坡面地形因子提取

提取坡面因子注意点
遵循地貌形态学与地貌成因学的基本理 论 更复杂的坡面因子还须经过统计分析、 数模构建获得 微观坡面因子的提取可以通过数据直接 提取；宏观通过移动窗口分析完成。 信息源的尺度特征将影响提取精度
提取坡面因子的常用分析窗口
分析窗口分类 矩形窗口：以目标栅格为中心，分别向周围八 个方向扩展一层或多层栅格 圆形窗口:以目标栅格为中心，向周围作一等 距离搜索区，构成一圆形分析窗口。 环形窗口:以目标栅格为中心，按指定的内外 半径构成环形分析窗口 扇形窗口:以目标栅格为中心，按指定的起始 和终止角度构成扇形分析窗口
即坡度之坡度slopeslope简称sos是指在地表的坡向提取基础之上进行对坡向变化率值的二次提取亦即坡向之坡度slopeaspectsoa对上述坡度图再求一次坡度得到坡度变率sos对坡向图求坡度得到坡向变率soasoa误差产生的原因soa在提取过程中在不同的坡面上将会有误差的产生即在坡面的南北两侧北面坡由于在坡向算法将会有误差产生所以要对北坡的soa结果进行纠正因为从理论上讲soa在地表北坡上将产生误差北坡上坡向值范围为090和270360在正北方向附近15和345之间坡向差值只是30而在计算中却是差了330坡向变率误差进行纠正求取原始dem数据层的最大高程值用该值减原始dem数据层得到与原来地形相反的dem数据层即反地形dem数据
水流方向的算法
单流向算法（SFD）
多流向算法Байду номын сангаасMFD）
ArcGIS提取波长的步骤
坡 位
坡位是指坡面计算单元所整个大坡面的 地貌部位。例如，位于正地形还是负地 形等；处于沟间地还是沟坡地 黄土高原地区 该地区的区域地貌在垂直方向上划分为 沟间地、沟坡地和沟底地三种基本类型
沟间地是指黄土高原地区位于地形结构 线（沟沿线）以上相对比较平缓的地形 部分。该地区地面坡度平缓，丘陵沟壑 区一般在25°以下，塬梁区沟间地的坡 度则一般在15°以下，侵蚀较小，以细 沟、浅沟发育为主
坡向变率误差进行纠正
求取原始DEM数据层的最大高程值，用该值减 原 始 DEM 数 据 层 ， 得 到 与 原 来 地 形 相 反 的 DEM数据层，即反地形DEM数据； 基于反地形DEM数据求算坡向值； 利用 SOA 方法求算反地形的坡向变率，记为 SOA2，由原始 DEM 数据求算出的坡向变率值 为SOA1； 将两次求算的坡向变率值套入下面公式即可得 到理想中的经过误差校正的SOA数据。
分析窗口尺寸（km）
四川盆地 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 分析窗口尺寸（km）
栅格频数（个）
.
图7.33 中国1：100万DEM 提取的中国陆地区域地形起伏度图
地表粗糙度
地表粗糙度是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S曲面 与其在水平面上的投影面积S水平之比。 意义：地表粗糙度能够反映地形的起伏变化和 侵蚀程度的宏观地形因子。在区域性研究中， 地表粗糙度是衡量地表侵蚀程度的重要量化指 标，在研究水土保持及环境监测时研究地表粗 糙度也有很重要的意义
坡度的提取
坡度的提取
坡向的提取
地表面上一点的切平面的法线矢量在水 平面的投影与过该点的正北方向的夹角
fy fx
As pect arctg(
)
坡向综合成九种坡向 平缓坡（－1）、北坡（0° - 22.5°, 337.5° - 360°）、东北坡（22.5° 67.5°）、东坡（67.5° - 112.5°）、东南 坡（112.5° - 157.5°）、南坡（157.5° 202.5°）、西南坡（202.5° - 247.5°）、 西坡（247.5° - 292.5°）、西北坡 （292.5° - 337.5°）
剖面曲率： 指对地面坡度的沿最大坡降方向地面高 程变化率的度量 平面曲率指在地形表面上，具体到任何 一点P，指用过该点的水平面沿水平方向 切地形表面所得的曲线在该点的曲率值
地面变率因子
概念 地面变率描述的是地表局部范围内坡度、 坡向两个基本的地形指标的变化情况， 它包括坡度变率、坡向变率两个基本因 子
坡度、坡向
