基于ALOS DEM的山西省西山矿区地貌形态类型提取.pdf

第5 4卷 第5期2 0 2 3年9月 太原理工大学学报J OUR NA L O F T A I YUAN UN I V E R S I T Y O F T E CHNO L OG Y V o l.5 4 N o.5 S e p.2 0 2 3 引文格式:梁宏艳,赵尚民,马顶.基于A L O S D EM的山西省西山矿区地貌形态类型提取J.太原理工大学学报,2 0 2 3,5 4(5):9 5 0-9 5 8.L I AN G H o n g y a n,Z HAO S h a n g m i n,MA D i n g.A L O S D EM-b a s e d e x t r a c t i o n o f g e o m o r p h o l o g i c a l f e a t u r e i n X i s h a n m i n i n g a r e a o f S h a n x i p r o v i n c eJ.J o u r n a l o f T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,2 0 2 3,5 4(5):9 5 0-9 5 8.收稿日期:2 0 2 1-1 1-2 3;修回日期:2 0 2 2-0 3-0 9 基金项目:山西省自然科学基金资助项目(2 0 1 9 0 1 D 1 1 1 0 9 8);国家重点研发计划项目(2 0 1 7 Y F B 0 5 0 3 6 0 3)第一作者:梁宏艳(1 9 9 6-),硕士研究生,(E-m a i l)1 1 6 0 1 5 9 4 2 1q q.c o m 通信作者:赵尚民(1 9 8 2-),博士,副教授,主要从事数字地形地貌与生态环境遥感的研究,(E-m a i l)z h a o s h a n g m i n t y u t.e d u.c n基于A L O S D E M的山西省西山矿区地貌形态类型提取梁宏艳a,赵尚民b,马 顶b(太原理工大学 a.安全与应急管理工程学院,b.矿业工程学院,太原 0 3 0 0 2 4)摘 要:【目的】地貌是地球表层系统最重要的自然地理要素,其形态划分对地学空间分异研究具有重要意义。【方法】以山西省西山矿区作为研究区,利用该区A L O S 1 2.5 m D EM数据,通过窗口递增分析和均值变点分析得到地形因子最佳分析窗口为1 3 1 3(0.0 2 6 4 k m2);利用相关性分析获得最佳地形因子为地形起伏度、海拔高度、坡度、地表切割深度和地表粗糙度;利用区域统计分析得到典型地形因子的分布状况,结合叠加分析提取了西山矿区3 0种地貌类型,其中浅切割陡小起伏中山为主要地貌,占总面积比为2 1.2 3%.【结果】通过与11 0 0万地貌类型图的图斑数和地貌分类界线对比,得出地貌类型增加了2 1类,图斑数目增加了2 9 6个,分类界线更为准确,验证了研究结果具有一定可靠性和可行性。【结论】本地貌划分方法较以往更加科学可行,为进一步研究西山矿区灾害防治、开发利用等问题提供了数据参考。关键词:A L O S D EM;地貌提取;最佳地形因子;西山矿区中图分类号:P 2 3 文献标识码:AD O I:1 0.1 6 3 5 5/j.t y u t.1 0 0 7-9 4 3 2.2 0 2 3.0 5.0 2 4 文章编号:1 0 0 7-9 4 3 2(2 0 2 3)0 5-0 9 5 0-0 9A L O S D EM-B a s e d E x t r a c t i o n o f G e o m o r p h o l o g i c a l F e a t u r e i n X i s h a n M i n i n g A r e a o f S h a n x i P r o v i n c eL I A N G H o n g y a na,Z H A O S h a n g m i nb,MA D i n gb(a.C o l l e g e o f S a f e t y a n d Em e r g e n c y M a n a g e m e n t E n g i n e e r i n g,b.C o l l e g e o f M i n i n g E n g i n e e r i n