数字地形分析.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,数字地形分析及特征提取,基本地形因子计算,坡度、坡向、曲率、粗糙度,面积、体积,地表日照度,地形特征提取,沟脊值提取,水文分析,可视性分析,主要内容,地形因子的分类,地形因子,微观因子,宏观因子,坡度,坡向,坡度变率,坡向变率,平面变率,剖面变率,剖长,剖型因子,地形粗糙度,地形起伏度,高程变异系数,地表切割深度,地形因子,姿态因子,坡度,坡向,坡形因子,宏观上的坡形因子,坡面变率因子,坡面曲率因子,坡长因子,径流坡长,整体坡长,坡位因子,正地形坡位（沟涧地）,负地形坡位（沟坡地、沟底地）,坡面复杂度因子,地形起伏度,地表粗糙度,地表切割深度,高程变异系数,地形因子的分类,提取地形因子的基本方法,先将地形的形态特征或各个坡面因子进行定量化描述，完成求导的数学模型，在此基础上建立其以,DEM,为基本信息源进行提取的技术路线，并通过软件形成一套易于计算机操作的方法,因子提取方法应遵循地貌形态学与地貌成因学的基本理论,DEM,数据在表象上首先反映的是地面的海拔高程信息，更深层次的地形信息需要通过对高程的空间分布特征的提取，或更高层次地形要素的解算获得。更复杂的还需通过统计分析、数模构建获得,微观因子通常以,DEM,格网数据的空间矢量模型为基础。通过空间向量的差分运算完成；宏观因子一般通过移动分析窗口的方法完成。,信息源的尺度特征会影响坡面因子的提取精度。,坡度（,Slope,）：过地表一点的切平面与水平面的夹角。,坡向（,Aspect,）：地表面上一点的切平面的法线在水平面的投影与该点的正北方向的夹角。,联系与区别：都是点位参数，只有理论意义，不具备地理意义。,坡度,坡向,描述,描述地表面在该点的倾斜程度。,描述该点高程值改变量的最大变化方向。,作用,影响地表物质流动与能量转换的规模与强度，制约生产力空间布局。,决定地表面局部地面接收阳光和重新分配太阳辐射量的重要地形因子，直接造成局部地区气候特征差异，影响各项农业生产指标。,Slope,Aspect,x,Z,Y,基本地形因子计算,坡度、坡向,坡度指标,地形表现,45,地理意义的垂直面,坡度地理意义,坡向,地理坡向,俗称,022.5,北,N,阴坡,4522.5,东北,NE,半阴坡,31522.5,西北,NW,9022.5,东,E,27022.5,西,W,13522.5,东南,SE,半阳坡,22522.5,西南,SW,18022.5,南,S,阳坡,不存在,不存在,平地,注：适用于南半球，北半球则正好相反,N=0,NE=45,E=90,SE=135,S=180,SW=225,W=270,NW=315,坡向地理意义,e,5,e,2,e,6,e,1,e,e,3,e,8,e,4,e,7,坡度：,Slope,为坡度，,Aspect,为坡向，,Slope,we,为,X,方向上的坡度，,Slope,sn,为,Y,方向上的坡度。,Slope,we,、,Slope,sn,的计算如下：,坡向：,方法,1,：,方法,2,：,基于规则格网的坡度、坡向计算,坡度：,坡向：,Slope,Aspect,基于不规则三角网的坡度、坡向计算,坡度、坡向应用,1,坡度选择。坡度和坡向对果树生长发育有一定影响。同一坡向不同坡度，对温、热、水分都有不同程度的差异。如南坡，,10,度坡太阳直接辐射量为平地的,116,，,20,度坡为,130,。表土的含水量，,5,度坡为,52,38,，,20,度坡为,34,78,，随坡度增大而降低。土壤冻结深度，,5,度坡在,20,厘米以上，,15,度坡则为,5,厘米，但坡下低洼地冷空气沉积，坡顶则寒冷，不易栽培。选择葡萄栽培的适宜坡度,5,度,20,度的斜坡地为好，,15,度坡最为合适。,2,坡向选择。坡向不同，光照、湿度、热量、风量也不同。一般南坡、东南坡、西南坡，所获得太阳光热量大。北坡、东北坡，西北坡，则较冷凉。南坡与北坡近地面,20,厘米处气温平均相差,0,4,，,80,厘米深土层，南坡比北坡地温高,4,5,。葡萄喜光、喜温，以选择南坡为宜。但南坡温、湿度变化较大，水分蒸发量大，融雪、解冻比北坡早，因此必须加强水土保持工程。由于山地地势非常复杂，南、北方气候差异悬殊，但在中纬度的低山区，北坡水分蒸发量少，土壤墒情好，植被密生，土质较肥沃，土层较深厚，也能栽培葡萄树。,葡萄种植的地形条件,1,、纬度和海拔：世界上大部分葡萄园分布在北纬,20-52,度之间及南纬,30-45,度之间，绝大部分在北半球。海拔高度一般在,400-600,米。中国葡萄多在北纬,30-43,度之间海拔的变化较大，约,200-1000,米，河北怀来葡萄分布高度达,1100,米，山西清徐达,1200,米，西藏山南地区达,1500,米以上。纬度和海拔是在大范围内影响温度和热量的重要因素。,2,、坡向和坡度：在大地形条件相似情况下，不同坡向的小气候有明显差异。通常以南向（包括正南向、西北向和东南向）的坡地受光热较多，平日气温较高。坡地的增温效应与其坡度密切相关。一般坡地向南每倾斜,1,度，相当于推进,1,纬度。受热最多的坡地角度约为,20-35,度（在北纬,40-50,度范围）。