基于ASTERGDEM的六盘水市地形特征分析

摘要: 以 A STER GDEM 30mDEM 为基础数据提取贵州省六盘水市地表坡度、坡向、地形起伏度 、地表切割 深度等地形特征要素, 并结合特征统计 分析对 该地区 地貌特 征进行定 量分析。 结果表 明六盘水 地区 坡度在 0 ~ 88 范围内都有分布, 但相对集中在 5 ~ 25 ; 南北 坡坡向面积相差不 多, 分布相 对均衡; 中部地区地形起 伏度较大, 最大处达到 922m, 地形切割深度最大值为 627m。上述结论为研究区的农业 规划、水土流失、土壤 侵蚀、地质灾害、生态保护等研究 提供了新的空间信息平台。
第 27卷 第 6期 2011年 6月
贵州师范学院学报 Journa l o f G uizhou N orm a l College
V o .l 27. N o. 6 Jun. 2011
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基于 ASTER GDEM 的六盘水市地形特征分析
张勇荣, 杨 琴, 刘兴荣
( 六盘水师范学院生物与地理科学系, 贵州 六盘水 553004)
关键词: 数字高程模型; 地貌 特征; 地理信息系统; 地形因子 中图分类号: TP79 文献标识码: A 文章编号: 1674- 7798( 2011) 06- 0026- 04
The topographic feature analysis based on ASTER GDEM of L iupanshui region
*收稿日期: 2011- 05- 11 基金项目: 贵州省教育厅自然科学研究项目 ( 黔教科 2010098) ; 六盘水师范学院科研基金项目 ( 200907、lpssy201104 ) 作者简介: 张勇荣 ( 1982- ) , 女, 硕士, 讲师, 从事遥感与地理信息系统研究。
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1 研究区概况与数据源
1. 1 研究区概况 六盘水市位于贵州省西部 ( 如图 1 ), 国土总 面积约 0. 99万 km2, 辖六枝特区、盘县、水城县及 钟山区 4个县级行政区。海拨 596~ 2900米。境 内碳酸盐岩广布, 山地、丘陵地貌占研究区总面积 的 99. 12% 。河流切割强烈, 地形起伏大, 山高坡 陡, 地势的总趋势西高东低, 北高南低, 中部因北 盘江强烈切割侵蚀, 起伏剧烈, 为典型的高山峡谷 地貌。 1. 2 数据源 本研 究 采 用 ASTER GDEM 数 据, ASTER GDEM 是采用全自动化的方法对 150 万景的 ASTER 存档数据进行处理生成的, 其中包括通过立 体 相 关 生 成 的 1264118 个 基 于 独 立 场 景 的 ASTERDEM 数据, 再经过去 云处理, 除去 残余的 异常值, 取平均值, 并以此作为 ASTER GDEM 对 应区域的最后像素值, 空间分辨率 30m, 垂直精度 20米, 水平精度 30米 [ 2] 。 本研究对美国 NASA免费提供的 ASTER GDEM 数据参照 1 50000地形图进行几何精校正和配准, 最终得到六盘水市数字高程模型图 (图 1)。
坡度 所占全市面积比例 /%
表 1 六盘水市坡度统计
0 ~5 7. 82
5 ~ 15 44. 73
15 ~ 25 29. 74
25 ~ 35 11. 34
> 35 6. 37
3. 2 坡向分析 对图 3进行统计分析得到表 2, 研究区 内平 地仅占总面积的 0. 45% , 除了江河湖面以外, 多 为市区城镇的建设用 地。研 究区北、东北、西 北
3 地形特征分析
3. 1 坡度分析 将图 2矢量化处理, 基于像元统计得到六盘 水市不同坡度范围内的面积所占总面积的比例分 布如表 1, 结合直方图分析得出: 六盘水市坡度在 0 ~ 88 范围内都有分布, 但相对集中在 5 ~ 25 , 缓坡、斜坡分布最广, 占总面积的 74. 47% ; 5 以
12. 77 13. 24 12. 42 11. 42 11. 79
北 ( 337. 5 - 360 )
6. 07
3. 3 地形起伏度、地形切割深度分析 六盘水市 最高 海拔 为 2900 m, 海 拔高度 在 1000 m 以下的区域主要分布在水城县南部河谷 地带及六枝特区西南部, 1000 ~ 1500 m 的区域集 中分布于六枝特区东部及南部广大区域, 1500 ~ 2000 m 的区域主要分布在水城县北部及盘县大 部, 大于 2000 m 的区域主要分布在六盘水市西部 地区。六盘水市地势由西向东逐渐降低。据图 4 可知, 研究区范围 内地形起伏度最大处达到 922 m, 中部区域大于南北部, 主要由于中部地区为北 盘江河流峡谷区, 河流的深度切割造成地表起伏 度较大。 由图 5可知, 六盘水市地形切割深度最大值 为 627 m, 位于中部地区, 包括水城县南部、盘县 北部及六枝特区西南部区域。正是北盘江的侵蚀 切割作用造就了此地的高山峡谷地貌。
0 引言
地貌作为 地理信 息的 重要 贡献 组成 要索 , 通过海拔 、坡度、坡 向、起伏 度等特 征组合 构成 形态与分布多样的地表景观, 并对区域生态环 境与资源 的地域优势 种类分 布、利 用方式 和利 用程度 等 具有 主 导 作用 [ 1] 。 具 有强 大 的 空间 数据获取 与管理、分析、计 算等 功能的 3S 技术 的应用, 为地貌定量研究提供了有力的技术支
持。 数字 高ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 模 型 ( DEM ) 是区 域地 面 高 程的
数字表示, 它记录了精确的空间三维定位信 息, 作为地 理 信息 系统 ( G IS) 空间 数 据库 的核 心数据库之一, 是进行三维地形空间模拟和地 形图生 产 的 基 础, DEM 能 派 生 出 各 种地 形 因 子, 如坡度、坡向、平 面曲率、剖 面曲率 、汇水面 积等 [ 2] 。
表 2 六盘水市坡向统计
坡向 平坦 ( - 1) 北 ( 0 - 22. 5 )
所占全市面积比例 /% 0. 45 6. 13