g,T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,T a i y u a n 0 3 0 0 2 4,C h i n a)A b s t r a c t:【P u r p o s e s】G e o m o r p h o l o g y i s t h e m o s t i m p o r t a n t p h y s i c a l g e o g r a p h i c a l e l e m e n t o f t h e E a r t h s s u r f a c e s y s t e m,a n d i t s m o r p h o l o g i c a l d i v i s i o n i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e t o t h e s t u d y o f g e o s p a t i a l d i f f e r e n t i a t i o n.【M e t h o d s】X i s h a n m i n i n g a r e a i n S h a n x i P r o v i n c e w a s t a k e n a s t h e r e-s e a r c h a r e a,o n t h e b a s i s o f t h e A L O S 1 2.5 m D EM d a t a o f t h e a r e a,t h e o p t i m u m a n a l y s i s w i n-d o w o f t h e r e l i e f a m p l i t u d e w a s d e t e r m i n e d t o b e 1 31 3(0.0 2 6 4 k m2)a c c o r d i n g t o t h e w i n d o w i n c r e m e n t a n a l y s i s a n d m e a n-v a r i a t i o n a n a l y s i s.T h e o p t i m a l t e r r a i n f a c t o r s,s u c h a s r e l i e f a m p l i-t u d e,e l e v a t i o n,s l o p e,s u r f a c e i n c i s i o n,a n d s u r f a c e r o u g h n e s s w e r e o b t a i n e d b y c o r r e l a t i o n a n a l-y s i s.T h e d i s t r i b u t i o n o f t y p i c a l t e r r a i n f a c t o r s w a s o b t a i n e d b y r e g i o n a l s t a t i s t i c a l a n a l y s i s,a n d c o m b i n e d w i t h s u p e r p o s i t i o n a n a l y s i s,3 0 g e o m o r p h i c t y p e s w e r e e x t r a c t e d i n X i s h a n m i n i n g a r e a,a m o n g w h i c h s h a l l o w c u t s t e e p a n d s m a l l u n d u l a t i n g m o u n t a i n w a s t h e m a i n g e o m o r p h i c,a c-c o u n t i n g f o r 2 1.2 3%o f t h e t o t a l a r e a.