安徽农学通报．Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉ．Ｓｃｉ．Ｂｕｌ１．２０１７，２３（１２） ９ｌ 不同ＤＥＭ分辨率下影响三台县水土流失的地形因子分析 羊秀娟 黎 武 杨 晓 （西华师范大学国土资源学院，四川南充６３７００９） 摘要：地形因子是认识地形地貌特征的重要的参数。该文以三台县为例，基于不同分辨率下的ＤＥＭ数据， 提取坡度、坡向、曲率、地表粗糙度，对结果进行统计分析。分析结果不仅可以认识三台县的地形地貌特征， 还可以为区域水土保持工作提供一定的依据。 关键词：三台县；ＤＥＭ；分辨率；地形因子；水土流失 中图分类号Ｓ１５７ 文献标识码Ａ 文章编号１００７—７７３１（２０１７）１２—００９１—０３ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｒｒａｉｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｉｆｅｒｅｎｔ ＤＥＭ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ Ｓｏｉｌ Ｅｒｏｓｉｏｎ ｉｎ Ｓａｎｔａｉ Ｙａｎｇ Ｘｉｕ．ｉｕａｎ ｅｔ ａ１． （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌａｎｄ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｈｉｎａ Ｗｅｓｔ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈｏｎｇ ６３７０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｒｒａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ．Ｔａｋ— ｉｎｇ Ｓａｎｔａｉ Ｃｏｕｎｔｙ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＤＥＭ ｄａｔａ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ，ａｓｐｅｃｔ，ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｈｅｓｓ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｒｅｃｏｇｎｉｚｅ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｓａｎｔａｉ Ｃｏｕｎｔｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｅｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｗｏｒｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓａｎｔａｉ Ｃｏｕｎｔｙ；ＤＥＭ；Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ；Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ ｆａｃｔｏｒｓ；Ｓｏｉｌ ｅｒｏｓｉｏｎ 数字高程模型（ＤＥＭ）通过离散高程点对连续变化的 地形分析。提取不同分辨率下的坡度、坡向、曲率、粗糙度 的地形因子，分析地形因子与水土流失的关系，为区域数字 地形分析与水土流失的定量研究提供可靠的理论支持。 