DEM课件：第六讲：基本数字地形分析.ppt

1、主要内容主要内容数字地形分析数字地形分析1基本地形因子分析基本地形因子分析2剖面分析剖面分析3通视分析通视分析4坡度与坡向坡度与坡向坡度坡度坡向坡向描描述述 描述地表面描述地表面在该点的倾斜程度。在该点的倾斜程度。 描述该点高程值描述该点高程值改变量的最大变化方向。改变量的最大变化方向。作作用用 影响地表物影响地表物质流动与能量转换质流动与能量转换的规模与强度，制的规模与强度，制约生产力空间布局。约生产力空间布局。 决定地表面局部决定地表面局部地面接收阳光和重新分地面接收阳光和重新分配太阳辐射量的重要地配太阳辐射量的重要地形因子，直接造成局部形因子，直接造成局部地区气候特征差异，影地区气候特征

2、差异，影响各项农业生产指标。响各项农业生产指标。SlopeSlopeAspectAspectx xy yz z坡度（坡度（SlopeSlope）：过地表一点的切平面与水平面的夹角。：过地表一点的切平面与水平面的夹角。坡向（坡向（AspectAspect）：地表面上一点的切平面的法线在水平面的投影与该点：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。的正北方向的夹角。联系与区别联系与区别：都是点位参数，只有理论意义，不具备地理意义。：都是点位参数，只有理论意义，不具备地理意义。坡度的地理意义坡度的地理意义坡度指标坡度指标地形表现地形表现45地理意义的垂直面地理意义的垂直面坡向

3、的地理意义坡向的地理意义坡向坡向地理坡向地理坡向俗称俗称0 022.522.5北北N N阴坡阴坡454522.522.5东北东北NENE半阴坡半阴坡31531522.522.5西北西北NWNW909022.522.5东东E E27027022.522.5西西W W13513522.522.5东南东南SESE半阳坡半阳坡22522522.522.5西南西南SWSW18018022.522.5南南S S阳坡阳坡不存在不存在不存在不存在平地平地注：适用于南半球，北半球则正好相反注：适用于南半球，北半球则正好相反N=0NE=45E=90SE=135S=180SW=225W=270NW=315基于规则网

4、的坡度坡向计算基于规则网的坡度坡向计算e5e2e6e1ee3e8e4e722tansnweSlopeSlopeSlopewesnSlopeSlopeAspect/cellsizeeeSlopecellsizeeeSlopesnwe2,22431cellsizeeeeeeeSlopecellsizeeeeeeeSlopesnwe8)2()2(8)2()2(526847637518坡度：坡度： Slope为坡度，为坡度，Aspect为坡向，为坡向，Slopewe为为X方向上方向上的坡度，的坡度，Slopesn为为Y方向上的坡度。方向上的坡度。 Slopewe、Slopesn的计算如下：的计算如下：

5、坡向：坡向：方法方法1：方法方法2：基于不规则三角网的坡度坡向计算基于不规则三角网的坡度坡向计算222zyxnnnSlopexynnAspect 坡度：坡度：坡向：坡向：SlopeSlopeAspectAspect 通常用通常用3 3* *3 3的格网窗口在的格网窗口在DEMDEM数据矩阵中数据矩阵中连续移动计算完成。连续移动计算完成。 坡度图和坡向图坡度图和坡向图坡度、坡向应用坡度、坡向应用v 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，

6、 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。v 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04，80厘米深土层，南坡比北坡地温高45。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

7、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

8、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

9、量靠近大的湖泊、河流与海洋的地方。第二次全国土地调查耕地坡度分类图制作流程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读入源数据按县级行政区拼接按县级行政区拼接是否剪切？是否剪切？分块分块DEMDEMDEMDEM生成坡度生成坡度坡度图坡度图重新分类重新分类参数：坡度分级表参数：坡度分级表坡度分级栅格图坡度分级栅格图转换为矢量格式转换为矢量格式坡度分级矢量图坡度分级矢量图矢量数据编辑矢量数据编辑, ,去除细碎去除细碎多边形多边形, ,边界光滑边界光滑二调：精度参数二调：精度参数坡度分级图坡度分级图土地利用图斑数据土地利用图斑数据耕地坡度分级图耕地坡度分级图图幅整饰图幅整饰中间成果中间成果成