【F i n d i n g s】B y c o m p a r i n g w i t h t h e n u m b e r o f m a p s p o t s a n d g e o m o r p h i c c l a s s i f i c a t i o n b o u n d a r y o f 11 0 0 0 0 0 0 g e o m o r p h i c t y p e m a p,i t w a s c o n c l u d e d t h a t 2 1 g e o m o r p h i c t y p e s a n d 2 9 6 m a p s p o t s w e r e a d d e d,a n d t h e c l a s s i f i c a t i o n b o u n d a r y w a s m o r e a c c u r a t e,w h i c h v e r i f i e d t h e r e l i a b i l i t y a n d f e a s i b i l i t y o f t h e r e s e a r c h r e s u l t s.【C o n c l u s i o n s】T h e l a n d f o r m c l a s s i f i c a t i o n m e t h o d i n t h i s s t u d y i s m o r e s c i e n t i f i c a n d f e a s i b l e t h a n b e f o r e,w h i c h p r o v i d s d a t a r e f e r e n c e f o r f u r t h e r s t u d y o n d i s a s t e r p r e v e n t i o n,d e v e l o p m e n t,a n d u t i l i z a t i o n i n X i s h a n m i n i n g a r e a.K e y w o r d s:A L O S D EM;g e o m o r p h o l o g i c a l e x t r a c t i o n;o p t i m u m t e r r a i n f a c t o r;X i s h a n m i n-i n g a r e a 地貌作为地球表层系统举足轻重的自然地理因素,不仅复杂多变,而且对其他自然要素的特征起着重要的作用,因此全面科学地对地貌形态进行分类对于生产建设具有重要的意义1。地貌分类是指将地貌系统依据一定原则,运用一组指标,使用一套方法进行系统划分的过程,或是将地貌实体按照其内在特征的一致性进行归类的过程2。地貌分类的研究历史悠长,我国古代文献资料对其已有许多记载和研究。例如,早在我国古代地貌研究历史书籍 尔雅 上,就做了相关的描述划分,具体命名为“释地”“释丘”“释山”和“释水”等。自此,相继有学者对地貌形态划分做了研究3-7,这些传统地貌分类研究信息主要利用实地测量和野外勘察来获取,虽然具有较高准确性,但是工作量大、效率低,难以满足实际科研工作 的需求;近 年来,迅速发 展的遥感技 术(R S)和地理信息技术(G I S),为获取更加详细精确的地貌信息提供了技术手段,也为获取高分辨率的D EM数据打下了基础8。高分辨率D EM数据派生的地形因子推动了地貌形态分类研究的进展,然而大多数学者在地貌形态分类过程中,多采用宏观地形因子海拔高度和地形起伏度来描述9-1 2,虽然这两个地形因子在地貌划分研究中起着重要的作用,但是研究表明地貌形态的完整信息难以仅通过这两个地形因子来概括。且随着地貌划分研究不断发展,D R AGUT e t a l1 3学者已将微观地形因子应用到地貌分类研究中,为全面划分地貌提供了研究思路。因此,多种地形因子综合分析法成为更加全面表达地貌综合信息的普遍方法1 4-1 8。本文以西山矿区作为研究区域,结合前人研究,提取并确定了以海拔高度、地表切割深度、地形起伏度和坡度4种地形因子为主,地表粗糙度为辅的地貌形态划分体系,由主入辅,由宏观到微观,对西山矿区地貌形态进行了深入研究,并从图斑数目及分类界线两方面对本文提取结果进行了精确性验证,对该地区后续的水土利用和生态环境保护研究具有重要意义。1 研究区与数据源1.1 研究区域概况西山矿区位于1 1 1 3 8 E1 1 2 3 6 E、北纬3 7 1 9 N-3 8 1 3 N如图1所示,地处山西高原中部地区,西北两面环山。现如今的构造位置为吕梁山脉的中段东部地区,太原新生代断陷盆地西侧,横跨太原市万柏林区、晋源区、尖草坪区、古交市、娄烦县、清徐县,吕梁市交城县、文水县等8个地区,南北最长处约7 0.5 k m,东西最宽处约5 5.7 k m,总面积达到了2 0 4 4.5 3 k m2,含煤面积为1 6 6 2.5 5 k m2,是山西省大型煤矿区。