地表高程进行定量表达，是最为重要的空间信息类型之 一 。数字地形分析是在数字高程模型ＤＥＭ上进行地形 属性计算和特征提取得数字地形信息处理技术 。地形 分析是地形环境认知的一种重要手段，从地形分析可分 １研究区概况 三台县（３０ｏ４２ 一３ｌ。２４ Ｎ，１０４ｏ４２ 一１０５ｏ８ Ｅ），位于 为两大类：基本地形因子如坡度、坡向、粗糙度的计算，复 杂的地形分析包括地形特征如鞍部和径流节点的提取、 四川盆地东北部，属川中丘陵地区，地形以平坝、丘陵为 主，地势倾斜为北高南低，东高西低，较平缓，境内海拔高 度多在３０７．２—６７２ｍ之间，坡耕地有５．２５ｈｍ ，水土流失情 水系特征提取、水文分析等 。。ＤＥＭ分辨率对地形特征 的提取有不确定性作用。一定分辨率的ＤＥＭ所表达信 息量应该最大限度地接近原始数据的信息量，因而选择 合适的ＤＥＭ分辨率是数字地形分析的关键 。ＤＥＭ分辨 况较严重。三台县为亚热带季风性气候，气候温和，四季 分明，雨热同季，县域面积２６５９．３８ｋｍ （图１）。 Ｎ 率不同，其对地形特征信息概括的程度也不同，因此研究 ＤＥＭ分辨率对数字地形分析有重要意义。数字高程模型 是地形曲面的数字化表达。数字高程模型是对有限的地 ＿ ＿● Ｌ ｌ 、 Ｉ Ａ 一 日 ● 形高程表面数据实现地形表面情况的数字化模拟，可以 说是对地形表面形态进行数字化 。ＤＥＭ是地理信息系 统地理数据库中很重要的空间信息资料和赖以进行地形 分析的核心数据系统。 本文以空问分辨率３０ｍ的ＧＤＥＭＤＥＭ和空间分辨率 ９０ｍ的ＳＲＴＭＤＥ为基础数据源．其中将３０ｍ分辨率重采 、？ ｌｌ Ｉ －］ ｚ☆Ｂ 图倒 绵ｍ ｛ｇｌ Ｖ 豳饲 瓣曩ｉ￣ｆｉ＇Ｊ＆ ＇． 譬 ４０ｆ ，样成６０ｍ，运用这３种不同分辨率的ＤＥＭ数据，进行数字 作者简介：羊秀娟（１９９２一），女，四川绵阳人，硕士研究生．研究方向：土壤侵蚀与水土保持。 图１研究区位置 收稿日期：２０１７—０４—１０ ９２ 安徽农学通报，Ａｎｈｕｉ Ａｇｒｉ．Ｓｅｉ．Ｂｕｌ１．２０１７，２３（１２） ２数据来源与方法 ２．１ 数据来源与预处理本文选取ＧＤＥＭＤＥＭ与ＳＲＴＭ— １４．１３％。说明在３０ｍＤＥＭ分辨率的情况下三台县整体地 势较平缓，且无巨大的起伏，几乎无陡峭山地。６０ｍ时， ＤＥＭＵ ＦＭ数据，ＧＤＥＭＤＥＭ空间分辨率为３０ｍ，ＳＲＴＭＤＥ 空间分辨率为９０ｍ，将３０ｍ的ＤＥＭ数据重采样６０ｍ的数 提取的坡度值也多集中在０。一１５。之间，占总比重的 ８８．８５％，５。一ｌ５。占总值的４９．６３％，１５。以上才占总比重的 据。在ＡｒｃＧＩＳＩＯ．１巾对这两种类型的数据进行拼接，用 ｉ台县矢量边界去裁剪拼接后的ＤＥＭ数据，获得三台县 ＤＥＭ数据。 １ １．１５％。当分辨率为９０ｍ时，提取的坡度值也多集中在 ０。 １５。，占总比重的８８．６％，５。一ｌ５。占总值的５１．７２％，１５。 以上占总比重的ｌ１．４％。从整体来看，随着分辨率的下降 利用ＡｒｃＧＩＳ１０．１中的空间分析（Ｓｐａｔｉａｌ ２．２研究方法较陡地区所占的比例不断下降，坡度越发的平缓。这主 要原因是分辨率的粗略化，对地形的描述概括趋于简 化。即随着分辨率的降低，对地形的描述越来越粗糙，概 括性越来越高，地形整体趋于平坦。 表１不同分辨率下ＤＥＭ坡度分级栅格数占总栅格数值之比 Ａｎａｌｙｓｔ）中的表面分析（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｓｔ）对３种不同的分 辨率的ＤＥＭ数据进行分析。分别提取坡度、坡向、平面 曲率、坡面曲率、地表粗糙度地形因子，再利用表格进行 各个因子的统计分析 ３结果与分析 ３．１不同分辨率下的坡度分析坡度是指过地表任意一 点的切平面与水平地面的夹角‘ 。