10、果成果v 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。粗糙度粗糙度v反映地表起伏变化和侵蚀程度的指标。一般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为地表单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积之比。积之比。v粗糙度是能够反映地形的起伏变化和侵蚀程度的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宏观地形因子，是衡量地表侵蚀程度的重要量化指标。指标。粗糙度的计算粗糙度的计算水平曲面SSR 粗糙度计算定义：粗糙度计算

11、定义：实现步骤：实现步骤： 实际应用时，当分析窗口为实际应用时，当分析窗口为3 3* *3 3时，可采用以下公时，可采用以下公式近似计算。式近似计算。1 1、根据、根据DEMDEM提取坡度因子提取坡度因子S S；2 2、粗糙度：、粗糙度：R=1/cos(S)R=1/cos(S)S为曲率AreaS为格点面元趋势面面积AreaH为格点面元面积。表面积表面积 由于基于不规则格网的地表面积计算较为简单，可由于基于不规则格网的地表面积计算较为简单，可以将格网以将格网DEMDEM的每个格网分解为三角形，从而简化规则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。格网地表面积计算。 计算三角形的表面积

12、使用海伦公式：计算三角形的表面积使用海伦公式：)31 ()(21)()(222321321iZYXDDDDPDPDPDPPSi整个整个DEMDEM的表面积则是每个三角形表面积的累加。的表面积则是每个三角形表面积的累加。D Di i表示第表示第i i（1 1i i3 3）对）对三角形两顶点之间的表面三角形两顶点之间的表面距离，距离，S S表示三角形的表面积，表示三角形的表面积，P P表示三角形周长的一半。表示三角形周长的一半。体积体积 基于数字地面模型的体积计算实质上是计算地形表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面和给定参考面之差，在

13、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。归类于土方计算，应用在工程施工、水利工程规划等方面。 对对DEMDEM进行挖或填后，土方量可由原始进行挖或填后，土方量可由原始DEMDEM体积体积V V0 0减去新减去新的的DEMDEM体积体积V V1 1，乘以相应的物质密度求得。乘以相应的物质密度求得。V = VV = V0 0 V V1 1当当V0V0时，表示挖方；时，表示挖方；当当V 0V 20单阈值100栅格河网分级栅格河网分级 河流的分级一般依据河流的流量、形态等因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素进行，

14、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，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。而级别低的河网则一般是支流。两种常用的分级方法：两种常用的分级方法：A、Strahler 分级：分级：B、Shreve分级：分级：STRAHLER分级 将所有河网中没有支将所有河网中没有支流的河网定义为一级，两流的河网定义为一级，两个一级河网汇流成二级，个一级河网汇流成二级，如此下去分别为第如此下去分别为第3级，第级，第4级，一直到河网出水口。级，一直到河网出水口。当且仅当同级别的两条河当且仅当同级别的两条河网汇流成一条河网时级别网汇流成一条河网时级

15、别才会才会增加，对于低级才会才会增加，对于低级河网汇入高级情况，高级河网汇入高级情况，高级河网不会增加。河网不会增加。SHREVE分级 将所有河网中将所有河网中没有支流的河网定义没有支流的河网定义为一级，两个一级河为一级，两个一级河网汇流成二级，对于网汇流成二级，对于以后更高级别的河网以后更高级别的河网级别是汇入的河网级级别是汇入的河网级别之和。别之和。Shrevestrahler河网分级结果对比河网分级结果对比河网提取结果河网提取结果（a）流域DEM三维图；（b）流域DEM平面图；（c）基于DEM的河网生成图；（d）基于DEM的子流域划分图。汇水区域结果汇水区域结果给定以下给定以下8 88

16、8网格高程数据：网格高程数据：高程数据信息（单位：米）高程数据信息（单位：米） X X：0 0200200 Y Y：0 0200200 Z Z：34348383原始高程数据矩阵：原始高程数据矩阵：808073594434404478837351353543497478604936365354686859463837555864665746404760636360605545607067646661 158515769666665625855576264 对原始数据进行对原始数据进行水文分析。水文分析。1 1）、根据）、根据D8D8算法计算法计算水流方向矩阵；算水流方向矩阵；2 2）、计算汇流累积）、计算汇流累积量矩阵；量矩阵； 3 3）、以）、以1010为阀值为阀值提取栅格河网。提取栅格河网。