研究区海拔范围为7 3 42 1 7 9 m,总的地势特点为西南高、东北低,分为东部前山区和西部后山区,东部前山区以构造剥蚀地貌为主,地形切割剧烈,西部后山区以丘陵地貌为主,是主要农业区,但冲沟亦较发育,水土流失比较严重。再加上地下采煤引发的地表塌陷,使得西山矿区生态环境脆弱,较易发生崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝等地质灾害。不同地貌形态类型对地质灾害的发生影响机理不尽相同,本文基于A L O S D EM对研究区地貌形态类型进行提取,并得到其空间分布特征,为后续针对不同地貌形态因地制宜地采取不同地质灾害防治措施提供数据支持与理论参考。1.2 数据来源本文 采 用 的D EM数 据 为2 0 1 1年A L O S D EM,该数据水平及垂直精度可达1 2 m,空间分辨率为1 2.5 m,在我国的覆盖率9 5%.本研究数据下载自E a r t h d a t a网站(h t t p s:s e a r c h.a s f.a l a s k a.e d u/#/),通过一系列影像预处理得到,主要包括拼接和裁剪等操作。159 第5期 梁宏艳,等:基于A L O S D EM的山西省西山矿区地貌形态类型提取高：2?179低：734N10高：3?047低：169ALOS/m600120?km114 0 E112 0 E110 0 E114 0 E112 0 E110 0 E40 0 N38 0 N36 0 N40 0 N38 0 N36 0 NNALOS/m020?km112 0 E112 15 E112 30 E112 0 E112 15 E112 30 E38 0 N37 45 N37 30 N38 0 N37 45 N37 30 N图1 研究区位置及海拔分布F i g.1 L o c a t i o n a n d e l e v a t i o n d i s t r i b u t i o n o f t h e s t u d y a r e a2 研究方法地形因子可以定量描述地貌的特征,根据其所描述 的 空 间 范 围,可 以 将 其 分 为 宏 观 和 微 观 两种1 4。本文首先通过窗口递增分析和均值变点分析确定地形起伏度的最佳分析窗口,然后对所选取的海拔高度、地形起伏度、地表粗糙度、地表切割深度和高程变异系数5个宏观因子,坡度、地表累计曲率2个微观因子等7个地形因子进行相关性分析确定最佳地形因子组合,最后通过G I S空间分析的区域分析对研究区内典型地形因子空间分布特征进行分析,叠加分析对地貌形态进行划分。2.1 最佳分析窗口的确定地形起伏度是划分地貌形态的重要指标。根据地貌发育理论,一种地貌类型存在一个使最大高差达到相对稳定的最佳分析面积,并且该面积在一定程度上能最大化地表达地貌的完整性1 9-2 0。基于D EM数据提取的地形起伏度的精度和表达能力与该分析面积密切相关2 1-2 2。本文首先利用P y t h o n代码编程进行批量窗口递增分析计算,得到了22窗口到3 23 2窗口下的地形起伏度2 3。其次,对计算得到的地形起伏度大小和窗口面积进行对数拟合,拟合出的对数曲线方程为y=2 0.4 4 6 l nx+4 0.4 5 6,R2=0.9 4 5 6.R2越接近1,拟合曲线的结果越好。本文相关系数为0.9 4 5 6,通过了拟合优度检验。计算最佳统计窗口大小方法有多种,研究表明,均值变点分析法是最为理想的一种2 4-2 6。因此本文地形起伏度的最佳分析窗口利用该方法来确定,其数学推理过程如下:1)基于地形起伏度计算公式得到N个(22,33,3 23 2)递增窗口平均地形起伏度,再依次计算单位地形起伏度Ti,计算公式为:Ti=ti/Ai.(1)式中:Ti为第i个分析窗口下单位地形起伏度;ti为平均高差;Ai为分析窗口面积。2)将上述所得到的单位地形起伏度T取对数(l nT)得到非线性数列Xk(k=1,2,N).对每个k(k2),将序列分为前后两段,即X1,X2,Xk-1和Xk,Xk+1,XN,分别计算两段数据的算数平均值Xk1和Xk2,以及全部样本的算术平均值X.3)计算统计量:S=Nt=1(Xt-X)2.