葡萄因较耐干旱和土壤瘠薄，可以在相对不大范围内发育根系，所以比其它果树更适宜在坡地上栽培，然而坡度越大水土流失越严重，因此，在种植葡萄时应优先考虑坡度在,20-25,度以下的土地。,3,、水面的影响：海洋、湖泊、江河、水库等大的水域，由于吸收的太阳辐射能量多，热容量较大，白天和夏季的温度比陆地低，而夜间和冬季的温度比内陆高。因此，临近水域沿岸的气候比较温和，无霜期较长。临近大水面的葡萄园由于深水反射出大量的蓝紫光和紫外线，浆果着色和品质好，所以选择葡萄园时尽量靠近大的湖泊、河流与海洋的地方。,坡度、坡向应用,坡度是评价耕地质量的主要指标，也是衡量土地利用是否合理的一个关键因子。借助地理信息系统、,3D,技术，准确分析耕地坡度信息，对土地调查具有重要意义。,第二次全国土地调查耕地坡度分类图制作流程,读入源数据,按县级行政区拼接,是否剪切？,分块,DEM,DEM,生成坡度,坡度图,重新分类,参数：坡度分级表,坡度分级栅格图,转换为矢量格式,坡度分级矢量图,矢量数据编辑,去除细碎多边形,边界光滑,二调：精度参数,坡度分级图,土地利用图斑数据,耕地坡度分级图,图幅整饰,中间成果,成果,定义：,地形曲面在各个界面方向上的形状，凹凸变化的反映，是平面点位的函数。,反映了地形结构和形态。,影响着土壤有机物含量的分布，在地表过程模拟、水文、土壤等领域有着重要的应用价值和意义。,基本地形因子计算,曲率,定义：,反映地表起伏变化和侵蚀程度的指标。一般定义为地表单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积之比。,粗糙度是能够反映地形的起伏变化和侵蚀程度的宏观地形因子，是衡量地表侵蚀程度的重要量化指标。,基本地形因子计算,粗糙度,S,为曲率，,AreaS,为格点面元趋势面面积，,AreaH,为格点面元面积。,粗糙度计算定义：,实现步骤：,实际应用时，当分析窗口为,3,*,3,时，可采用以下公式近似计算。,1,、根据,DEM,提取坡度因子,S,；,2,、粗糙度：,R=1/cos(S),基本规则格网的粗糙度计算,由于基于不规则格网的地表面积计算较为简单，可以将格网,DEM,的每个格网分解为三角形，从而简化规则格网地表面积计算。,计算三角形的表面积使用海伦公式：,D,i,表示第,i,（,1,i,3,）对三角形两顶点之间的表面距离，,S,表示三角形的表面积，,P,表示三角形周长的一半。,整个,DEM,的表面积则是每个三角形表面积的累加。,基本地形因子计算,地表面积,投影面积指的是任意多边形在水平面上的面积，主要有两类计算方法：,1,、直接采用海伦公式进行计算，只要将表面积计算公式中的距离改为平面上两点的距离即可；,2,、根据梯形法则，如果一个多边形由顺序排列的,N,个点（,X,i,，,Y,i,，,i=1,，,，,N,）组成并且第,N,点与第,1,点相同，则水平投影面积计算公式为：,如果多边形顶点按顺时针方向排列，则计算的面积值为负；反之，为正。,基本地形因子计算,投影面积,基于数字地面模型的体积计算实质上是计算地形表面和给定参考面之差，在实际应用中，这种差值计算往往被归类于土方计算，应用在工程施工、水利工程规划等方面。,对,DEM,进行挖或填后，土方量可由原始,DEM,体积,V,0,减去新的,DEM,体积,V,1,，,乘以相应的物质密度求得。,V=V,0,V,1,当,V0,时，表示挖方；,当,V 20,单阈值,100,提取栅格河网结果,河流的分级一般依据河流的流量、形态等因素进行，不同级别的河网所代表的汇流累积量不同，级别越高，汇流累积量越大，一般是主流，而级别低的河网则一般是支流。,两种常用的分级方法：,A,、,Strahler,分级：,B,、,Shreve,分级：,水文分析,栅格河网分级,将所有河网中没有支流的河网定义为一级，两个一级河网汇流成二级，如此下去分别为第,3,级，第,4,级，一直到河网出水口。当且仅当同级别的两条河网汇流成一条河网时级别才会才会增加，对于低级河网汇入高级情况，高级河网不会增加。,河网分级,STRAHLER,分级,将所有河网中没有支流的河网定义为一级，两个一级河网汇流成二级，对于以后更高级别的河网级别是汇入的河网级别之和。,河网分级,SHREVE,分级,Shreve,strahler,河网分级结果对比,栅格河网结果,汇水区结果,可视性分析（,Visibility Analysis,）的目的是分析观察者在三维空间中发现目标的概率。确定土地景观中点与点之间的相互通视能力，对军事活动中的航路规划、微波通讯网的规划以及风景旅游点的研究都有着重要的意义。,地形特征提取,可视性分析,可视,不可视,两点可视性分析,全局可视域分析：,以观察点为中心，,360,度为视域角，对分析范围内的所有点进行连线可视性分析，对其中所有的可视点进行编码，从而可以形成一幅可视域矢量图，就是全局可视域分析的目的。该功能可用于确定研究区域内给定地面高度具有最大可视域的位置，例如用于无线电发射塔的自动定位、了望塔选址等。,连线可视域分析：,在指定视线的方向及视域的范围的条件下进行。,单点可视域分析,全局可视域分析结果,剖面分析,格网立体图,平面等值线追踪,谢谢！,