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利用DEM进行地形高程剖面分析的新方法_张会平

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利用DEM 进行地形高程剖面分析的新方法
张会平,　刘少峰
(中国地质大学地球科学与资源学院,北京100083)
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40234041,40272055) 地形分析是地质地貌研究的重要手段,是以地形、地质
图,数字图像资料以及详细野外地质调查等为研究基础,在
新构造研究中,特别是活动构造地貌研究中占有举足轻重的
地位。

进行地形地貌分析研究,主要包括高程剖面分析,坡
度、坡向分析以及流域分析等。

以数字高程模型(DE M )为基础进行地形分析,与传统的
利用纸质地形图进行研究的方法不同。

DEM 是地球表面地
形地貌的数字表达、模拟,基于DEM 的地形分析实质上就是
进行数值计算的过程。

Burbank (1992)认为,新兴的地形分析
方法为进行地球科学的跨学科研究提供了有效保障。

而
Burbank 所提到的地貌分析方法实际上指的就是DE M 在地
形地貌研究领域的应用。

毋庸置疑,DEM 的获取和应用为
地形分析提供了快速、高效的技术支撑。

在进行地形分析研究中,高程剖面分析能够直观反映地
形表面形态。

结合构造地质,沉积地质等研究方法,可以深
入讨论活动断裂的特征,盆山系统的耦合关系等。

但众所周
知,利用纸质地形图进行高程剖面分析,获得的剖面信息仅
仅是限定在所选定的剖面线上,并且剖面线的选取具有较强
的主观性,同时,地壳表面本来就具有的面性特征没有准确
地表征,因而其在地貌研究中虽然被广泛应用,但是没有较
强的说服力。

而与之相比,基于DEM 所进行高程剖面分析
就能够较精确地表达地形地貌的特征。

应用DEM 数据进行
高程剖面截取,不仅可以统计分析地壳表面的线状特征,也
能够客观地统计面状形态。

也就是说,除了进行高程剖面线
分析外,还可以进行高程剖面面的分析,即利用DE M 获取的
高程剖面进行的是高程条带剖面(swath profile )。

以规则网
(grid )DE M 数据分析为例,原理是利用遥感影像数字处理方
法,提取选定的剖面线以外一定缓冲区(条带)范围的高程信
息,以数理统计方法获得垂直于剖面线方向上一定缓冲区
(条带)的各像素值,并计算出最大高程(maximum elevation )、
最小高程(minimum elevation )以及平均高程(mean elevation ),
同时也可以利用最大高程与最小高程之间的差值获取地形
起伏度(topographic relief )统计图,进而深入地分析地形地貌特征。

国外学者曾利用DEM 高程剖面进行青藏高原和阿尔卑斯山的地貌研究。

Fielding 等(1994,2000)以每度网格为1200×1200像素的高程数据为基础,该数据的像素分辨率为3弧秒(3arc -second ),完成构建青藏高原及邻区的高分辨率数字高程模型。

通过统计100km ×5km 的条带剖面段(seg -ment )生成的最大高程、最小高程和平均高程剖面,并结合坡度分析,认为青藏高原现今的地貌特征,特别是北部及中部地区具有低坡度分布的特点,这就意味着第三纪晚期以及第四纪以来青藏高原上地壳并未经历强烈的断裂活动和褶皱造山作用,并因此指出青藏高原新生代以来的强烈隆升无法通过上地壳大规模缩短模型来体现,从而印证了Barazangi 、Ni 和Beghoul 等的印度板块向亚欧板块俯冲模型以及Zhao 和Morgan 的贯入模型更适合于解释高原隆升。

Fielding 早期的DEM 地貌研究也得到了B urbank (1992)的肯定,其将Field -ing 、Duncan 和Gubbels 等有关喜马拉雅—青藏高原地区的DE M 高程剖面研究进一步加以综合,讨论分析了高原隆升、剥蚀演化的高程特征以及坡度分布等之间的关系。

阿尔卑斯历来就是地学界研究的经典地区之一。

K ǜhni 等(2001)利用DE M 数据,结合岩石、构造地质等研究方法,分析Swiss Alps 地区的地貌特征与地层岩性、构造发育之间的关系。

在进行高程剖面分析时,重点分析对比了以不同滤波参数获取的平均高程图之间的差异,同时分析讨论区域地形起伏度(local relief )与具有不同侵蚀度的岩石地层的分布之间的关系。