(2)Sk=k-1t=1(Xt-Xk1)2+Nt=k(Xt-Xk2)2.(3)式中:S为总的离差平方和;Sk为前后两段样本的离差平方和之和。4)S和Sk的差距会随着变点的存在而逐渐增大,均值变点法的关键在于找到该变点。以序号k为横坐标,SSk为纵坐标,利用o r i g i n软件将得到的数据制作散点图(如图2),其中顶点即为变点,259太 原 理 工 大 学 学 报 第5 4卷 是S和Sk差距最大的点。15129630SSk408121620242832序号图2 S和Sk的差值变化曲线F i g.2 S a n d Sk d i f f e r e n t i a l v a l u e c h a n g e c u r v e由图2可知,顶点为第1 1序号,因此该点为最佳统计窗口,窗口大小为1 3 1 3,对应面积为0.0 2 6 4 k m2.2.2 最佳地形因子的确定及提取最佳地形因子的选取旨在利用相关系数较低的地形因子最大化地表达研究区所包含的地形信息,因此对所选取的7种地形因子进行相关性分析,从而选取能完整反映地貌类型的最优组合。在进行相关性分析前,为了消除量纲的影响,先采用极差法对这7种地形因子进行归一化处理,使其值均处于02 5 5之间,最后得到7种地形因子的相关系数矩阵,如表1所示。x i,j=xi,j-xm i nxm a x-xm i n2 5 5.(4)式中:x i,j为处理后的数据;xi,j为处理前的数据;xm a x为最大值;xm i n为最小值。表1 相关系数矩阵T a b l e 1 C o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t m a t r i x地形因子海拔高度地形起伏度坡度地表粗糙度地表切割深度高程变异系数地表累计曲率海拔高度1.0 00.2 80.2 40.0 50.3 2-0.0 9-0.0 5地形起伏度0.2 81.0 00.7 90.1 50.7 90.8 8-0.0 1坡度0.2 40.7 91.0 00.1 10.7 30.8 0-0.0 2地表粗糙度0.0 50.1 50.1 11.0 00.1 30.1 40.0 3地表切割深度0.3 20.7 90.7 30.1 31.0 00.7 9-0.1 1高程变异系数-0.0 90.8 80.8 00.1 40.7 91.0 0-0.0 1地表累计曲率-0.0 5-0.0 1-0.0 20.0 3-0.1 1-0.0 11.0 0 由表1可得,地表累计曲率与其他的地形因子相关性极弱,相关系数均不超过0.1 1,表明地表累计曲率与其他地形因子相比,对西山矿区的地貌特征差异表达不明显,应予以剔除2 5。此外,高程变异系数和地形起伏度,高程变异系数和坡度这2组地形因子之间存在高度相关性(使用阈值为0.8 0).由于地形起伏度已被多数研究2 7-2 9选定为地貌划分的主要地形因子,因此在高程变异系数和地形起伏度中直接选择地形起伏度而剔除高程变异系数。表2列出了各个地形因子的最小值、最大值、平均值和标准差。其中平均值反映各个地形因子的集中趋势,标准差衡量因子的离散程度2 5。即标准差越大,地貌类型间的差异可能表现的越大,包含的信表2 西山矿区地形因子数据信息T a b l e 2 T o p o g r a p h i c f a c t o r d a t a i n f o r m a t i o n o f s t u d y a r e a地形因子最小值最大值平均值标准差海拔高度0.0 02 5 5.0 08 7.0 24 1.7 0地形起伏度0.0 02 5 5.0 05 6.7 32 4.6 1坡度0.0 02 5 5.0 05 7.7 92 8.6 3地表粗糙度0.0 02 5 5.0 04.5 66.1 9地表切割深度0.0 02 5 5.0 04 4.2 92 1.1 3高程变异系数0.0 02 5 5.0 03 8.8 51 8.2 2地表累计曲率0.0 02 5 5.0 01 2 3.8 67.0 0息量丰富,故应该尽可能选择标准差大的因子。对于坡度和高程变异系数两个地形因子,坡度的标准差为2 8.3 6,大于高程变异系数的标准差1 8.2 2,说明坡度离散性更强,因此保留坡度而去除高程变异系数。所以最终参与西山矿区地貌分类的地形因子有地形起伏度、海拔高度、地表切割度、地表粗糙度和坡度。2.2.1 海拔高度海拔高度是地貌形态最基本的要素。