数字高程模型数字地形分析.pptx

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1、基础地形分析基础地形分析坡度、坡向、坡形、曲率、粗糙度坡度、坡向、坡形、曲率、粗糙度表面积、体积、土方量表面积、体积、土方量山体阴影、平面晕渲图山体阴影、平面晕渲图 剖面分析剖面分析 可视性分析可视性分析地形特征提取地形特征提取地形特征点提取地形特征点提取 平面等值线追踪平面等值线追踪水文流域分析水文流域分析 主要内容主要内容第1页/共56页坡度（坡度（SlopeSlope）：过地表一点的切平面与水平面的夹角。）：过地表一点的切平面与水平面的夹角。坡向（坡向（AspectAspect）：地表面上一点的切平面的法线在水平面的投影与该）：地表面上一点的切平面的法线在水平面的投影与该点的正北方向的夹

2、角。点的正北方向的夹角。联系与区别：都是点位参数，只有理论意义，不具备地理意义。联系与区别：都是点位参数，只有理论意义，不具备地理意义。坡度坡度坡向坡向描描述述 描述地表面在描述地表面在该点的倾斜程度。该点的倾斜程度。描述该点高程值改描述该点高程值改变量的最大变化方向。变量的最大变化方向。作作用用 影响地表物质影响地表物质流动与能量转换的流动与能量转换的规模与强度，制约规模与强度，制约生产力空间布局。生产力空间布局。决定地表面局部地决定地表面局部地面接收阳光和重新分配面接收阳光和重新分配太阳辐射量的重要地形太阳辐射量的重要地形因子，直接造成局部地因子，直接造成局部地区气候特征差异，影响区气候特

3、征差异，影响各项农业生产指标。各项农业生产指标。SlopeSlopeAspectAspectxZY基础地形分析基础地形分析坡度、坡向坡度、坡向第2页/共56页第3页/共56页第4页/共56页坡度指标坡度指标地形表现地形表现34545地理意义的垂直面地理意义的垂直面坡度地理意义坡度地理意义第5页/共56页坡向坡向地理坡向地理坡向俗称俗称022.5022.5北北NN阴坡阴坡4522.54522.5 东北东北NENE半阴坡半阴坡31522.531522.5西北西北NWNW9022.59022.5东东E E27022.527022.5西西WW13522.513522.5东南东南SESE半阳坡半阳坡22

4、522.522522.5西南西南SWSW18022.518022.5南南S S阳坡阳坡不存在不存在不存在不存在平地平地注：适用于南半球，北半球则正好相反N=0NE=45E=90SE=135S=180SW=225W=270NW=315坡向地理意义坡向地理意义第6页/共56页e5e2e6e1ee3e8e4e7坡度：坡度：SlopeSlope为坡度，为坡度，AspectAspect为坡向，为坡向，SlopeSlopewewe为为X X方向上的方向上的坡度，坡度，SlopeSlopesnsn为为Y Y方向上的坡度。方向上的坡度。Slope Slopewewe、SlopeSlopesnsn的的计算如下：

5、计算如下：坡向：坡向：方法方法1 1：方法方法2 2：基于规则格网的坡度、坡向计算基于规则格网的坡度、坡向计算第7页/共56页坡度：坡度：坡向：坡向：SlopeSlopeAspectAspect基于不规则三角网的坡度、坡向计算基于不规则三角网的坡度、坡向计算第8页/共56页坡度、坡向应用坡度、坡向应用1 1坡度选择。坡度和坡向对果树生长发育有一定影响。同一坡向坡度选择。坡度和坡向对果树生长发育有一定影响。同一坡向不同坡度，对温、热、水分都有不同程度的差异。如南坡，不同坡度，对温、热、水分都有不同程度的差异。如南坡，1010度度坡太阳直接辐射量为平地的坡太阳直接辐射量为平地的116116，202