地面任意一点都是有 坡度的，坡度的大小直接影响地表的物质流动与能量转 换．所以坡度的大小对水土流失影响较大。为了对三台 县水土保持有一个基本的认识，对坡度进行科学合理的 研究，建立一个科学合理的坡度分级显得尤为重要。因 由表２可知，提取坡度因子最大值与标准差随着分辨 率的降低也下降。由于ＤＥＭ分辨率降低，对地表的描述 更加粗略，使得地表平滑。ＤＥＭ分辨率对坡度的提取影 研究目的不同，通常对地面坡度进行不同的分级，则得到 不同的坡谱表达。常见的坡度分级方法有主观分级法， 临界坡度分级法。模式分级法 。三台县多为丘陵地区， 地势起伏较小，本文根据实际情况采取模式分级法对三 台县区域分为６级（０。一３。、３。一５。、５。一８。、８。一１５。、 ｌ５。～２５。、Ｉ＞２５。）通过对３种不同分辨率ＤＥＭ坡度分析之 响较大，为了对地形有更好的认识，更好的开展水土保持 作，应该选取合适的ＤＥＭ对地表进行模拟。 表２不同分辨率下ＤＥＭ坡度信息 后，再进行重分类。统计每个分类所占得栅格数的百分 比见（表１）。从表１可以看出当分辨率为３０ｍ时，提取的 从图２可以看出，三台县的坡度空间分布规律为：东 坡度值多集中在０。 １５。，占总比重的８５．８６％，特别是 ５。一ｌ５。占总值的５０．４１％，而ｌ５。以上才占总比重的 北与东南坡度高，西部较低，河流沿西北东南向，坡度的 空间差异反应了地势的变化。西北部地形起伏相对小， 坡度较小，整个ｊ台县地形起伏较小，坡度整体较小。 Ｎ Ｎ －｜Ｉ 一 翻 ｉ 一 一 ■趣 目３ 图例 凰 礤瞄 ｉ ８ｌ ｉ《 ■ｄ 一 萌 ＿ 。 一 图例 懑０ ３一 ’ ０—３ ■目■曩…。’曩暖霜 。 露蕊隧 ■●●５ ８ 一 ■一 ■■■ ｌ／ １ ５ ‘’，， 一 ●＿＿＿－一 ，一 。ｏ ５，０ ２０ ｒ ３（）ｌ１１分辨 Ｉ≥∞ ｏ ５ １ｏ ２０ ｒ １．１ ＬＬ ｊ １≥２５。ｏ ５ １０ ２０ ｉ ｌ 一一 』 ．ｊ ６０ ｚ”分辨率 图２不同分辨率下的坡度 ９０Ｉ１１分辨率 ２３卷１２期 羊秀娟等不同ＤＥＭ分辨率下影响三台县水土流失的地形因子分析 ９３ ３．２不同分辨率下的坡向分析坡向是地表上一点的切 平面的法线矢量ｒｌ在水平面ｎ 与过该点的正北方向的夹 角 。在对坡向的分析过程中，对坡向的值进行了规定， 通常以正北方向为０。，顺时针一周３６０。。在ＡｒｅＧＩＳ１０．１ 中坡向从０。开始，所以对坡向分为了９类北坡 （０— ２２．５ｏ、３３７．５。一３６０。）、东北坡（２２．５。～６７．５。）、东坡 （６７．５ｏ）、东南坡（１ １２．５。一１５７．５。）、南坡（１５７．５。一２０２．５。）、 西南坡（２０２．５。一２４７．５。）、西坡（２４７．５。一２９２．５。）、西北坡 （２９２．５ｏ一３３７．５ｏ）以及平缓坡（一１。），各方向占得比重见表 ３。从表３可以看出，坡向各个方向所占的栅格比例有所 上升，分辨率的降低对地形的描述下降，使得各个方向的 识别不清晰。表４是坡向的基本信息，分辨率下降标准差 变小，平均值无特殊变化。 表３不同分辨率ＤＥＭ坡向所占比例 辨 北 东北 东 东南 南 西南 西 西北平缓 ｍ ３Ｏ ８．２６ ｌｌ－３９ １２．１９ ｌ１．０７ ｌ１．２６ ｌ１－３７ １２．１６ １１．０６ １１．２６ ６Ｏ １２ ｌ２．５５ ｌ３．５９ ｌ１．４０ １２．ｏ６ １２．９６ １３．９０ １１．５４ ０ ９０ ｌ１．５７ １２．８４ １４．２５ ｌ１．１１ ｌ１．６２ １３．０６ １４．３２ １１．２３ ０．０１ ３．３不同分辨率下的曲率分析曲率是指地表一点扭曲 变化的程度的定量化度量因子，它在垂直与水平的两个 方向上的分量分别称为平面曲率和剖面曲率 。