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DEM坡面地形因子提取与分析
一、实验目的
了解基于DEM坡面地形因子提取的原理；掌握坡度、坡向、坡面曲率因子的提取方法及坡度分级图的制作；能够利用坡面地形因子与其它空间分析方法相结合以解决实际应用问题。
二、实验数据
一幅5m分辨率的黄土地貌DEM数据
三、实验步骤
3.1坡度
1、提取坡度
图1、坡度数据
2、3度等间距分级
3、土地利用模式分级
3.2坡向
图4、坡向图
3.3提取地面变率因子
1、坡度变率（SOS）
2、坡向变率（SOA）
3.4提取DEM层的反地形；
图7、DEM反地形提取
3.5DEM的平均曲率
图9、平均曲率计算
图10、平均曲率图与光照晕渲图叠加
四、思考
对于平均地形因子的提取，我认为可以通过邻域分析，计算窗口的最大最小值，求其平
均值，再不断扩大，知道窗口扩大到整个ＤＥＭ。
基于dem的坡度提取原理基于DEM的坡度提取原理概述：数字高程模型（DEM）是一种用于描述地表地形高程信息的数字化模型。
基于DEM的坡度提取是利用DEM数据计算出地表坡度信息的过程。
坡度是地表高程变化的一种度量，它对地形特征的描述具有重要意义。
本文将介绍基于DEM的坡度提取原理及其应用。
一、DEM数据DEM数据是通过测量或遥感技术获取地表高程信息，并以数字化方式表示的数据。
DEM数据以栅格的形式存储，栅格单元中的数值表示该位置的地表高程。
DEM数据通常包含高程、行列号和地理坐标等信息。
二、坡度的定义坡度是地表高程变化的一种度量，是指地表在水平方向上单位距离上升或下降的高度差。
坡度的计算可以描述地表地形的陡峭程度和变化趋势。
三、坡度计算方法1. 三点法三点法是一种常用的坡度计算方法。
对于DEM数据中的每个栅格单元，以其为中心，选取周围的3×3个栅格单元，计算这9个栅格单元的高程差值，并根据高程差值和栅格单元之间的距离，计算出坡度值。
2. 四邻域法四邻域法是一种简化的坡度计算方法。
对于DEM数据中的每个栅格单元，以其为中心，选取周围的上、下、左、右四个栅格单元，计算这四个栅格单元的高程差值，并根据高程差值和栅格单元之间的距离，计算出坡度值。
3. 八邻域法八邻域法是一种更精确的坡度计算方法。
对于DEM数据中的每个栅格单元，以其为中心，选取周围的上、下、左、右以及四个对角线方向上的八个栅格单元，计算这八个栅格单元的高程差值，并根据高程差值和栅格单元之间的距离，计算出坡度值。
四、坡度的应用坡度是地表地形的重要特征之一，它在多个领域具有广泛的应用价值。
1. 地质研究坡度可以用于地质研究中的地貌分析和地质灾害评估。
通过提取DEM数据中的坡度信息，可以揭示地区的地形特征、地表演化过程以及地质灾害潜在风险等。
2. 水资源管理坡度对水资源管理具有重要意义。
坡度的大小直接影响水流速度和径流量。
通过提取DEM数据中的坡度信息，可以研究流域的水文特征、水资源分布和径流方向，为水资源管理和水文模型建立提供重要依据。
基于DEM的云南省区域土壤侵蚀坡度坡长因子提取与分析[摘要]土壤侵蚀与地形关系研究由来已久，国内外学者在流域尺度针对土壤侵蚀调查制图的地形因子提取方法也有较多的研究[1]。
本文阐述了在云南省2015年土壤侵蚀调查中，利用全省1:1万或1:5万DEM数据，借助ARCGIS等软件整合生成全省DEM数据，通过北京师范大学研发的“土壤侵蚀模型地形因子计算工具”，提取和分析了全省坡度坡长因子，该套数据为云南省区域范围内的土壤侵蚀影响因素提供一定的基础数据，为区域水土保持措施规划、综合治理提供指导依据。
[关键词] DEM；坡度；坡长1 研究区概况云南位于我国西南边陲，位于东经97°31′39″～106°11′47″、北纬21°08′32″～29°15′08″之间，地质构造复杂，切割剧烈，山高坡陡谷深，坡耕地分布广泛，气候条件变化多样，生态环境敏感脆弱，是全国水土流失最为严重的省份之一。
云南属青藏高原南延部分，地形一般以元江谷地和云岭山脉南段的宽谷为界，分为东西两大地形区。
东部为滇东、滇中高原，称云南高原，系云贵高原的组成部分，平均海拔2000m左右，地形表现为波状起伏和缓的低山和浑圆丘陵，发育着各种类型的岩溶地形。
西部为横断山脉纵谷区，高山深谷相间，相对高差较大，地势险峻；南部海拔一般在1500～2200m；北部在3000～4000m；西南部边境地区地势渐趋和缓，河谷开阔，一般海拔在800～1000m，个别地区下降至500m以下，是全省主要的热带、亚热带地区。
全省整体地势从西北向东南倾斜，海拔相差较大，最高点为滇藏交界的德钦县怒山山脉梅里雪山主峰卡格博峰，海拔6740m；最低点在与越南交界的河口县境内南溪河与元江汇合处，海拔仅76.4m。
最高、最低两地直线距离约900km，高低相差达6000多米[2]。
2 数据来源DEM数据来源于云南省范围内已入库的数字化成果1：1万DEM数据和云南省范围内由国家基础地理信息中心下发的1：5万精细化DEM数据。
基于GIS的坡面地形因子提取与分析作者：王娜娜徐珍陈伟华来源：《安徽农学通报》2017年第12期摘要：该文基于GIS软件和DEM数据，提取并分析一阶、二阶及复合坡面地形因子中的坡度、坡向、剖面曲率、地表粗糙度、高程变异系数5种地形因子。
