基于DEM的渭库绿洲地势起伏度提取

摘要：以渭库绿洲1:5万DEM数据为基础，在GIS系统的支持下，分别以n×n（n=3，5，7，9，10，11，12，…20，…60）像元的矩形作为模板算子从3×3开始（一直计算到60×60），对研究区进行遍历计算，根据地形起伏度计算结果，认为研究区地形起伏度计算的最佳统计单元网格大小为20×20（600×600）。

关键词：地形起伏度；最佳统计单元；DEM。

1引言

地形起伏度是描述地貌形态的定量指标，也称为地势起伏度或地势能量、局部地势、相对高度，是指在所指定的分析区域内所有栅格中最大高程与最小高程的差[1]。可表示为如下式（1）：

H=HMAX-HMIN （1）

式1中，H指分析区域内的地面起伏度，HMAX指分析窗口内的最大高程值，HMIN指分析窗口内的最小高程值。地形的起伏是反映地形起伏的宏观地形因子，在区域性研究中，利用DEM数据提取地形起伏度能够直观的反映地形的大小起伏特征。

前人的研究成果表明[2，3]，在地形起伏度研究中，中国有5种不同的最佳统计窗口，2×2km2的窗口适用大于1：25万地形图分析，6×6km2的窗口适用大于1：55万地形图分析，16×16 km2的窗口适用大于1：90万地形图分析，20×20 km2的窗口适用大于1：100万地形图分析，22×22 km2的窗口适用大于1：105万地形图分析。以1：100万的DEM数据作为地形数据，全国宏观地形起伏度等地貌参数的最佳统计窗口为21×21km2。

2数据来源

本文利用阿克苏地区1：5万矢量要素数据库裁剪研究区数据，选取绿洲主要分布区为研究区，范围82°13′E-83°24″E，41°5′-41°47′N，该数据库采用6°分带的高斯-克吕格投影系统，地球基准面分别采用1980西安坐标系和1985国家高程基准。将研究区数据统一转换到UTM坐标系统，44N带，采用 WGS_1984大地坐标，通过ARCGIS9.3软件生成DEM图，栅格大小为30m。

3方法和过程

本文地形起伏度的提取是利用GIS中窗口分析法来实现的。窗口分析法的基本原理是：对栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值、标准差等一系列统计计算，或进行差分及与其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。

为了确定研究区局部地形起伏度适宜的窗口大小，采用研究区原始DEM数据分别以n×n（n=3，5，7，9，10，11，12，…20，…60）像元的矩形作为模板算子从3×3开始（一直计算到60×60），对研究区进行遍历计算，获得最大高程图和最小高程图，然后进行两者的差值计算可得到不同的局部地形图。由此得到n×n（n=3，5，7，9，10，11，12，…20，…60）网格单元与地形起伏度的对应关系（见表1）。

表1网格单元与起伏度对应关系

根据表1的拟合统计数据，决定系数R2=0.971，作拟合优度检验，拟合度很好，对数方程为：y=6.4062ln（x）-10.13，见图1。

图1网格单元与起伏度对应关系拟合曲线

4结论

根据地形起伏度计算结果，认为20×20（600×600）的网格大小可作为曲线变化的拐点，即为曲线由陡变缓的阈值，从而得出了研究区地形起伏度计算的最佳统计单元。总体上，地形起伏度能较好的反映研究区大地貌起伏变化特征。

注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看