基于DEM的皖西南地区地貌类型分析

基于DEM的皖西南地区地貌类型分析

摘要:地貌作为地理信息的重要贡献组成要素，它决定着自然地理单元的形成和地面物质与能量的再分配。该研究利用GIS图像处理技术方法，通过对皖西南地区数字高程模型数据进行处理，提取了研究区有关坡度、坡向、地形起伏度等的地貌特征要素，并进行定位表达与特征统计分析，结果获得了对本区地貌特征的定位与定量化的总体认识，为研究区的农业规划、水土流失、土壤侵蚀、地质灾害等研究提供了新的空间信息基础平台。

关键词:皖西南地区（Southwest Anhui）；地貌形态；地理信息系统（GIS）；

数字高程模型（DEM）

引言

安庆市作为皖西南中心城市，安徽省“皖江开发”的重点城市之一，长江沿岸著名的港口城市，将作为研究皖西南地貌类型的重点，本篇论文就是基于安庆市地貌类型研究皖西南地貌类型。地貌作为地理信息的重要贡献组成要素，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[。而地貌学的发展，也逐渐从以往的定性描述转入数理定量分析研究阶段]2[。但按传统研究方法，由于地貌数据庞大、计算繁琐使定量地貌研究发展缓慢，而今随着计算机与空间技术的迅猛发展，特别是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。

GIS数字地形分析是以数字高程模型为主的产生式分析，数字高程模型（简称DEM）表示区域D上的三维向量有限序列,用函数的形式描述为：

Vi=（Xi，Yi，Ei）（i=1，2，…，n）

式中，Xi、Yi是平面坐标；Ei是（Xi，Yi）对应点的高程。DEM是GIS进行地形分析的基础数据。利用DEM数据可快速地进行各种地形因子的提取，主要包括坡度、坡向、粗糙度等的计算和通视分析、地形特征提取、水系特征提取、水文分析、道路分析等]3[。它记录了精确的空间三维定位信息.利用DEM为基本的数据依托进行地形要素的提取与分析，无疑是获取所需地表信息的有效手段。

ArcGIS 9. x是美国环境系统研究所（ESRI）最新开发的面向对象的桌面地理信息系统软件平台，它提供了强大的空间分析和可视化功能，不仅操作简单，而且界面友好.利用Arc/Info可以有效实现地图制图以及空间数据的查询、显示、分析和管理]4[。

1研究区概况及资料整理

安庆市位于北纬29°47’-31°17’、东经115°46’-117°44’，东与安徽省池州市、铜陵市隔江相望；南靠长江，与江西省九江市相连；西界湖北省黄梅、蕲春、英山三县；北接安徽省六安市、巢湖市。安庆地貌丰富多样，总体特征西北部是大别山中低山区，东南部为长江洲圩滩地，中部丘陵起伏，间有低山、湖泊。安庆市面积15398平方公里，各类地形构成是：山区面积占35．69％，丘陵面积占33．1％，圩区面积占20．05％，江湖水面占10．58％，长江外滩占0．58％。

图1 数字高程图

本次研究的高精度栅格数字高程模型（如图1所示）是以ArcGis 9. 2为技术平台，在安庆市地形图的基础上采集等高线，录入高程属性，利用不规则三角

网（TIN）生成，并对方里网交叉点上的高程进行采样，编辑处理，因此具有高采样精度。数据统计和整理分析采用基于Excel数据处理，综合GIS与图像处理系统管理模块共同完成。

2地貌专题图的制作

在栅格DEM的基础上,利用ArcGis9. 2应用软件得出研究区的高程专题图、坡度专题图、坡向专题图、地形起伏度专题图、地貌晕渲染图。

2. 1海拔高度分层专题图

DEM所提供的原始数据就是高程数据，是DEM最基本的信息.运用ArcGis9. 2重分类功能，将高程分为需要的分类类型，然后将属性表导入Excel中进行统计分析，如图2所示。

图2 高程专题图

2. 2坡度专题图

图3 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]5[。坡度是重要的地形因子之一，坡度的大小直接影响流域地表的物质流和能量再分配，影响流域土壤发育、植被分布，制约着流域生态环境格局与土地资源开发利用可能的方式与类型。研究区坡度状况对于阐明流域地貌成因、山坡稳定性和地貌发育过程具有重要意义]6[。皖西南地区的坡度专题图是基于数字高程模型，运用ArcGis9. 2的3D分析模块中的表面分析坡度得出，用Reclassify功能对坡度图进行重新分级，得到需要的专题图，如图3所示。

2. 3坡向专题图

作为地形特征分析和可视化的基本要素,坡度和坡向在流域单元、景观单元和形态测量的研究中颇显重要。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]7[。坡向专题图也是在3D分析中分析坡度，并用Reclassify命令重新分级所得，如图4所示。

图4 坡向专题图

2. 4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，其实质仍是坡度概念的

一个延伸，在宏观的区域内反映了地面的起伏特征，与水土流失关系密切。在本次研究中，地形起伏度的提取是通过对栅格DEM进行邻域分析，求得最大值与最小值的差值从而求得地形起伏度，对分析得到的地形起伏度进行重新分类，得到地形起伏度专题图，如图5所示。

图5 地形起伏度专题图

2. 5地貌晕渲图

为了对地表形态结构及其覆盖获得直观认识，制作地貌晕渲染图是非常必要的。地貌晕渲图可以模拟太阳光与地表要素相互作用下的地形容貌，有助于观察

者认识地形特征。地貌晕渲的视觉效果受控于坡度、坡向、太阳光方位角和太阳光高度角]9[。研究区的地貌晕渲图从表面分析中Hill-hade命令来实现，选取方位角为默认值315°，高度角默认值为45°，得到研究区地貌晕渲染图，如图6所示。

图6 地貌晕渲图

3 地貌形态分析

3. 1地貌高程分析