结果表明：榆中县坡度变幅为0°～70.7213°；坡向分析中阳坡占总面积的45.04%，阴坡占53.87%；剖面曲率在0～4.90379范围内变化；地表粗糙度的变幅为1～4.39377；地形高程变异系数在0～0.0912272范围内变化。
通过对该区域坡面地形因子的提取，分析在这些地形因子的作用下该区域水土流失与土壤侵蚀的趋势，为榆中县进行水土保持定量研究提供科学依据。
关键词：地形因子；GIS；坡面；DEM中图分类号 S157 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）12-0165-03Absrtact：Based on the GIS and DEM data，five terrain factors，including slope，the slope direction，section curvature，surface roughness and coefficient of variation，are extracted and analyzed for the first order，two order and composite slope terrain factors. The results showed that the gradient of Yuzhong County was 0°～70.7213°，the sunny slope was 45.04% of the total area，the shade slope was 53.87%，the section curvature changed in 0～4.90379，the variation of surface roughness was 1～4.39377，the coefficient of variation varied within 0～0.0912272. Through the extraction of topographic factors in the area，the trend of water loss and soil erosion under the action of these terrain factors is analyzed，which provided scientific basis for the quantitative study of Yuzhong County soil and water conservation.Key words：Terrain factors；GIS；Slope；DEM地形分析是认知地形环境的重要方式，地形因子的提取对水土流失、土地利用及生态评价研究具有重要作用，不同研究尺度下研究的地形因子不一。
中小尺度DEM 空间分辨率对坡度的影响分析摘要：选取辽河平原、鲁中低山丘陵、黔南山地、川西南高山4 种典型地貌类型区为试验样区，以全国1：5 万DEM 为数据源，从平均坡度、坡谱、坡度信息熵3 个方面分析了不同分辨率DEM 对所提取坡度的影响。
结果表明：随着DEM 分辨率的降低，平均坡度呈对数递减趋势，坡谱的变化跟地貌类型有关，坡度信息熵跟DEM 分辨率有较好的相关性，用数学模型模拟这种关系可以精确衡量坡度的不确定性.关键词：GIS；DEM；平均坡度；坡谱；坡度信息熵0 引言地面坡度影响着地表物质运动和能量转换的规模和强度，是制约生产力空间布局的重要因子[1]。
利用数字高程模型（DEM）提取地面坡度，已经成为最重要的技术方法，得到广泛的应用。
目前，许多GIS 软件都可从DEM 中直接提取坡度信息，但是所提取的坡度明显受到DEM 分辨率的制约[2]。
针对这一问题，汤国安，陈楠等从不同方面分析了黄土高原DEM分辨率对提取平均坡度及坡度精度的影响[3，4]，刘学军，zhou，Toutin 等则分析了坡度误差的成因及误差空间分布[5-7]，刘敏，汤国安等分析了DEM 提取坡度信息的不确定性[8]。
但前人关于DEM 分辨率对坡度的影响研究多集中在黄土高原地区，不能反映出我国多地貌的特点，分析结果具有一定片面性，且对坡度不确定性的度量也鲜有研究。
本文将针对全国不同地貌类型区提取的坡度进行系统分析，希望能获得更加普遍的规律。
1 试验基础与技术方法1.1 试验样区我国是一个地形复杂的国家，地势起伏很大，地貌条件复杂，境内不仅拥有许多绵长高大的山脉、高亢广袤的高原、封闭性很强的内陆盆地以及河湖密布的平原，可以说，我国平原、丘陵、山地等各种地貌类型齐全，因此为了更好地研究DEM 分辨率，本文选取4 种典型地貌进行研究，分别是：辽河平原、鲁中低山丘陵、黔南山地和川西南高山。
辽河平原位于辽宁省中部，属典型的东北平原，该区域介于122°～123.3°E，41.2°～42.4°N，海拔为0～445.1m，平均海拔为59.55m。
ＤＥＭ重采样坡度衰减分析摘要：通过数字高程模型（ＤＥＭ）重采样发现，随着水平分辨率的降低，地形也随着趋向平缓，坡度信息不断丢失，地面表达能力逐步下降。
利用１∶１００００数字地形图生成５ｍ水平分辨率ＤＥＭ，以此为基准重采样生成１０、２０、４０ｍ水平分辨率的ＤＥＭ，提取各水平分辨率ＤＥＭ的坡度。
对提取的５ｍ水平分辨率ＤＥＭ的坡度进行邻域分析，提取１０、２０、４０ｍ水平分辨率DEM的最大坡度，以此求取其与直接由相对应水平分辨率ＤＥＭ提取的坡度的差值，并对坡度差值进行频率统计分析，同时分析了剖面曲率在重采样过程中的变化。
结果表明，随着ＤＥＭ水平分辨率的降低，坡度平均值不断降低，较小坡度的频率逐渐增大，较大坡度的频率逐渐减小。
