本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種確定地形起伏度最佳分析區(qū)域的方法，用以解決最佳分析區(qū)域確定過程中，由于逐次計算的復(fù)雜性和人工判別的隨意性等問題。本發(fā)明專利技術(shù)的方法充分利用分析區(qū)域邊長和最大地形起伏度值的對數(shù)函數(shù)關(guān)系，運用逐步回歸分析方法分析對數(shù)函數(shù)因子和實驗區(qū)域平均高程、高差、平均坡度、平均坡度變率之間的相關(guān)關(guān)系，建立了最大地形起伏度值和實驗區(qū)域平均高程、高差、平均坡度、平均坡度變率的函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)了地形起伏度最佳分析區(qū)域范圍的確定。該方法不僅可以用于地形起伏度最佳分析區(qū)域的確定，而且可以用于其他宏觀地形因子最佳分析區(qū)域的確定。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及。
技術(shù)介紹
地形起伏度指分析區(qū)域內(nèi)最高點和最低點之差，反映宏觀區(qū)域內(nèi)地形的起伏特征，是定量描述地形形態(tài)、劃分地貌類型的重要指標(biāo)，計算方法如式(I)所示R = Hmax-Hmin(I)其中，R為分析區(qū)域內(nèi)的地形起伏度值，Hfflax, Hfflin為分析區(qū)域內(nèi)的最高和最低高程值?！さ匦纹鸱忍崛〉年P(guān)鍵在于確定分析區(qū)域內(nèi)的最高和最低高程值。但是隨著分析區(qū)域范圍的變化，最高和最低高程值隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致地形起伏度值也發(fā)生變化。因此，確定最佳分析區(qū)域是地形起伏度提取算法的核心步驟和決定地形起伏度提取結(jié)果有效性的關(guān)鍵(參見朱紅春，陳楠，劉海英，湯國安.自I :10000比例尺DEM提取地形起伏度——以陜北黃土高原的實驗為例.測繪科學(xué)，2005，30 (4) :86-88.)。按照地貌發(fā)育的基本理論，最佳分析區(qū)域指存在使高差達(dá)到相對穩(wěn)定的區(qū)域范圍。對于相同區(qū)域的DEM而言，隨著分析區(qū)域面積的增大，區(qū)域內(nèi)最高點與最低點的高差增大。通常開始時高差以較快的速度增加，然后增速逐漸變緩。當(dāng)分析區(qū)域面積達(dá)到某一閾值后，高差的變化基本穩(wěn)定不變。高差變化率由快變緩的點即為拐點，拐點對應(yīng)的面積就是最佳分析區(qū)域(參見涂漢明，劉振東.中國地勢起伏度研究.測繪學(xué)報，1991，20 (4)311-319.)。涂漢明等(參見涂漢明，劉振東.中國地勢起伏度最佳統(tǒng)計單元的求證.湖北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1990，12(3) :266-271.)認(rèn)為中國存在2km2、6km2、16km2、20km2、22km2五種不同規(guī)模的地形起伏度最佳統(tǒng)計分析區(qū)域，且各有其適用范圍；并指出21km2的分析區(qū)域具有全國普適性。劉新華等(參見劉新華，楊勤科，湯國安.中國地形起伏度的提取及在水土流失定量評價中的應(yīng)用.水土保持通報，2001，21 (I) :57-62.)使用I : 100萬DEM數(shù)據(jù)提取地形起伏度研究水土流失狀況時，認(rèn)為考慮到樣區(qū)均衡性因素，地形起伏度的最佳分析區(qū)域為25km2。郎玲玲等(參見郎玲玲，程維明，朱啟疆，龍恩.多尺度DEM提取地勢起伏度的對比分析——以福建低山丘陵區(qū)為例.地球信息科學(xué)，2007，9 (6) 1-6.)使用福建地區(qū)I : 25萬DEM和I : 10萬DEM比較多尺度DEM提取的地形起伏度差異時，認(rèn)為該地區(qū)的地形起伏度最佳分析區(qū)域為4. 