6、0度坡为度坡为130130。表土的含水。表土的含水量，量，5 5度坡为度坡为5252 3838，2020度坡为度坡为 3434 7878，随坡度增大而，随坡度增大而降低。土壤冻结深度，降低。土壤冻结深度，5 5度坡在度坡在2020厘米以上，厘米以上，1515度坡则为度坡则为5 5厘米，厘米，但坡下低洼地冷空气沉积，坡顶则寒冷，不易栽培。选择葡萄栽但坡下低洼地冷空气沉积，坡顶则寒冷，不易栽培。选择葡萄栽培的适宜坡度培的适宜坡度5 5度度2020度的斜坡地为好，度的斜坡地为好，1515度坡最为合适。度坡最为合适。2 2坡向选择。坡向不同，光照、湿度、热量、风量也不同。一般坡向选择。坡向不同，光照、

7、湿度、热量、风量也不同。一般南坡、东南坡、西南坡，所获得太阳光热量大。北坡、东北坡，南坡、东南坡、西南坡，所获得太阳光热量大。北坡、东北坡，西北坡，则较冷凉。南坡与北坡近地面西北坡，则较冷凉。南坡与北坡近地面 2020厘米处气温平均相差厘米处气温平均相差0 044，8080厘米深土层，南坡比北坡地温高厘米深土层，南坡比北坡地温高4455。葡萄喜光、。葡萄喜光、喜温，以选择南坡为宜。但南坡温、湿度变化较大，水分蒸发量喜温，以选择南坡为宜。但南坡温、湿度变化较大，水分蒸发量大，融雪、解冻比北坡早，因此必须加强水土保持工程。由于山大，融雪、解冻比北坡早，因此必须加强水土保持工程。由于山地地势非常复杂

8、，南、北方气候差异悬殊，但在中纬度的低山区，地地势非常复杂，南、北方气候差异悬殊，但在中纬度的低山区，北坡水分蒸发量少，土壤墒情好，植被密生，土质较肥沃，土层北坡水分蒸发量少，土壤墒情好，植被密生，土质较肥沃，土层较深厚，也能栽培葡萄树。较深厚，也能栽培葡萄树。第9页/共56页葡萄种植的地形条件葡萄种植的地形条件1 1、纬度和海拔：、纬度和海拔：世界上大部分葡萄园分布在北纬世界上大部分葡萄园分布在北纬20-5220-52度之间及南纬度之间及南纬30-4530-45度之间，度之间，绝大部分在北半球。海拔高度一般在绝大部分在北半球。海拔高度一般在400-600400-600米。中国葡萄多在北纬米。

9、中国葡萄多在北纬30-4330-43度之间度之间海拔的变化较大，约海拔的变化较大，约200-1000200-1000米，河北怀来葡萄分布高度达米，河北怀来葡萄分布高度达11001100米，山西清徐达米，山西清徐达12001200米，西藏山南地区达米，西藏山南地区达15001500米以上。纬度和海拔是在大范围内影响温度和热量米以上。纬度和海拔是在大范围内影响温度和热量的重要因素。的重要因素。2 2、坡向和坡度：、坡向和坡度：在大地形条件相似情况下，不同坡向的小气候有明显差异。通常在大地形条件相似情况下，不同坡向的小气候有明显差异。通常以南向（包括正南向、西北向和东南向）的坡地受光热较多，平日气温

10、较高。坡地以南向（包括正南向、西北向和东南向）的坡地受光热较多，平日气温较高。坡地的增温效应与其坡度密切相关。一般坡地向南每倾斜的增温效应与其坡度密切相关。一般坡地向南每倾斜1 1度，相当于推进度，相当于推进1 1纬度。受热纬度。受热最多的坡地角度约为最多的坡地角度约为20-3520-35度（在北纬度（在北纬40-5040-50度范围）。葡萄因较耐干旱和土壤瘠度范围）。葡萄因较耐干旱和土壤瘠薄，可以在相对不大范围内发育根系，所以比其它果树更适宜在坡地上栽培，然而薄，可以在相对不大范围内发育根系，所以比其它果树更适宜在坡地上栽培，然而坡度越大水土流失越严重，因此，在种植葡萄时应优先考虑坡度在坡度