剖面曲 率是对地面坡度的沿最大坡降方向地面高程变化率的度 量，可以反应地面复杂程度ｎ 。试验区不同分辨率的曲 率情况统计情况表５。从表５可以看出，剖面曲率的最小 值随分辨率的降低值变大，其余的变化没多大的规律可 循，不同分辨率对曲率的影响不大。 表５不同分辨率下ＤＥＭ剖面曲率信息 ３．４不同分辨率下的地表粗糙度分析地表粗糙度是地 表单元的表面面积与其在水平面上的投影面积的比值， 可以表示地面的起伏变化和地表的侵蚀程度，粗糙度是 定量研究水土流失一个重要的参数“ 。本文利用Ａｒｃ． ＧＩＳＩＯ．１的空间分析（ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｔ）模块下的的栅格计算 器提取粗糙度。从表６可以看出，随着分辨率的降低，粗 糙度的最小值没有变化，最大值、平均值与标准差都逐渐 变小，这是因为随着ＤＥＭ分辨率的降低，对地表的概括 程度加大，地表信息越完整，地表显得越平滑。 表６不同分辨率下ＤＥＭ地表粗糙度信息 ４结论与讨论 运用ＤＥＭ提取坡度、坡向、曲率、粗糙度等地形因子 指标，比较细致的揭示了不同分辨率下的三台县坡面形 态的特征，有利于对区域地貌地形特征的认识。通过对３ 种不同分辨率的ＤＥＭ数据地形因子提取，分析发现数据 的结果有一定的差异，这表明不同分辨率的ＤＥＭ对提取 结果的影响是很大的。其中随着分辨率的下降，提取的 坡度和粗糙度的最大值、最小值、标准差都在下降，数据 变化比较一致，这是由于ＤＥＭ分辨率越低，其对地形的 概括程度越高，地形的起伏也平缓，使得坡度和粗糙度降 低，说明ＤＥＭ分辨率对坡度和地表粗糙度的提取结果的 影响较大。其中随着分辨率的下降，提取的坡向在各个 方向的比例变大、曲率变化不大，说明ＤＥＭ分辨率对曲 率的影响较小。ＤＥＭ在对数字地形分析具有重要的意 义，以ＤＥＭ为基础数据源分析区域地形因子，可以认识 区域地貌地形的特征特点、地貌发育阶段以及土壤侵蚀 规律。地形因子可以定量反映区域水土流失，分析地形 因子有助于区域水土流失的认识与治理。 参考文献 ［１］秦承志，呼雪梅．栅格数字地形分析中的尺度问题研究方法［Ｊ］． 地理研究，２０１４，３３（０２）：２７０—２８３． ［２］晁玉忠．基于ＤＥＭ的数字地形分析［Ｄ］．武汉：武汉理工大学， ２ｏｏ８． ［３］戴一鸣．数字地形分析［Ｄ］．长沙：中南大学，２００５． ［４］汤，刘学军，房亮，等．ＤＥＭ及数字地形分析中尺度问题研究 综述［Ｊ］＿武汉大学学报（信息科学版），２００６，３１（１２）：１０５９—１０６６． ［５］江岭，刘学军，汤，等．地形分析中坡度坡向算法并行化方法 研究［Ｊ］．计算机工程与科学，２０１３，３５（０４）：１８—２３． ［６］朱梅，李发源．坡度分级对地面坡谱的影响研究［Ｊ］．测绘科学， ２００９，３４（０６）：１６５—１６７． ［７］高一平．基于ＤＥＭ的区域地形坡度分级图制作［Ｊ］．山西煤炭， ２０１２，３２（０９）：４４—４６． ［８］刘学军，龚健雅，周启鸣，等．基于ＤＥＭ坡度坡向算法精度的分析 研究ＥＪ］．测绘学报，２００４，３３（０３）：２５８—２６３． ［９］谢轶群，汤，江岭．ＤＥＭ提取坡向变率中的误差特征与消除 方法ＥＪ］．地理与地理信息科学，２０１３，２９（０２）：４９—５３． ［１０］代灵燕，白建军．基于不同分辨率ＤＥＭ的地形因子比较分析ＥＪ］． 资源开发与市场，２０１１，２７（１１）：９７５—９７７，１０３２，１９６０，１０５７． ［１１］陈楠．剖面曲率精度变化与ＤＥＭ分辨率关系［Ｊ］．中国矿业大学 学报，２０１３。４２（０１）：１４７—１５１． ［１２］黎武，王汝兰，徐珍．基于不同ＤＥＭ分辨率下的黄冈市数字地形 分析［Ｊ］绿色科技，２ｏ１７（ｏ８）：２０９—２１１，２１４．（责编：张宏民）