41km2和O. 4km2。唐飛等(參見唐飛，陳曦，程維明.基于DEM的準(zhǔn)噶爾盆地及其西北山區(qū)地勢起伏度研究.干旱區(qū)地理，2006, 29 (3)388-392.)通過對準(zhǔn)噶爾盆地及其西北山區(qū)地形起伏度的研究，得出該地區(qū)地形起伏度的最佳分析區(qū)域為4km2。劉愛利(參見劉愛利.基于I :100萬DEM的我國地形地貌特征研究.西安西北大學(xué)，2004.)基于I : 100萬DEM數(shù)據(jù)研究我國的地形地貌特征，認(rèn)為我國地形起伏度的最佳分析區(qū)域為42. 25km2。張磊(參見張磊.基于地形起伏度的地貌形態(tài)劃分研究——以京津冀地區(qū)為例.河北河北師范大學(xué)，2009.)在使用I :25萬DEM數(shù)據(jù)研究京津冀地區(qū)地形起伏度時，認(rèn)為該地區(qū)的最佳分析區(qū)域為9. 61km2。王雷等(參見王雷，朱杰勇，周雁.基于I : 25萬DEM昆明地區(qū)地貌形態(tài)特征分析.昆明理工大學(xué)學(xué)報(理工版)，2007，32 (I) :6-14.)使用I : 25萬地形圖數(shù)據(jù)研究昆明地區(qū)地貌形態(tài)時，認(rèn)為該地區(qū)的最佳分析區(qū)域為16km2。王玲等(參見王玲，同小娟.基于變點分析的地形起伏度研究.地理與地理信息科學(xué)，2007，23 (6) :65-67.)使用I : 25萬DEM數(shù)據(jù)研究新疆地區(qū)地形起伏度時，認(rèn)為該地區(qū)的椎間分析區(qū)域為2. 56km2。最佳分析區(qū)域就是高差變率由快變緩的拐點對應(yīng)的區(qū)域面積。拐點的判斷通常包括人工判別法、最大高差法、最大高差-面積比法以及預(yù)測法等。人工判別法是繪制“面積-最大地形起伏度”或“邊長-最大地形起伏度”曲線，人工判斷拐點的位置，這種方法主觀性較強(qiáng)。如圖I所示，假設(shè)高差變率變緩的閾值為30度，則B點可以為拐點，對應(yīng)最佳分析區(qū)域邊長為1000米。最大高差法認(rèn)為相鄰分析尺度之間地形起伏度變化最大時，拐點出現(xiàn)。其計算公式為 AHi = Ri-RH(2)其中，Ri為第i個尺度下的地形起伏度值，AHi為第i個尺度下相鄰地形起伏度值之差。取Ri最大對應(yīng)的第i點即為拐點。如圖2所示，最大的高差點出現(xiàn)在1500米左右，所以最佳分析區(qū)域邊長為1500米。最大高差-面積比法是計算相鄰尺度地形起伏度之差與鄰域面積差的比值，得Ii,從所有Ii中選擇最大值，其所對應(yīng)的第i點即為拐點，其計算公式如式(3)所示。 = ⑶其中，Ri為第i個尺度下的地形起伏度值，Si為第i個尺度下的鄰域面積值。如圖3所示，最大的I值出現(xiàn)在1500米處，所以最佳分析區(qū)域邊長為1500米。預(yù)測法是根據(jù)實驗區(qū)域高差，建立地形起伏度和分析區(qū)域面積的對數(shù)函數(shù)關(guān)系，從而實現(xiàn)最佳分析區(qū)域的計算(參見張錦明，游雄.地形起伏度最佳分析區(qū)域研究.測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2011，28 (5) :369-373.)。上述分析表明①不同學(xué)者的研究成果表明，不同實驗區(qū)域?qū)?yīng)不同的地形起伏度最佳分析區(qū)域，不同尺度的DEM數(shù)據(jù)對應(yīng)不同的地形起伏度最佳分析區(qū)域，分析區(qū)域面積(或分析區(qū)域邊長)和最大地形起伏度之間存在對數(shù)函數(shù)關(guān)系。②使用人工判別法得到的最佳分析區(qū)域存在較大的人為因素，導(dǎo)致與最大高差法、最大高差-面積比法存在很大的出入。