11、越大水土流失越严重，因此，在种植葡萄时应优先考虑坡度在20-2520-25度以下的度以下的土地。土地。3 3、水面的影响：、水面的影响：海洋、湖泊、江河、水库等大的水域，由于吸收的太阳辐射能量海洋、湖泊、江河、水库等大的水域，由于吸收的太阳辐射能量多，热容量较大，白天和夏季的温度比陆地低，而夜间和冬季的温度比内陆高。因多，热容量较大，白天和夏季的温度比陆地低，而夜间和冬季的温度比内陆高。因此，临近水域沿岸的气候比较温和，无霜期较长。临近大水面的葡萄园由于深水反此，临近水域沿岸的气候比较温和，无霜期较长。临近大水面的葡萄园由于深水反射出大量的蓝紫光和紫外线，浆果着色和品质好，所以选择葡萄园时尽量

12、靠近大的射出大量的蓝紫光和紫外线，浆果着色和品质好，所以选择葡萄园时尽量靠近大的湖泊、河流与海洋的地方。湖泊、河流与海洋的地方。第10页/共56页坡度、坡向应用坡度、坡向应用坡度是评价耕地质量的主要指标，也是衡量土地利用是坡度是评价耕地质量的主要指标，也是衡量土地利用是否合理的一个关键因子。借助地理信息系统、否合理的一个关键因子。借助地理信息系统、3D3D技术，技术，准确分析耕地坡度信息，对土地调查具有重要意义。准确分析耕地坡度信息，对土地调查具有重要意义。第11页/共56页第二次全国土地调查耕地坡度分类图制作流第二次全国土地调查耕地坡度分类图制作流程程读入源数据读入源数据按县级行政区拼接按县

13、级行政区拼接是否剪切？是否剪切？分块分块DEMDEMDEMDEM生成坡度生成坡度坡度图坡度图重新分类重新分类参数：坡度分级表参数：坡度分级表坡度分级栅格图坡度分级栅格图转换为矢量格式转换为矢量格式坡度分级矢量坡度分级矢量图图矢量数据编辑矢量数据编辑,去除细去除细碎多边形碎多边形,边界光滑边界光滑二调：精度参数二调：精度参数坡度分级图坡度分级图土地利用图斑数据土地利用图斑数据耕地坡度分级图耕地坡度分级图图幅整饰图幅整饰中间成果中间成果成果成果第12页/共56页基础地形分析基础地形分析坡形坡形第13页/共56页 定义：定义：地形曲面在各个界面方向上的形状，凹凸变地形曲面在各个界面方向上的形状，凹凸

14、变化的反映，是平面点位的函数。化的反映，是平面点位的函数。反映了地形结构和形态。反映了地形结构和形态。影响着土壤有机物含量的分布，在地表过程影响着土壤有机物含量的分布，在地表过程模拟、水文、土壤等领域有着重要的应用价值模拟、水文、土壤等领域有着重要的应用价值和意义。和意义。基础地形分析基础地形分析曲率曲率第14页/共56页定义：定义：反映地表起伏变化和侵蚀程度的指标。反映地表起伏变化和侵蚀程度的指标。一般定义为地表单元的曲面面积与其在水一般定义为地表单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积之比。平面上的投影面积之比。粗糙度是能够反映地形的起伏变化和侵粗糙度是能够反映地形的起伏变化和侵蚀程度的宏观

15、地形因子，是衡量地表侵蚀蚀程度的宏观地形因子，是衡量地表侵蚀程度的重要量化指标。程度的重要量化指标。基础地形分析基础地形分析粗糙度粗糙度第15页/共56页S S为曲率，为曲率，AreaSAreaS为格点面元趋势面面积，为格点面元趋势面面积，AreaHAreaH为格点面元面积。为格点面元面积。粗糙度计算定义：粗糙度计算定义：实现步骤：实现步骤：实际应用时，当分析窗口为实际应用时，当分析窗口为3 3*3 3时，可采用以下公式近似计时，可采用以下公式近似计算。算。1 1、根据、根据DEMDEM提取坡度因子提取坡度因子S S；2 2、粗糙度：、粗糙度：R=1/cos(S)R=1/cos(S)基于规则格

