中国大学生GIS软开发大赛技术文档空间分析与建模组适用.docVIP

ESRI 2010 中国大学生GIS软件开发大赛 （空间建模组适用） 参赛作品名称 中国山峰知多少 项目编号 AHB014 团队成员 韩必峰 庄文玥 胡文强 高恒娟 指导老师 王春 李鹏 学校院系 滁州学院国土信息工程系 联系电话 通讯地址 安徽省滁州市丰乐南路80号 邮 编 电子邮箱 hanbifeng@126.com 目 录 一、背景介绍 3 二、设计思路 3 三、实验数据 4 四、模块功能概述 4 3.1 数据预处理 4 3.2 提取潜在山顶点 5 3.3 标识实心高程面 6 3.4 提取潜在山峰区 7 3.5 山峰区洼地处理 7 3.6 剔除伪山峰区 7 3.7 提取实际山顶点 8 五、模型运行结果分析 9 4.1 基于局部视域的中国山峰数量及空间分布 9 4.2 基于相对高差的中国山峰数量及空间分布 9 六、模型应用及展望 10 七、大赛感言与建议 10 一、背景介绍 山峰是最基本的地形特征，是地形结构骨架的核心要素。无论地理学家、水文学家、测绘学家，还是普通老百姓，都非常关注家乡、中国，乃至全球究竟有多少山峰，它们呈现出怎样的空间分布，具有怎样的空间关系等问题。揭秘上述疑问需要解决首要任务是如何正确、高效的识别和提取山峰。近年来，虽然已有许多学者从水文学角度、形态学角度以及水文学与形态学相结合的角度，探讨了基于数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）提取山峰的问题，建立了一些很有思想的模型和算法，但遗憾的是现有的这些研究依然无法正确、高效的识别和提取山峰，而传统的野外考察、地形图量测等费时费力，很难准确的获得不同尺度条件下山峰的数量信息及空间分布特征。鉴于此，本模型借助ArcGIS ModelBuilder可视化空间分析建模工具，基于我国1:100万DEM数据，创造性的建立了不同视域条件下和不同高差条件下的我国山峰提取模型，直观展示了我国山峰的数量信息及空间分布特征，进一步拓展和完善了ArcGIS的DEM数字地形分析工具,在中国地形地貌研究、水文研究及基本地形资源调查等方面具有很好应用价值。 二、设计思路 在地理学中，山峰虽然定义为尖状山顶并有一定高度，但是这个一定高度究竟是多少，目前没有公认的标准，经咨询有关专家，通常海拔大于等于200m的局部最高点才可称之为山峰，因此本作品中山峰均指海拔等于高于200m的局部最高点。 在实际应用中，通常依据两种方法判定山峰的具体位置。 方法一：取局部视域的最高点，即通常所讲的方圆多少里内的最高峰。本模型中综合利用栅格数据邻域分析工具、矢量数据叠加分析工具建模实现该类山峰提取。 方法二：依据相对高差判定山峰，即依据局部凸起点到其最近鞍部点的高差来判定该点是真实山峰点还是局部凸起点。对于山峰点，如果提取略低于该点的水平面切地表，必然会形成实心封闭等高面域（该面域内不含有其他面域,如图1所示）。 本作品亮点是创造性的构建提取该类型山峰的空间分析模型，以丰富ArcGIS的DEM数字地形分析工具，并为对中国地形特征和地理资源的科学研究提供支持。 基于以上分析，本着科学合理、技术简洁、高效易用的原则，依据山峰的形态特征和DEM数据特点，把山峰的提取过程分解为七个相辅相成、相对独立的模型，以实现科学、完整、高效的山峰提取与分析。 图2 模型设计思路 三、实验数据 本模型的核心实验数据是中国1:100万DEM数据，数据来源于国家基础地理数据库。中国1:100万DEM的格网大小1km，格网点高程直接来自1:5万DEM公里格网点高程，其平地高程中误差±4m，丘陵地高程中误差±7m，山地高程中误差±11m，高山地高程中误差±19m，高程精度良好，可有效的获取中国山峰数量及空间分布信息。 四、模块功能概述 4.1 数据预处理 DEM再现的是地形表面（类似一张薄纸），如果直接基于DEM数据提取等高线，凡是与实验样区边界相交的等高线不能形成封闭等高线，可能造成无法提取该区域山峰（图3）。签于此，本模型主要是在样区DEM边缘加一圈较小高程的格网，使DEM地形薄面成为具有厚度的实体，进而保证与实验样区边界相交的等高线能有效封闭（图4）。图5是数据预处理模型。 图3 DEM再现的地表形态及等高线 图4 预处理后DEM再现的地表形态及等高线 图5 数据