东北 ( 22. 5 - 67. 5 ) 东 ( 67. 5 - 112. 5 )
12. 50 13. 21
东南 ( 112. 5 - 157. 5 ) 南 ( 157. 5 - 202. 5 ) 西南 ( 202. 5 - 247. 5 ) 西 ( 247. 5 - 292. 5 ) 西北 ( 292. 5 - 337. 5 )
ZHANG Yong- rong, YANG Q in, L IU X ing- rong
( D epartm ent o f B io logy and G eog raphy, L iupanshu iN orma l Co llege, L iupanshu i, Gu izhou, 553004 Ch ina ) Abstrac t: Th is paper co llects the character istic elem ents o f the slope, aspect, hypsog raphy and the surface cu-t ting depth o f L iupanshu i reg ion based on ASTER G DEM 30mDEM data and quantita tive ly ana lyzes the topog raph ic features of L iupanshu i reg ion com bined w ith statistica l analysis. The results show that the slope is the 0 ~ 88 , and re lative ly concentrated in the 5 ~ 25 ; the area o f no rth- south slope aspec t is a lm ost the sam e, and has a re lative ly ba lanced distribution; the hypsography o f central terra in is greater , and reaches the m ax imum 922m, and the terra in m ax im um cutting depth is 627m. T he conclus ion prov ides a new spatia l inform ation platfo rm for the urban construction, industr ia l development, ag ricu ltura l p lann ing, so il erosion, geo log ica l haza rds and eco log ical pro tection o f L iupanshui reg ion. K ey word s: d ig ita l e leva tion m ode l ( DEM ); topograph ic fea ture; geograph ic in fo rm ation system ( G IS ); topog raph ic factors
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3个坡向面积占 总面积的 36. 49% , 南、东南、西 南 3个坡向面积占总面积的 38. 43% , 可以看出 南北坡向面积相差不多, 南坡略多于 北坡, 分 布 相对均衡。因此各方位地面 光热资源与地表 径
流分配也随之呈现出 相对均衡状态。有利于 多 样性物种的分 布, 从而 维护该 地区 动作 的多 样 性及生态系统的抗扰性。
图 1 研究区位置和 DEM 数据
2 地貌专题图的制作
2. 1 坡度专题图 坡度指水平面与局部地表之间的夹角或其正 切值, 是局部地表高度变化的比率指标, 可量化表 达地表面在 该点的倾 斜程度 [ 1 ] 。坡度是最 重要 的地形因子之一, 地面坡度影响着地表物质运动 和能量转换的规模和强度, 也是制约生产力空间 布局 的 重 要因 子 [ 4] 。六 盘 水 市 坡度 图 是 运 用 A rcG is的 3 D分析模块, 以 ASTER GDEM 数字高 程数据为基础生成的, 并用 Reclassify功能对坡度 图进行重新分级, 如图 2所示。 2. 2 坡向专题图 坡向表示高度变化比例最大值的方向, 影响 了地面光热资源的分配, 并决定地表径流流向, 是 一个微量 指标 [ 1] 。坡向 用 度数 来测 量, 正北 是 0 , 正东是 90 , 正南是 180 , 正西是 270 。研究 区坡向专题图通过 A rcG is的 3D 模块生成, 并用 Reclassify命令重新分级所得, 如图 3所示。 2. 3 地形起伏度专题图 地形起伏度是指地面一定距离范围内最大的 高程差, 在宏观的区域内反映了地面的起伏特征, 被作为区域水土流失评价的地形指标 [ 5, 6] 。本研 究应用 A rcG is软件的邻域分析 模块和栅格计算 器提取地形起伏度。提取前需要确定邻域分析窗 口的尺寸, 根据徐汉明等人的研究: 若以图上距离 0. 5cm 为最小精度要求, 则 2km2 适用于在比例尺 大于 1 25 万的地形图上 操作 [ 7, 8] , 所以 本研究 确定分析窗口为 2km 2, 得到地形起伏度专题图如 图 4所示。 2. 4 地形切割深度专题图 地形切割深度是指地面某点邻域范围的平均 高程与该邻域范围内的最小高程的差值, 其值直 观地反映了地表被侵蚀切割的情况, 并对这一地 学现象进行了量化, 是研究水土流失及地表侵蚀 发育状况的重要参考指标 [ 9] , 如图 5所示。
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下的低平地所占比例较少, 零星分布于河谷地带。 结合六盘水市土地利用、地质地貌等数据, 发现农 耕地和城镇主要 分布在坡度在 25 以下 的平地、 缓坡 及 斜长 坡 上; 25 以 上的 坡 地 占总 面 积 的
17. 71% 且主要分布于高山地带及河谷两侧深切 割区; 同时六盘水地区以岩溶地质条件为主, 石漠 化程度较高。所以坡度是六盘水市农业、工业、城 市发展及生态环境保护的主要限制因素。