劉洋

摘要：近年來，人們對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的需求結(jié)構(gòu)呈多元化發(fā)展趨勢(shì)，以DEM為基礎(chǔ)的地形分析可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地表形態(tài)的定量表達(dá)。本文以宜君縣地區(qū)25m的DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，派生出了三種不同分辨率的DEM數(shù)據(jù)，并分別提取不同的地形參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)很多地形細(xì)節(jié)具有一定的概括性，這對(duì)地貌形態(tài)的正確表達(dá)有重要意義。

關(guān)鍵詞：DEM，地形分析；尺度分析

目前，以數(shù)字高程模型（DEM）為基礎(chǔ)的數(shù)字地形分析技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于水文、地貌、土壤、生態(tài)、土木工程、景觀設(shè)計(jì)、軍事、外交等多個(gè)領(lǐng)域，并取得了十分顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。尺度問題是存在于客觀世界的普遍問題，凡是與地球參考位置有關(guān)的數(shù)據(jù)都具有尺度特性，尺度是空間數(shù)據(jù)研究的重要特征。建立地貌多尺度表達(dá)模型是人們多角度地觀察和分析地表事物的基礎(chǔ)，是多尺度地理數(shù)據(jù)庫建庫的核心問題，針對(duì)不同尺度下地形分析的結(jié)果進(jìn)行研究具有非常重要的意義。

一、研究基礎(chǔ)與方法

1.研究區(qū)域和實(shí)驗(yàn)樣區(qū)概況

本研究樣區(qū)為宜君縣東部。研究選定實(shí)驗(yàn)樣區(qū)屬陜北黃土高原地區(qū)，黃土高原位于我國的中北部，地理位置東經(jīng)101°10至114°30，北緯33°50至40°15，地勢(shì)由東南向西北逐漸增高。黃土顆粒細(xì)，土質(zhì)松軟，由于缺乏植被保護(hù)，加以夏季雨集中和多暴雨，在長期流水侵蝕下地面被分割得非常破碎，形成獨(dú)特的溝壑交錯(cuò)縱橫的地貌景觀具有極高的地理價(jià)值和研究?jī)r(jià)值。

2.研究方法

研究以地理信息系統(tǒng)、水文地貌學(xué)、數(shù)字地形分析等學(xué)科的原理為理論基礎(chǔ)，以ArcGIS為基礎(chǔ)平臺(tái)，應(yīng)用表面分析、水文分析等方法，對(duì)樣品地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行了坡度、地標(biāo)粗糙度、水系和溝壑密度的提取，通過對(duì)這些地形參數(shù)結(jié)果的比較來研究不同尺度DEM對(duì)地形分析的尺度效應(yīng)。

二、不同尺度DEM派生數(shù)據(jù)地形分析尺度效應(yīng)

1.不同尺度下坡度提取與尺度效應(yīng)

坡度信息一直作為地形分析中的重要因子，對(duì)地形特征表達(dá)、地貌分析、水土流失等研究都有著非常重要的意義。由結(jié)果可以看出，三種分辨率下提取的坡度數(shù)據(jù)具有較大的差異，與25×25分辨率相比，50×50和75×75兩種分辨率提取的坡度最大值和平均值均損失頗大，而且隨著分辨率的減小，損失也越大。

本文以分級(jí)間隔3度對(duì)提取的坡度進(jìn)行分級(jí)，得到三種分辨率的坡度面積統(tǒng)計(jì)，可以得出，三種分辨率的坡度頻率分布情況大體上吻合，局部地區(qū)有不同程度的差異，樣區(qū)內(nèi)的整體坡度情況均比較大。

2.不同尺度下地表粗糙度提取與尺度效應(yīng)

粗糙度是用來反映地表起伏變化和侵蝕程度的一個(gè)宏觀指標(biāo)，實(shí)質(zhì)特定區(qū)域內(nèi)地球表面積與其投影面積之比。地表粗糙度越大，表示地形越復(fù)雜。根據(jù)樣區(qū)地表粗糙度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況，可以看出以25×25為基本，尺度越大，地表粗糙度的最大值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的損失情況越明顯，并且由于該地區(qū)地形復(fù)雜程度高，導(dǎo)致的損失情況也比較大。

這一現(xiàn)象說明，隨著尺度的增大，其所能表征的地形復(fù)雜程度的能力及準(zhǔn)確度也變得越來越小，尤其是針對(duì)樣區(qū)這種地表形態(tài)相對(duì)復(fù)雜的地區(qū)來講，其損失程度會(huì)比較高，該結(jié)果對(duì)地表形態(tài)的研究有重要影響。

3.不同尺度下水系的提取與尺度效應(yīng)

水系是地貌綜合結(jié)果評(píng)價(jià)的重要線狀要素，因此水系的提取是研究生成地貌特征結(jié)果的一個(gè)重要的依據(jù)。本文針對(duì)不同分辨率情況下的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行了水系提取。我們可以得到，隨著分辨率的降低，大量的小水系，小河流隨之消失，25米到50米的水系的消失情況尤為嚴(yán)重，50米到75米損失情況相對(duì)較小。還可以發(fā)現(xiàn)，隨著尺度的增大，水系雖然有損失，但主干河流保留較好，表明尺度的增大對(duì)水系有一定的概括作用。

4.不同尺度下溝壑密度的提取與尺度效應(yīng)

溝壑密度使用來表征地面破碎程度的量化指標(biāo)，同時(shí)也可以反映侵蝕程度和溝谷發(fā)育程度。千溝萬壑是黃土高原地區(qū)最為顯著的特點(diǎn)，因此它是描述黃土高原地面破碎程度和侵蝕程度的重要地理指標(biāo)。研究對(duì)三種分辨率的DEM數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了溝壑密度的計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果可以看出，分辨率為25米的原始DEM數(shù)據(jù)的溝壑密度與其派生的50米和75米的數(shù)據(jù)的溝壑密度比較其最大，分辨率減小后，DEM柵格增大，這時(shí)DEM對(duì)地貌細(xì)節(jié)進(jìn)行一定的概括，符合地貌綜合原理。

三、結(jié)論

本文結(jié)合DEM的地形分析和尺度效應(yīng)分析，以25米分辨率及其派生的多種分辨率數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，著重分析DEM派生各種分辨率下其對(duì)地形分析的影響，并進(jìn)行了尺度效應(yīng)研究，達(dá)到了一定的預(yù)期效果。得出結(jié)論如下：

（1）在總結(jié)了前人有關(guān)DEM數(shù)據(jù)地形分析的尺度研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確了DEM數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和尺度的概念。研究得到隨著派生尺度的逐級(jí)增大，DEM分辨率的逐漸減小，地貌特征很多細(xì)節(jié)被概括，有一定的損失，地勢(shì)也趨向平緩，符合地圖制圖綜合原理。

（2）地形具有復(fù)雜性，本文以地形分析的坡度、地表粗糙度、水系、溝壑密度為基礎(chǔ)，通過求曲一系列的最值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等操作，得到了地形特征的尺度分析指數(shù)。合理提取地形參數(shù)，有利于構(gòu)建的多尺度表達(dá)模型和地形分析效應(yīng)的對(duì)比分析。

（3）派生出來的DEM數(shù)據(jù)雖存在一定的偏差，卻有一定的概括性，合理應(yīng)用比例尺，對(duì)我們直觀了解DEM的詳細(xì)程度和正確表達(dá)地貌形態(tài)有著非常重要的意義。