16、网的粗糙度计算基于规则格网的粗糙度计算第16页/共56页 由于基于不规则格网的地表面积计算较为简单，可由于基于不规则格网的地表面积计算较为简单，可以将格网以将格网DEMDEM的每个格网分解为三角形，从而简化规则的每个格网分解为三角形，从而简化规则格网地表面积计算。格网地表面积计算。计算三角形的表面积使用海伦公式：计算三角形的表面积使用海伦公式：D Di i表示第表示第i i（1 1i i3 3）对三角形两顶点之间的表面距离，）对三角形两顶点之间的表面距离，S S表示三角形的表面积，表示三角形的表面积，P P表示三角形周长的一半。表示三角形周长的一半。整个整个DEMDEM的表面积则是每个三角形表

17、面积的累加。的表面积则是每个三角形表面积的累加。基础地形分析基础地形分析地表面积地表面积第17页/共56页 投影面积指的是任意多边形在水平面上的面投影面积指的是任意多边形在水平面上的面积，主要有两类计算方法：积，主要有两类计算方法：1 1、直接采用海伦公式进行计算，只要将表面积计算公式、直接采用海伦公式进行计算，只要将表面积计算公式中的距离改为平面上两点的距离即可；中的距离改为平面上两点的距离即可；2 2、根据梯形法则，如果一个多边形由顺序排列的、根据梯形法则，如果一个多边形由顺序排列的NN个点个点（X Xi i，Y Yi i，i=1i=1，NN）组成并且第组成并且第NN点与第点与第1 1点相

18、同，点相同，则水平投影面积计算公式为：则水平投影面积计算公式为：如果多边形顶点按顺时针方向排列，则计算的面积值为负；反之，为正。如果多边形顶点按顺时针方向排列，则计算的面积值为负；反之，为正。基础地形分析基础地形分析投影面积投影面积第18页/共56页 基于数字地面模型的体积计算实质上是计算地形表面和基于数字地面模型的体积计算实质上是计算地形表面和给定参考面之差，在实际应用中，这种差值计算往往被归类给定参考面之差，在实际应用中，这种差值计算往往被归类于土方计算，应用在工程施工、水利工程规划等方面。于土方计算，应用在工程施工、水利工程规划等方面。对对DEMDEM进行挖或填后，土方量可由原始进行挖或

19、填后，土方量可由原始DEMDEM体积体积V V0 0减减去新的去新的DEMDEM体积体积V V1 1，乘以相应的物质密度求得。乘以相应的物质密度求得。V=VV=V0 0 V V1 1当当V0V0时，表示挖方；时，表示挖方；当当V 0V 2020单阈值单阈值100100提取栅格河网结果提取栅格河网结果第49页/共56页 河流的分级一般依据河流的流量、形态等因素进行，不同级别的河网所代河流的分级一般依据河流的流量、形态等因素进行，不同级别的河网所代表的汇流累积量不同，级别越高，汇流累积量越大，一般是主流，而级别低的河表的汇流累积量不同，级别越高，汇流累积量越大，一般是主流，而级别低的河网则一般是支

20、流。网则一般是支流。两种常用的分级方法：两种常用的分级方法：A A、Strahler Strahler 分级：分级：B B、ShreveShreve分级：分级：水文分析水文分析栅格河网分级栅格河网分级第50页/共56页 将所有河网中没有支流的河网将所有河网中没有支流的河网定义为一级，两个一级河网汇流成定义为一级，两个一级河网汇流成二级，对于以后更高级别的河网级二级，对于以后更高级别的河网级别是汇入的河网级别之和。别是汇入的河网级别之和。11111114312348河网分级河网分级SHREVESHREVE分级分级第51页/共56页Shrevestrahler河网分级结果对比河网分级结果对比第52页/共56页（a a）流域）流域DEMDEM三维图；三维图；（b b）流域）流域DEMDEM平面图；（平面图；（c c）基于）基于DEMDEM的河网生成图；（的河网生成图；（d d）基于）基于DEMDEM的子流域划分图。的子流域划分图。第53页/共56页第54页/共56页谢谢 谢！谢！第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页