坡度与分辨率关系研究——以黄土丘陵区为例

摘要

坡度是进行水土流失研究的重要因子，但是存在坡度衰减现象，因而不能直接和有效地表现地形的起伏，也不能有效的提取与坡度有关的地貌和水文模型参数，进而影响了水文和土壤侵蚀模拟计算精度。因此如何确定坡度随DEM分辨率变化的规律，将有助于减少坡度衰减带来的负面影响，对提高DEM数据资源的有效利用具有重要意义。本文以黄土高原典型的黄土丘陵沟壑区——陕西省安塞县县南沟流域为研究区域，以大比例尺地形图为基础，插值生成多分辨率的DEM，并提取坡度与剖面曲率数据，分别在点、线和面层次上进行研究高程、坡度和剖面曲率随分辨率降低的变化量，变化格局及相互关系。主要的研究内容和成果如下：
　　 (1)DEM的多尺度表达及其表达效果验证。为建立基于相同定位基础的多尺度DEM，以大比例尺地形图为数据基础，插值生成不同栅格大小的DEM，并使用直方图相似度的方法对生成的多分辨率DEM与不同比例尺地形图的原生DEM进行匹配，验证生成的多分辨率DEM的尺度有效性，作为尺度效应研究的基础。通过实验建立的多分辨率DEM可以作为坡度尺度效应研究的基础。
　　 (2)坡度随分辨率变化的尺度效应分析。在高分辨率坡度上布设地形特征点、地形特征线，同时分析区域坡度的整体变化，认识理解坡度随分辨率变化规律。研究表明在点、线、面层次上在低坡度地区，坡度随分辨率降低变化不大，而在中高坡度上，坡度随分辨率降低成衰减趋势，且随坡度等级的提高，衰减趋势越明显。剖面曲率的衰减速度要快于坡度的衰减速度。
　　 (3)随分辨率降低损失信息的统计及损失信息区域研究。研究表明随着分辨率的降低差异越大，损失的地形信息越多，损失的高程、坡度和曲率有增大的趋势。高程和坡度信息在梁峁损失不大，而在沟谷部分损失较大，剖面曲率在整个区域损失都较大。
　　 (4)对高程、坡度和曲率进行地统计分析。结果表明，高程值的空间自相关性非常强烈，空间结构变异和随机变异都很大，且随分辨率降低的影响较小；坡度和剖面曲率空间自相关性也很大，但是空间结构变异和随机变异都不大，且随分辨率的降低而降低，说明坡度值和曲率值对地区结构变异影响能力在减弱。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的目的与意义

1.2国内外的研究进展

1.2.1 DEM的建立方法研究

1.2.2尺度效应

1.2.3侵蚀地形的多分辨率表达

1.3存在的问题

1.4研究目标与内容

1.4.1研究目标

1.4.2研究内容

1.5论文组织结构

第二章研究基础与方法

2.1实验样区及数据

2.1.1研究区域概述

2.2.2数据基础

2.2研究方法与技术路线

2.2.1研究方法

2.2.2技术路线

2.3关键技术的简述

2.3.1 DEM建立方法简述

2.3.2相似度指数计算

2.3.3半变异函数计算

2.3.4信息熵计算

第三章多种分辨率DEM的建立

3.1使用ANUDEM软件建立DEM

3.1.1 ANUDEM关键参数的确定

3.1.2 DEM的建立

3.1.3 DEM的质量评价

3.2基于插值的DEM多尺度表达

3.2.1原生DEM中存在的问题

3.2.2坡度和曲率的统计特征参数结果与分析

3.2.2直方图相似度结果与分析

3.3本章小结

第四章不同分析层次下DEM坡度的提取

4.1研究数据基础及平台

4.2坡度及相关地形因子提取

4.2.1坡度提取

4.2.2剖面曲率提取

4.3不同分析层次下坡度及相关因子的提取

4.3.1坡度和曲率的分级

4.3.2特征点层次的提取

4.3.3地形特征线层次的提取

4.3.4面层次的提取

第五章不同分析层次下DEM坡度尺度效应分析

5.1特征点层次的坡度尺度效应结果与分析

5.2特征线层次的坡度尺度效应结果与分析

5.3面层次的坡度尺度效应结果与分析

5.3.1面层次基本统计分析方法

5.3.2各坡度级的坡度和曲率尺度变化

5.3.3流域坡度和曲率频率分布的变化

5.3.4分辨率降低导致的地形信息损失

5.3.5分辨率降低带来的信息量变化总结

5.4 DEM及其地形因子空间格局的计算与分析

5.4.1地统计学软件GS+及使用方法

5.4.2结果与分析

第六章结论与展望

6.1研究总结

6.2问题与展望

参考文献

致谢