基于小波分析的多尺度DEM表达及地形分析效应研究——以黄土高原样区为例

摘要

随着信息时代的来临，人类对地理空间数据的需求结构呈多元化的趋势发展，进而带来了多种尺度DEM数据分析和显示的大量需求，并成为GIS实用化的核心问题之一。小波理论的多分辨率分析思想为自动建立和动态维护一个多尺度嵌套的地理空间子序列和尺度依赖的空间数据表达模型提供了理论基础。 为此，本文选用二进小波算法，以黄土高原样区为例，实现对DEM的多尺度自动综合和连续表达。本文通过对小波变换理论和多分辨率分析思想的阐述和分析，根据DEM数据结构和地形形态结构选用最适宜样区DEM数据的小波函数，应用二进小波算法实现了黄土高原典型地貌类型区以1:10000DEM为基础的多尺度DEM表达。并通过与国家生产的1:50000DEM进行对比分析，验证了小波方法派生的DEM数据具有较好的高程精度。在此基础上，通过与重采样方法派生的多尺度DEM以及国家生产的1:50000DEM，进行地形分析效应适用性方面的研究。最终结果证明，小波派生的多尺度DEM数据是尺度依赖的，派生的DEM序列依赖于地貌结构，在一定尺度内由其提取的地形参数信息精度高，地学意义合理。最后，本文对小波实现DEM多尺度表达的尺度适宜范围进行了探讨，认为以1:10000比例尺、5m分辨率DEM为基础在四级分解重构内的DEM数据具有较佳的精度与合理地学意义的地形信息。本文对基于小波变换建立尺度依赖的具备多尺度地形分析能力的多尺度DEM处理模型提供了借鉴，对构造无级比例尺GIS具有极其重要的科学意义。本文以黄土区的实验为例，也为黄土高原地貌多尺度分析和数字黄土高原研究奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2研究综述

1.2.1空间数据多尺度处理的发展状况

1.2.2地貌多尺度表达的研究现状

1.2.3小波分析综合法

1.2.4存在的问题

1.3研究目的和意义

1.4研究内容及论文组织

1.4.1研究内容

1.4.2论文组织

第二章研究基础

2.1实验样区及数据

2.2.1研究区域概述

2.2.2.实验样区选择

2.2.3实验数据

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实验技术简述

2.3.1派生多尺度DEM数据方法简述

2.3.2派生多尺度DEM数据的精度评价

2.3.3派生多尺度DEM数据地形分析效应评价

2.4实验的软硬件环境

第三章小波分析理论与DEM多尺度表达

3.1小波分析的基本理论

3.1.1小波分析理论的研究与发展

3.1.2小波变换理论及其特点

3.1.3小波多分辨率分析的原理

3.1.4二维小波变换及Mallat算法

3.2基于小波变换的DEM多尺度表达原理

3.2.1 DEM多尺度表达模型理论

3.2.2二维小波变换的DEM多尺度处理模型

第四章基于小波变换的多尺度DEM构建实验

4.1构建多尺度DEM的小波函数选择

4.1.1小波函数的一般特性

4.1.2选择适宜小波函数的原则

4.1.3适合于DEM多尺度表达的小波函数选择

4.1.4小波变换关于处理DEM的边界问题

4.2基于二进小波变换的DEM多尺度表达

4.2.1多尺度表达模型的建立

4.2.2黄土高原选样区多尺度DEM的派生

4.2.3本次实验派生DEM的结果

4.3派生DEM的效果分析及精度评估

4.3.1派生DEM的综合程度评估

4.3.2派生DEM的自相关性分析

4.3.3派生DEM的高程精度评价

4.3.4等高线套合

第五章多尺度DEM地形分析效应的研究

5.1派生DEM数据地形参数的统计分析

5.1.1地形曲面参数分析

5.1.2黄土地貌多尺度地形分析效应研究小结

5.2派生DEM尺度下推适宜性范围探讨

5.2.1分析指标的数据统计结果

5.2.2适宜尺度范围分析结论

第六章结论与展望

6.1研究结论

6.2创新内容

6.3研究展望

主要参考文献

致谢