DEM地形曲率的誤差分析.pdf

1、數(shù)字地形分析(DigitalTerrainAnalysis，DTA)是在DEM上計(jì)算地形屬性、提取地形特征的地形信息處理技術(shù)，其結(jié)果是地學(xué)建模的基本參數(shù)。地形屬性的計(jì)算精度直接影響地學(xué)及其相關(guān)學(xué)科模型的精度和實(shí)際應(yīng)用的準(zhǔn)確性?；贒EM的地形信息提取受到DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、DEM分辨率、格網(wǎng)方向、數(shù)據(jù)誤差等結(jié)構(gòu)特征、算法、分析方法等多種因素的影響。深入分析各種地形屬性計(jì)算的誤差問(wèn)題，提高數(shù)字地形分析的精度，為基于GIS(Geographic

2、alInformationSystem，GIS)的地學(xué)建模和應(yīng)用提供高質(zhì)量、高精度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是一項(xiàng)十分迫切的任務(wù)。 地形曲率(TerrainCurvatures)是表達(dá)地形曲面結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)之一，也是地表過(guò)程模擬、土壤侵蝕模型、土地利用分類等環(huán)境模型的基本變量。目前國(guó)外對(duì)曲率的研究雖然很多，但和坡度坡向相比，仍存在很大不足，本文在分析前人研究的基礎(chǔ)上，采用“數(shù)據(jù)獨(dú)立的誤差分析方法”，對(duì)規(guī)則格網(wǎng)DEM上九種曲率(平面曲率、剖面曲

3、率、切曲率等)的計(jì)算精度問(wèn)題進(jìn)行了分析研究。本研究主要包括三方面內(nèi)容： 1)基于DEM的曲率計(jì)算模型分析與評(píng)價(jià)。主要對(duì)目前常用的三種曲率計(jì)算模型(Evans模型、Shary模型、Zevenbergen模型)的計(jì)算精度進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)在模擬DEM上分不同的誤差環(huán)境進(jìn)行，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在實(shí)際DEM上給予驗(yàn)證。 2)曲率計(jì)算模型與DEM結(jié)構(gòu)的關(guān)系。側(cè)重研究格網(wǎng)DEM本身的結(jié)構(gòu)特征(格網(wǎng)分辨率、格網(wǎng)方向、數(shù)據(jù)誤差)對(duì)曲率計(jì)算的影

4、響。研究中模擬DEM有無(wú)數(shù)據(jù)誤差兩種情況進(jìn)行。 3)曲率誤差的空間分布研究。探討曲率計(jì)算的誤差的空間分布特征。通過(guò)本文的研究得出以下結(jié)論： ①高次曲面雖然能夠較為準(zhǔn)確的刻畫(huà)復(fù)雜的局部地形曲面特征，但對(duì)DEM誤差比較敏感，并不適合作為DEM地形參數(shù)提取的曲面模型；而低階曲面對(duì)DEM數(shù)據(jù)誤差有一定的平滑作用，比較適合地形參數(shù)的提取和分析； ②在各種曲率模型中，當(dāng)DEM數(shù)據(jù)精度十分高時(shí)，可采用基于四次曲面的Zevenb

5、ergen模型進(jìn)行曲率計(jì)算，而當(dāng)DEM誤差較大時(shí)，以基于二次曲面的Evans模型為佳。考慮到目前各種精度級(jí)別的DEM誤差，一般都在分米級(jí)到數(shù)米之間，因此在實(shí)用中推薦使用E模型來(lái)計(jì)算各種地形曲率； ③平面曲率和流水路徑曲率對(duì)DEM誤差比較敏感，不但與局部曲面模型有關(guān)，而且與坡度相關(guān)，要提高兩個(gè)曲率的計(jì)算精度，首先要提高坡度計(jì)算的準(zhǔn)確度，建議采用Evans模型的fx和fy值計(jì)算該兩個(gè)曲率的坡度值； ④高分辨率的DEM并不一定

6、會(huì)產(chǎn)生高質(zhì)量的曲率計(jì)算結(jié)果，只有在DEM數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確的條件下才可以。由于實(shí)際DEM誤差不可避免，而且常常占有主導(dǎo)地位，因此從應(yīng)用觀點(diǎn)看，較高的分辨率不一定能帶來(lái)較高精度的曲率估計(jì)值。盡管曲率的精度隨著DEM分辨率的降低而增加，但應(yīng)用中應(yīng)考慮地形曲率的地學(xué)含義； ⑤DEM方向?qū)ζ矫媲屎土魉窂角实挠?jì)算有一定的影響，但影響不大；而由于實(shí)際DEM數(shù)據(jù)誤差的存在，對(duì)其它剖面曲率、等高線曲率等影響較小； ⑥曲率的計(jì)算真誤差與曲