即 应 ，尤其是DEM分辨率对地形描述 的不确定性 ．得 Slope=arctanX／~S+f2 (1) 出的结论虽然具有较好 的局部适宜性 ．但不 同结论 式中， 是 方 向高程变化率， 是 y方 向高 之间还很难给出一致的解释 实际中．DEM分辨率 程变化率。由式 (1)知 ，求解地表某点的坡度 ，关键 的变化对坡度的影响不仅仅是数据精度问题 ．而且 是求解 和 。格网DEM是以离散形式表示地形 收稿 日期 ：2006