参照周成虎等2提出的中国陆地11 0 0万数字地貌三级台阶的数值分类方法,将海拔高度以1 0 0 0、3 5 0 0、5 0 0 0 m为断点分为低海拔、中海拔、高海拔和极高海拔四类。由于研究区高程值最大为2 1 7 9 m,因此将研究区分为低海拔和中海拔两个级别。2.2.2 地形起伏度地形起伏度(Rf)是在特定的区域内最大高程值与最小高程值的差,可反映地面相对高差。依据莫申国3 0的数字格局地貌研究分类方法:平原(3 0 m)、台地(3 05 0 m)、丘陵(5 02 0 0 m)、小起伏山地(2 0 05 0 0 m).基于研究区地形起伏度的值域范围02 3 6 m并结合西山矿区实际情况,将研究359 第5期 梁宏艳,等:基于A L O S D EM的山西省西山矿区地貌形态类型提取区调整划分为平原(2 0 0 m)5种地貌形态。2.2.3 坡度坡度是直观表达地表单元陡缓程度的地形因子,同时对于地貌发育和土地利用研究具有重要意义3 1-3 3。本文将坡度等级分为平坦坡到陡坡5个等级:平坦坡(0 3)、微平缓坡(3 7)、平缓 坡(7 1 5)、缓坡(1 5 2 5)和陡坡(2 5 9 0).2.2.4 地表切割深度地表切割深度指某一特定单元内平均高程与最小高程的差值,是研究地表侵蚀发育状况的重要参考指标3 4。沈玉昌3 5以1 0 0、5 0 0和1 0 0 0 m为断点确立了中国地貌分类标准,分别为丘陵、浅切割山地、中等切割山地和深切割山地。根据本文得到的西山矿区地表切割度范围为01 5 0.2 9 m的实际情况,且为了防止与地形起伏度分类命名重复,调整命名和分级为微切割山地(03 0 m)、浅切割山地(3 01 0 0 m)和中等切割山地(1 0 05 0 0 m)3个等级。2.2.5 地表粗糙度地表粗糙度指在一个特定的区域内地球表面积与其投影面积之比,是反映地表形态的一个宏观指标。2.3 G I S空间分析典型地形因子分布分析利用A r c G I S软件S p a-t i a l A n a l y s t模块中的以表格显示分区统计(Z o n a l S t a t i s t i c s A s T a b l e)工具,对研究区内不同坡度等级下地表粗糙度和地表切割深度的情况进行统计汇总,从而进一步分析研究区内的这几种典型地形因子的空间分布状况。西山矿区地貌类型分类最终结果主要以定性和半定量的方法来完成,具体操作为利用A r c G I S软件S p a t i a l A n a l y s t模块中的R a s t e r C a l c u l a t o r工具,将最佳因子海拔高度、地形起伏度、坡度和地表切割深度进行叠置分析,得到分类结果,并结合遥感影像,对由最佳地形因子获得的地貌类型图进行修正,应用邻近原则对破碎图斑(面积小于0.3 k m2)进行合并,且对不合理地貌的分类及界线进行微调和圆滑处理修正,为了保证地貌界线的准确性,在处理时,把比例尺放大到15万尺度上。3 结果分析3.1 典型地形因子分布地表粗糙度是衡量地表侵蚀程度的重要量化指标,地表切割深度直观反映了地表被侵蚀切割的情况并对这一地学现象进行量化,而由地表粗糙度计算公式可得,地表粗糙度与坡度密切相关。因此,在进行典型地形因子分布研究时,对坡度进行分级统计且统计不同坡度等级下的地表粗糙度和地表切割深度(表3),以期为西山矿区后期水土保持及地表侵蚀发育研究作参考。表3 不同坡度等级下的地表粗糙度和地表切割深度T a b l e 3 S u r f a c e r o u g h n e s s a n d i n c i s i o n u n d e r d i f f e r e n t s l o p e g r a d e s坡度/()百分比/%地表粗糙度均值地表切割深度均值/m035.0 21.0 16.6 2379.1 21.0 21 2.2 271 52 6.3 31.0 32 1.6 41 52 54 2.2 91.0 32 9.2 42 59 01 7.2 41.0 33 9.2 4 由表3统计可得,研究区内坡度类型主要集中在0 2 5 范围内,占研究区总面积的8 2.7 6%.