③使用參數(shù)較少，導(dǎo)致最佳分析區(qū)域的計算并不準(zhǔn)確。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供，用以解決最佳分析區(qū)域確定過程中，由于逐次計算的復(fù)雜性和人工判別的隨意性等造成的不能準(zhǔn)確確定的問題。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的方案是，步驟如下「 π 、『卞 Λ、χα ^ α = 25.38 - 0.01 *Η + 0Λ6*ΑΗ +16.30 * Sr - 41.36 淚丫， 丨)對于一個實驗區(qū)域，棚U0.23.々+ 0.89*船6L82i220.23*S,’得到因子a、b ;療為平均高程，Λ H為區(qū)域高差，及為平均坡度，S'為平均坡度變率；2)基于對數(shù)函數(shù)關(guān)系y = a*lnx_b,y為最大地形起伏度值，x為分析區(qū)域邊長，對X進(jìn)行間隔取樣，并分別求取y = a*lnx_b的斜率k, k = a/x ;3)計算相鄰斜率差A(yù)k，當(dāng)相鄰斜率差A(yù)k小于設(shè)定閾值時，分析區(qū)域邊長X為最佳分析區(qū)域邊長，所述斜率差A(yù)k的閾值為O. 001。 本專利技術(shù)實際上提出了一種基于微觀地形特征因子的最佳分析區(qū)域預(yù)測模型，不同于現(xiàn)有技術(shù)，不使用人工判據(jù)法，避免了人為因素的干擾，開拓性地使用了大量微觀地形特征因子，并借助分析區(qū)域面積(或分析區(qū)域邊長)和最大地形起伏度之間的對數(shù)函數(shù)關(guān)系確定最佳分析區(qū)域，區(qū)域確定更加準(zhǔn)確。本專利技術(shù)的方法充分利用分析區(qū)域邊長和最大地形起伏度值的對數(shù)函數(shù)關(guān)系，運用逐步回歸分析方法分析對數(shù)函數(shù)因子和實驗區(qū)域平均高程、高差、平均坡度、平均坡度變率之間的相關(guān)關(guān)系，建立了最大地形起伏度值和實驗區(qū)域平均高程、高差、平均坡度、平均坡度變率的函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)了地形起伏度最佳分析區(qū)域范圍的確定。本專利技術(shù)不僅可以用于地形起伏度最佳分析區(qū)域的確定，而且可以用于其他宏觀地形因子最佳分析區(qū)域的確定。附圖本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種確定地形起伏度最佳分析區(qū)域的方法，其特征在于，步驟如下：1）對于一個實驗區(qū)域，根據(jù)a=25.38-0.01*H‾+0.16*ΔH+16.30*S‾-41.36*S′b=-0.23-0.06*H‾+0.89*ΔH+61.82*S‾-220.23*S′,得到因子a、b；為平均高程，ΔH為區(qū)域高差，為平均坡度，S′為平均坡度變率；2）基于對數(shù)函數(shù)關(guān)系y＝a*lnx?b，y為最大地形起伏度值，x為分析區(qū)域邊長，對x進(jìn)行間隔取樣，并分別求取y＝a*lnx?b的斜率k，k＝a/x；3）計算相鄰斜率差Δk，當(dāng)相鄰斜率差Δk小于設(shè)定閾值時，分析區(qū)域邊長x為最佳分析區(qū)域邊長。FDA00002468835700012.jpg,FDA00002468835700013.jpg
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張錦明，游雄，萬剛，付永恒，張威巍，龔桂榮，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍信息工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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