ＤＥＭ水平分辨率较高时，坡度差值分布集中于较小坡度差值处，且范围集中；DEM水平分辨率越低，坡度差值分布曲线愈加分散，且集中于较大坡度差值处。
DEM水平分辨率越高，剖面曲率曲线分布越广，DEM水平分辨率越低，曲线分布越窄，且变得集中，其中剖面曲率较高部分损失严重。
关键词：重采样；坡度衰减；频率统计；剖面曲率Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ１∶１００００ｄｉｇｉｔａｌｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃｍａｐｓ，ｄｉｇｉｔａｌｅｌｅｖａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ（ＤＥＭ）ｗｉｔｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆ５ｍＤＥＭｗａｓｇｅｎｅｒａｔｅｄ，ｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈＤＥＭｗｉｔｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆ１０，２０ａｎｄ４０ｍｗａｓｒｅ－ｓａｍｐｌｅｄ．ＴｈｅｓｌｏｐｅｓｏｆｔｈｅｓｅＤＥＭｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．ＮｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇｒｅｇｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎＤＥＭｗｉｔｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆ５ｍ；ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｎｔｈｅ１０，２０ａｎｄ４０ｍｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｅｘｔｒａｃｔｅｄｓｏｔｈａｔｉｔｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｆｒｏｍｔｈｅｓｌｏｐｅｄｉｒｅｃｔｌｙｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍＤＥＭｗｉｔｈｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｖｅｒａｇｅｏｆｓｌｏｐｅｄｅｃｒｅａｓｅｄａｓｔｈｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆＤＥＭｄｅｃｒｅａｓｅｄ；ａｎｄｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｓｍａｌｌｓｌｏｐｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｈｉｌｅｏｆｌａｒｇｅｓｌｏｐｅｄｅｃｒｅａｓｅｄ．ＷｈｅｎＤＥＭｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｈｉｇｈ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｓｍａｌｌｓｌｏｐｅｓ．ＴｈｅｌｏｗｅｒＤＥＭｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｏｒｅｄｉｓｐｅｒｓｅｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓ，ａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｌａｒｇｅｓｌｏｐｅ．ＴｈｅｈｉｇｈｅｒＤＥＭｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｗｉｄｅｒｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｃｕｒｖａｔｕｒｅｃｕｒｖｅｓｗａｓ，ａｎｄｖｉｃｅｖｅｒｓａ；ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｃｕｒｖｅｓｗａｓｍｏｒｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄａｎｄｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｐｒｏｆｉｌｅｃｕｒｖａｔｕｒｅｗａｓｓｅｒｉｏｕｓｌｙｌｏｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅ-ｓａｍｐｌing；ｓｌｏｐｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ；ｐｒｏｆｉｌｅｃｕｒｖａｔｕｒｅ坡度是描述地形特征信息的重要指标，不但可表达地形起伏的形态和结构，而且是水文模型、滑坡监测与分析、土壤侵蚀和土地利用规划等地学分析模型的基础数据。