其中1 5 以下区域面积占到了区域总面积的4 0.4 7%,且地表粗糙度在1.0 3以下,地表切割度在2 1.6 4 m以下,分布在研究区内的西南部边缘地带,太原盆地西部,各个山脉的山谷处等大部分区域;1 5 2 5 的缓坡,占研究区总面积的4 2.2 9%,其地表粗糙度为1.0 3,地表切割度为2 9.2 4 m,且分布在研究区西北部的边缘地带;2 5 9 0 的陡坡,占研究区总面积的1 7.2 4%,地形起伏明显,地表粗糙度较其他范围没有明显变化,地表切割度达到了最大值3 9.2 4 m,主要分布在各大山脉的山脊处,山间褶皱地带以及被流域切割严重的区域3 7。3.2 分类结果西山矿区地貌形态类型为3 0种,图斑数目为3 3 6个,对其空间分布状况(如图3(a)所示)分析统计得到:1)西山矿区浅切割陡小起伏中山和浅切割陡中起伏中山的面积占比较大,分布广泛,分布在研究区西南部及中东部大部分区域,分别占西山矿区总面积的2 1.2 3%、1 2.7 2%;2)低海拔微切割微平缓台地,浅切割陡小起伏低山和微切割微平缓中起伏中山,分别占总面积的0.2 7%、0.3 7%、0.3 0%,零星分布在西山矿区的边缘地带;3)低海拔微切割平坦平原的面积占研究区总面积比也相对较大,为3.1 6%,该地貌类型主要分布在研究区位于太原盆地的区域;4)低海拔地区主要分布在研究区东南部的边缘地带,面积占比为2 3.6 2%,中海拔地区为研究区主要地貌,分布在研究区大部分地带,占总面积的7 6.3 8%.整体而言,西山矿区整体地势特点为西459太 原 理 工 大 学 学 报 第5 4卷 低海拔微切割平坦平原微切割平坦小起伏低山微切割平坦中起伏低山低海拔微切割微平缓平原低海拔微切割微平缓台地低海拔微切割微平缓丘陵微切割微平缓小起伏低山微切割微平缓中起伏低山低海拔微切割平缓平原微切割平缓小起伏低山低海拔浅切割陡平原浅切割陡小起伏低山浅切割陡中起伏低山中海拔微切割平坦平原微切割平坦小起伏中山中海拔微切割微平缓平原中海拔微切割微平缓丘陵微切割微平缓小起伏中山微切割微平缓中起伏中山中海拔微切割平缓平原中海拔微切割平缓丘陵微切割平缓小起伏中山微切割平缓中起伏中山中海拔浅切割缓平原浅切割缓小起伏中山浅切割缓中起伏中山中海拔浅切割陡平原中海拔浅切割陡丘陵浅切割陡小起伏中山浅切割陡中起伏中山N20?km100（a）本文划分地貌倾斜的中海拔平原倾斜的低海拔台地倾斜的低海拔平原平缓的中海拔丘陵平缓的小起伏中山缓的中海拔丘陵缓的中起伏中山缓的小起伏中山陡的中起伏中山陡的小起伏中山N20?km100（b）参考地貌图3 西山矿区地貌形态类型F i g.3 G e o m o r p h o l o g i c t y p e d i s t r i b u t i o n m a p o f s t u d y a r e a南高,东北低,中部为山地,边缘为平原。3.3 结果检验统计各地貌类型图斑数,将所得到的统计数据与中国科学院地理研究所11 0 0万地貌类型图的统计数据(参考地貌)进行对比,如表4所示。由表4统计结合图3分类结果可得,本文划分地貌类型3 0类,与原11 0 0万的地貌为9类相比,本文划分较参考划分类型增加了2 1类,划分的地貌类型更为丰富。且本文划分地貌类型图斑数为3 3 6个,参考地貌类型图斑数目为4 0个,本文划分图斑数目相较于原11 0 0万地貌类型增加了2 9 6个,图斑数目明显提高,划分的结果更加细致。曾超3 6在文章中对我国11 0 0万地貌分类结果的不足已有描述,实施过程中,虽采用人工勾绘和地貌分类相结合的方法,相对而言具有较高准确性,但分类过程中仍存在诸多地貌实体单元被分割的现象,且由于认识的主观性,很难达到统一,从而导致界线划定不够准确,如图4界线对比中P 1和P 2区域,在11 0 0万地貌分类结果中,完整的山体被分割成不同地貌单元,本文划分则保证了完整山体不被分割;在位于大川河的P 3区域则可以表明,本文划分地貌类型界线较参考地貌界线来说更加细致,沟谷河道界线更加符合实际河道界线。通过图斑数和划分界线两方面的对比,说明了本文划分地貌类型取得了较好的分类结果,且较原先人工目视解译11 0 0万地貌类型来说更加合理。此外,较之前研究采用了更多的地形因子(海拔高度、地形起伏度、坡度和地表切割深度),对地貌完整信息的概括能力更强。