概念 1.坡度表示了该局部地表坡面的倾斜程度，坡 度大小直接影响着地表物质流动与能量转换的 规模与强度，是制约生产力空间布局的重要因 子 2.坡向是决定地表面局部地面接收阳光和重新 分配太阳辐射量的重要地形因子之一，直接造 成局部地区气候特征的差异，同时，也直接影 响到诸如土壤水分、地面无霜期以及作物生长 适宜性程度等多项重要的农业生产指标。
2000
栅格频数（个）
江南丘陵
栅格频数（个）
1500 1000 500 0 0 5 10 分析窗口尺寸（km） 15
横断山区
栅格频数（个）
栅格频数（个）
山东丘陵 1000 800 600 400 200 0 0 5 10 15
4000 3000 2000 1000 0 0 5 10 分析窗口尺寸（km） 15
对上述坡度图再求一次 坡度得到坡度变率SOS
对坡向图求坡度得 到坡向变率SOA
SOA误差产生的原因
SOA在提取过程中在不同的坡面上将会 有误差的产生，即在坡面的南北两侧， 北面坡由于在坡向算法将会有误差产生， 所以要对北坡的SOA结果进行纠正，因 为从理论上讲SOA在地表北坡上将产生 误差，北坡上坡向值范围为0—90°和 270°—360°，在正北方向附近，15° 和345°之间坡向差值只是30°，而在计 算中却是差了330°
坡面复杂度因子
坡面复杂因子是宏观的地形信息因子， 包括地形起伏度、地形粗糙度、地表切 割深度和沟壑密度等，它们所描述和反 映的是较大区域内地表坡面的宏观地形 特征。
地形起伏度
地形起伏度是指，在所指定的分析区域 内所有栅格中最大高程与最小高程的差。
RFi H max H min
研究意义：地形起伏度指标能够反映水 土流失类型区的土壤侵蚀特征，比较适 合区域水土流失评价的地形指标。
综合表达
SOA
SOA1 SOA2 SOA1 SOA2
2
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。 意义：坡长因子是水土保持上的重要因子之一， 当其他条件相同时，水力侵蚀的强度依据坡的 长度来决定，坡面越长，汇聚的流量越大，其 侵蚀力就越强，坡长直接影响地面径流的速度， 从而影响对地面土壤的侵蚀力。
坡 形
坡形是指局部地表坡面的曲折状态。宏 观上讲，一般可分为直线形斜坡、凸形 斜坡、凹形斜坡和台阶形斜坡四种基本 类型 ，一般可采用地面曲率因子和地面 变率因子度量地面表面一点的弯曲变化 程度
宏观波形因子
地面曲率因子
地面曲率是对地形表面一点扭曲变化程 度的定量化度量因子，地面曲率在垂直 和水平两个方向上分量分别称为平面曲 率和剖面曲率
采用窗口分析的方法
确定一个合适的分析窗口半径或分析区 域，使得在宏观范围内求取的起伏度能 够准确反映地面的起伏状况与水土流失 特征，是地形起伏度提取算法中的核心 步骤和决定区域地形起伏度信息提取效 果与有效性的关键。
黄土高原样区 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 分析窗口尺寸（km） 15
《DEM及地学分析》
第五章坡面地形因子提取 第一节 概述
坡面因子的分类及提取方法
坡面因子的分类 按照坡面因子所描述的空间区域范围：
1.微观坡面因子
2.宏观坡面因子
按照提取坡面因子差分计算的阶数 1.一阶坡面因子
2.二阶坡面因子
3.高阶坡面因子
按照坡面的形态特征
提取坡面因子的基本方法
坡面的形态特征或各个坡面因子进行定 量化描述 建立其以DEM为基本信息源进行提取的技 术路线 通过软件实现形成一套易于计算机操作 的方法
基于DEM的地表粗糙度的提取
根据DEM提取坡度因子S；
根据公式R = 1/cos(S) 计算地表粗糙度
地面坡度变率 地面坡度变率是地面坡度在微分空间的的变化 率，是依据坡度的求算原理，在所提取的坡度 值的基础上对地面每一点再求算一次坡度。即 坡度之坡度（Slope of Slope, 简称SOS） 是指在地表的坡向提取基础之上，进行对坡向 变化率值的二次提取，亦即坡向之坡度 （Slope of Aspect, SOA）
坡长的数学表达为：
L m cos
式中L指坡长，m指地表面沿流向的水流 长度，θ指水流地区的地面坡度值。
坡 长
洼地填平
原因：自然条件下，水流向低处流动， 遇到洼地，首先将其填满，然后再从该 洼地的某一最低出口流出。但在一个连 续的栅格中，地形洼地的存在，导致依 据水流方向矩阵所提取的排水网络不连 续，使自然水流不能畅通无阻地流至区 域地形的边缘。