根据由DEM 提取的Swiss Alps 地区的水系沟谷的发育特征,研究认为,阿尔卑斯山地区水系流域模式同地层岩性差异之间具有很高的相关性,经向水系沟谷主要发育于具有高侵蚀度的岩层分布地区。

利用DEM 进行高程剖面分析,能够快速、高效地以不同尺度对地貌特征进行研究。

结合构造地质、沉积地质以及年代学等研究,必然能够更加深入地开展地学研究。

不难预见,DEM 剖面分析在地学研究尤其是地形地貌研究中将会得到广泛的应用。

第11卷第3期
2004年9月地学前缘(中国地质大学,北京)Earth Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beijing )Vol .11No .3Sept .2004。

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使用数字高程模型进行坡度分析的方法

使用数字高程模型进行坡度分析的方法

使用数字高程模型进行坡度分析的方法引言：数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）是一种以数字形式表达地形高程信息的方法，它被广泛应用于地理信息系统、地形分析和土地规划等领域。

其中，斜坡度分析是数字高程模型的重要应用之一，可以帮助我们了解地形的坡度分布情况，为地形规划和资源利用提供参考。

本文将介绍一些使用数字高程模型进行坡度分析的方法。

一、数据获取及预处理要进行斜坡度分析，首先需要获取高程数据。

目前，常用的高程数据获取方式包括测量、遥感和地理信息系统。

测量方法主要通过地面测量仪器（如全站仪、GPS等）进行地形高程测量。

遥感方法则利用卫星遥感影像或航空摄影影像，利用立体视觉对地面进行高程信息提取。

地理信息系统则是通过收集和整理现有的高程数据，建立数字高程模型。

获取到高程数据后，还需要进行预处理。

预处理的目的是消除高程数据中的噪声和误差，提高数据的准确性。

常见的预处理方法包括去噪、滤波和插值。

去噪是指对高程数据中的异常值和噪声进行剔除或平滑处理。

滤波是指通过一定的滤波算法，去除高程数据中的纹理和干扰。

插值则是根据已知的高程点，推算未知位置的高程值。

二、斜坡度计算算法在进行斜坡度分析前，需要先计算每个点的坡度值。

常用的斜坡度计算算法包括简单差分算法和扩展差分算法。

简单差分算法是最基本的算法之一，它通过计算邻近点之间的高程差，得出坡度值。

简单差分算法的计算公式如下：斜坡度（Slope）= tan^(-1)(Δh / Δd)其中，斜坡度为所求，Δh为相邻点的高程差，Δd为相邻点的水平距离。

扩展差分算法则是在简单差分算法的基础上，根据更多的邻近点进行计算，从而得到均匀的坡度分布。

扩展差分算法的计算公式如下：斜坡度（Slope）= [(T1h-T2h)+(2(T3h-T4h))+(T5h-T6h)] / (8Δd)其中，T为相应邻近点的高程值，h为高程差，Δd为水平距离。