表4 研究区与参考地貌图斑数目对比T a b l e 4 C o m p a r i s o n o f t h e s p o t n u m b e r b e t w e e n t h e s t u d y a r e a a n d r e f e r e n c e g e o m o r p h i c m a p参考本文划分地貌类型图斑数地貌类型图斑数低海拔倾斜平原5低海拔微切割平坦平原3 6低海拔微切割微平缓平原3 2低海拔微切割平缓平原1低海拔浅切割陡平原1低海拔倾斜台地2低海拔微切割微平缓台地1中海拔倾斜平原2中海拔微切割平坦平原1中海拔微切割微平缓平原6中海拔微切割平缓平原4中海拔浅切割缓平原5中海拔浅切割陡平原4中海拔平缓丘陵2中海拔微切割微平缓丘陵1中海拔缓丘陵2中海拔微切割平缓丘陵1中海拔浅切割陡丘陵1平缓的小起伏中山1微切割平坦小起伏中山1微切割微平缓小起伏中山7微切割平缓小起伏中山2 1缓的小起伏中山1 7浅切割缓小起伏中山2 8陡的小起伏中山1浅切割陡小起伏中山4 5缓的中起伏中山3微切割微平缓中起伏中山1微切割平缓中起伏中山1 8浅切割缓中起伏中山3 2陡的中起伏中山5浅切割陡中起伏中山4 0微切割平坦小起伏低山1 9微切割平坦中起伏低山1低海拔微切割微平缓丘陵2微切割微平缓小起伏低山1 5微切割微平缓中起伏低山9微切割平缓小起伏低山1浅切割陡小起伏低山2浅切割陡中起伏低山1559 第5期 梁宏艳,等:基于A L O S D EM的山西省西山矿区地貌形态类型提取本文划分地貌原 1100 万地貌8?km40P3P1P2图4 研究区与参考地貌海拔和起伏度界线对比F i g.4 C o m p a r i s o n o f e l e v a t i o n a n d r e l i e f b o u n d a r i e s b e t w e e n t h e s t u d y a r e a a n d t h e r e f e r e n c e l a n d f o r m 本文首先运用了更多地形因子来对研究区域地貌形态进行划分,且应用宏观和微观地形因子相结合,划分结果更加细致,对于小区域的西山矿区地貌单元的各种信息能够更加科学全面地体现出来,并能一目了然地了解研究区域基本地貌情况;其次,在地貌图制作中,本文采用的相对自动化提取的地貌分类方法相对于人工目视解译方法来说工作效率得到了提升。4 结论本文以1 2.5 m分辨率的A L O S D EM数据为基础,结合实际情况,完成了对西山矿区地貌形态的划分,并分析了研究区地形特征,得到以下结论:1)西山矿区最佳地形因子是海拔高度、地形起伏度、坡度、地表切割深度和地表粗糙度,地形起伏度的最佳统计单元为1 31 3(0.0 2 6 4 k m2).2)将坡度分为不同等级,并且统计不同坡度等级范围内的地表粗糙度和地表切割深度情况,得到了这些典型地形因子在西山矿区的空间分布特征。3)将西山矿区划分为低海拔微切割平坦平原、浅切割陡小起伏中山、浅切割陡中起伏中山等3 0种地貌形态,其中,浅切割陡小起伏中山为主要地貌,占到总面积的2 1.2 3%.4)以中国科学院地理研究所11 0 0万地貌类型图作为参考数据,对本文分类结果进行验证,结果表明,本文分类结果较参考分类,图斑数目增加了2 9 6个,地貌类型增加了2 1类,通过界线对比得到分类界线更加符合实际地貌,更为细微地描述了研究区的地形细节。此分类结果对于小区域的西山矿区来说较为合理。在本文数据的基础上,结合其他数据,可以为西山矿区水土流失,地质灾害防治以及生态环境建设等方面的研究做出贡献。参考文献:1 赵尚民,程维明.山西省多级行政单元的数字地貌分布特征J.太原理工大学学报,2 0 1 4,4 5(4):5 4 2-5 4 7.Z HAO S M,C HE N G W M.A n a l y s i s o n t h e d i g i t a l g e o m o r p h o l o g i c c h a r a c t e r i s t i c s o f a d m i n i s t r a t i v e u n i t s a t m u l t i-l e v e l s i n S h a n x i p r o v i n c eJ.J o u r n a l o f T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,2 0 1 4,4 5(4):5 4 2-5 4 7.2 周成虎,程维明,钱金凯.数字地貌遥感解析与制图M.北京:科学出版社,2 0 0 9.3 周廷儒,施雅风,陈述彭.中国地形区划草案M.北京:科学出版社,1 9 5 6.4 沈玉昌,苏时雨,尹泽生.中国地貌分类、区划与制图研究工作的回顾与展望J.