[GIS原理] 9.2 数字地形分析–基本因子分析(坡面因子)

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【地形因子】为定量表达地貌形态特征而设定的具有一定意义的数学参数或指标

1 坡面因子

【坡面因子】各种地貌,不论平原、谷底、高山,都是由不同的坡面组成

1.1 坡面因子的分类

在这里插入图片描述

坡面因子分类 说明
基于提取算法的分类 【一阶坡面因子】坡度、坡向
【二阶坡面因子】坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率
【复合坡面因子】坡长、地形粗糙度、地形起伏度、坡形因子、高程变异系数、地表切割深度
按照所描述的空间区域范围分类 【微观坡面因子】反映了该地貌地表单元的形态,起伏或扭曲特征。比如:坡度、坡向、坡度变率、坡向变率、地面曲率(平面曲率、剖面曲率)、坡长
【宏观坡面因子】反映了地貌的宏观形态特征。比如:坡形因子、地面粗糙度、地面起伏度、高程变异系数、地表切割深度
微观因子和宏观因子相互结合,使地面起伏特征能够进行有效的表达

1.2 提取坡面因子的基本方法

  1. 明确各个坡面因子的数字特征
  2. 建立解译模型
  3. 研究基于DEM的提取方法
  4. 软件实现

坡面地形因子提取【详细内容】:https://wenku.baidu.com/view/780bad2c482fb4daa58d4b65.html

1.3 坡面因子(提取的算法基础)

是什么 其他说明
DEM格网数据的空间矢量表达 对每一个栅格单元都可以抽象的表达出它的空间矢量模型 在这里插入图片描述 之后的所有因子计算都是基于这个原理得到
坡度 【定义】法线与铅垂线的夹角 在这里插入图片描述
【公式】在这里插入图片描述
【单位】
1. 度:反正切函数
2. 百分比:每走百米上升或下降的高程
例如:坡降2%–>每走100米,下降了2米
坡向 【坡向】坡面的朝向。表示表面某处最陡的倾斜方向。它可以被认为是山体所面向的坡的方向或指南针的方向
【定义】发现在水平面上的投影与正北方向之间的夹角(顺时针度量)
在这里插入图片描述 【应用举例】
1. 找出某个山区所有北向的山坡,用来寻找最适合滑雪的坡
2. 计算某个地区各处的太阳照射情况,以研究各点的生命多样性
3. 找出某山区所有南向的坡,确定最先融雪的地点,用于研究找出可能遭遇雪水袭击的居住地的地点
4. 确定平坦地区,找出可以在紧急状况下供飞机降落的地点
山影函数 【山影函数】根据表面上假象的照明光源对高程栅格图的每个栅格单元计算照明值 1. 计算:通过计算光源与地形的坡向、坡度之间的关系而得到
2. 意义:表面阴影处理可以大大增强表面分析和图形显示时的视觉效率
方位角 【方位角】用来表示太阳方向的角度 从正北方向开始按照顺时针方向从0到360°变化
1. 90°的方位角为正东方向
2. 缺省的方位角为315°(西北方向)
高度角 【高度角】假象的光源与水平面所称的夹角 在这里插入图片描述 1. 单位:度
2. 从0°(在水平线上)到90°(头顶上)。默认值是45°
坡形 【坡形】指局部地表坡面的曲折状态
【宏观上坡形形态包括】直线形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡、台阶形斜坡
在这里插入图片描述 【坡形的提取】可以根据SOA、SOS来提取
地面曲率因子 【地面曲率因子】地面曲率是对地形表面点的扭曲变化程度的度量化度量因子 分类:地面曲率在垂直和水平两个方向上分量分别为平面曲率和剖面曲率
平面曲率 与 SOA 【平面曲率】地面上任一点位地表坡向的变化率,反映等高线完全程度的指标
【SOA】Slope of Aspect of DEM,即地面坡向的坡度
【SOA的值意义】
1. 等高线有转折的地方取得大值,等高线有波动的地方
2. 在山脊线或山谷线SOA取得大值
【平面曲率与SOA】在数字上相等,SOA在GIS中容易提取
剖面曲率 与 SOS 【剖面曲率】地面上任一点位的坡度变化率
【SOS】Slope of Slope of DEM,即地面坡度的变化
【SOS计算方法】DEM–>求坡度(地面高场的变化)–>再做一次坡度,得到地面坡度的变化(SOS)
【坡度图】坡度图的值大–>非常陡–>SOS不一定大
【SOS意义】
1. 反映地面有没有一个陡坎,有变化的地方才出现大值2. 反映的是在剖面上的棱棱角角–>SOS大的地方挖战壕,便于火力控制
【剖面曲率 与 SOS】在相当程度上和剖面曲率是一致的,在GIS软件中更容易提取
坡长 【坡长】通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点间的最大地面距离在水平面上的投影长度 【计算方法】L = m × cosθ
1. L:坡长
2. m:地表面沿流向的水流长度
3. θ:水流地区的地面坡度值
坡位 【坡位】指坡面所处的地貌部位
【例如】位于正地形还是负地形,处于沟间地、沟坡地还是沟底地
在这里插入图片描述

1.4 坡面复杂因子

【坡面复杂度因子】是宏观地形因子,包括地形起伏度、地表粗糙度、地表切割深度、高程变异系数等

坡面复杂度因子 定义 计算公式 其他说明
地形起伏度 在指定区域内最大高程与最小高程的差 RF = MAX – MIN
RF:指该栅格单元的起伏度
MAX:分析窗口内的最大高程值
MIN:分析窗口内的最小高程值
地表切割深度 指地面某点的邻域范围的平均高程与该邻域范围内的最小高程的差值 D = MEAN-MIN
D:地面某一点的地表切割深度
MEAN指窗口内的平均高程
MIN:窗口内的最低高程
地表粗糙度 反映地表的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平面上的投影面积之比
R = S曲面/S水平 = 1 / cos(S)
高程变异系数 反映分析区域内地表单元格网各顶点高程变化的指标
以格网单元顶点的标准差与平均高程的比值来表示

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THE END
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