三、斜坡度分类与应用获得每个点的坡度值后，可以根据坡度值进行分类，以便进一步分析和应用。

如何利用测绘数据进行地形分析

如何利用测绘数据进行地形分析

如何利用测绘数据进行地形分析地形分析是地理信息科学中的重要内容之一，它利用测绘数据来研究地球表面的形态变化和地形特征。

通过地形分析，我们可以深入了解地表的形态、地势、水文和地貌等信息，为地理学、地质学、城市规划等领域的研究提供有力的支持。

本文将介绍如何利用测绘数据进行地形分析的方法和应用。

一、测绘数据及其意义测绘数据是通过测量手段获得的地球表面的各种信息，包括高程、坐标、形状等等。

这些数据以数值的形式存储，可以用来描述地形的特征和变化。

测绘数据可以分为地面测量和空中测量两种方法，常用的测量手段包括GPS定位、激光雷达、遥感等。

这些数据的意义在于提供了精确的地球表面信息，为地形分析提供了基础数据。

二、地形分析的方法地形分析的方法主要包括高程插值、剖面分析、坡度分析、流域分析等等。

1. 高程插值高程插值是将离散的测量高程数据根据一定的算法推算出连续的高程表面，常用的插值方法有反距离加权法、克里金法、三角网等。

通过高程插值，我们可以得到具有一定精度的数字高程模型（DEM），从而分析地形特征和变化。

2. 剖面分析剖面分析是指在地图上选择一条特定的路径，用这条路径上的高程数据绘制剖面图，以分析地表的高程变化。

剖面分析可以帮助我们了解地形的起伏和坡度情况，对规划道路、管道等有重要意义。

3. 坡度分析坡度是指地表在某一方向上的高程变化率，用来反映地面的陡峭程度。

通过计算DEM数据的梯度，我们可以得到地表的坡度信息，从而分析地形的陡峭与平缓程度。

坡度分析在土地利用规划、防灾减灾等方面具有重要应用。

4. 流域分析流域分析是研究地表水文过程的重要方法之一，它通过分析地形特征和水流方向，找出主流方向和流域范围。

流域分析可以帮助我们了解地表径流的路径和积聚情况，对水资源管理和生态环境保护有重要作用。

三、地形分析的应用地形分析在许多领域都有广泛的应用。

1. 土地利用规划地形分析可以为土地利用规划提供重要依据，通过分析地势和坡度情况，选择适宜的土地用途和规划道路、建筑等。

DEM数字高程模型

DEM数字高程模型


概述：DEM旳点模式表达
高程矩阵(规则矩形格网)，与栅格地图相同。 ●表达措施：将区域划提成网格，统计每个网格旳 高程； ●线模型到高程矩阵旳转换。 ◆优点：计算机处理以栅格为基础旳矩阵很以便， 使高程矩阵成为最常见旳DEM； ◆缺陷：在平坦地域出现大量数据冗余；若不变化 格网大小，就不能适应不同旳地形条件；在视线计 算中过分依赖格网轴线。
概述：建立DEM旳目旳
1）作为国家地理信息旳基础数据； 2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计； 3）为军事目旳而进行旳三维显示； 4）景观设计与城市规划； 5）流水线分析、可视性分析； 6）交通路线旳规划与大坝选址； 7）不同地表旳统计分析与比较； 8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等； 9）作为背景叠加多种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以 进行显示与分析； 10）与GIS联合进行空间分析； 11）虚拟现实(Virtual Reality)； 另外，从DEM还能派生下列主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等 坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图 等。
等高线插值法
三、DEM旳应用
概述应用： 1、三维景观 2、数码城市和虚拟现实 3、DEM在工程上旳应用 应用算法： 1、基于DEM旳信息提取 2、等高线旳绘制 3、基于DEM旳可视化分析
三维景观
数码城市和虚拟现实
City Model
Attribute RDB
DOM
DEM
DLG
数码深圳
3D 建筑
空间插值措施转换成点模式格式数据。
DEM旳生成
措施： 1、人工格网法 2、三角网法 3、立体像对法 4、曲面拟正当 5、等值线插值法
人工格网法
dem提取高程

dem提取高程

dem提取高程
DEM（数字高程模型）是一种用于表示地球表面高程的数学
模型。

提取DEM可以通过测量地面高程数据，例如地形测量仪、卫星遥感或激光雷达扫描，然后进行数据处理和分析来生成高程模型。

以下是通常使用的一些方法：
1. 数字化测图：使用测量仪器，如全站仪或GPS，测量地面
高程数据，并将其转换成数字形式。

这可以通过将地形图纸手工绘制到计算机软件或利用现代地面测量设备进行自动数据采集来完成。

2. 卫星遥感：利用卫星图像数据，如光学或合成孔径雷达（SAR），根据光度、回波时间或其他传感器测量高程信息的属性来提取高程数据。

这可以通过图像处理和反演算法来实现。

3. 激光雷达扫描：使用激光雷达设备测量地面上点的精确位置和高程。

通过发送激光脉冲并测量其回波时间来获得目标的距离，然后结合GPS定位数据来确定目标点的位置和高程。

4. 插值算法：将已知高程点的数据点之间的高程值进行插值，以便在整个区域内生成连续的高程模型。

常用的插值算法包括反距离权重插值、克里金插值和样条插值等。

以上是提取DEM的一些常见方法，这些方法可以根据实际应
用和数据可用性的不同进行组合使用。

提取的DEM数据可用
于各种领域，例如地形分析、水文模拟、城市规划和环境研究等。