刘洋
　　摘要：近年来，人们对地理空间数据的需求结构呈多元化发展趋势，以DEM为基础的地形分析可以实现对地表形态的定量表达。本文以宜君县地区25m的DEM数据为基础，派生出了三种不同分辨率的DEM数据，并分别提取不同的地形参数，研究发现很多地形细节具有一定的概括性，这对地貌形态的正确表达有重要意义。
　　关键词：DEM，地形分析；尺度分析
　　目前，以数字高程模型（DEM）为基础的数字地形分析技术已被广泛应用于水文、地貌、土壤、生态、土木工程、景观设计、军事、外交等多个领域，并取得了十分显著的经济与社会效益。尺度问题是存在于客观世界的普遍问题，凡是与地球参考位置有关的数据都具有尺度特性，尺度是空间数据研究的重要特征。建立地貌多尺度表达模型是人们多角度地观察和分析地表事物的基础，是多尺度地理数据库建库的核心问题，针对不同尺度下地形分析的结果进行研究具有非常重要的意义。
　　一、研究基础与方法
　　1.研究区域和实验样区概况
　　本研究样区为宜君县东部。研究选定实验样区属陕北黄土高原地区，黄土高原位于我国的中北部，地理位置东经101°10至114°30，北纬33°50至40°15，地势由东南向西北逐渐增高。黄土颗粒细，土质松软，由于缺乏植被保护，加以夏季雨集中和多暴雨，在长期流水侵蚀下地面被分割得非常破碎，形成独特的沟壑交错纵横的地貌景观具有极高的地理价值和研究价值。
　　2.研究方法
　　研究以地理信息系统、水文地貌学、数字地形分析等学科的原理为理论基础，以ArcGIS为基础平台，应用表面分析、水文分析等方法，对样品地区的DEM数据进行了坡度、地标粗糙度、水系和沟壑密度的提取，通过对这些地形参数结果的比较来研究不同尺度DEM对地形分析的尺度效应。
　　二、不同尺度DEM派生数据地形分析尺度效应
　　1.不同尺度下坡度提取与尺度效应
　　坡度信息一直作为地形分析中的重要因子，对地形特征表达、地貌分析、水土流失等研究都有着非常重要的意义。由结果可以看出，三种分辨率下提取的坡度数据具有较大的差异，与25×25分辨率相比，50×50和75×75两种分辨率提取的坡度最大值和平均值均损失颇大，而且随着分辨率的减小，损失也越大。
　　本文以分级间隔3度对提取的坡度进行分级，得到三种分辨率的坡度面积统计，可以得出，三种分辨率的坡度频率分布情况大体上吻合，局部地区有不同程度的差异，样区内的整体坡度情况均比较大。
　　2.不同尺度下地表粗糙度提取与尺度效应
　　粗糙度是用来反映地表起伏变化和侵蚀程度的一个宏观指标，实质特定区域内地球表面积与其投影面积之比。地表粗糙度越大，表示地形越复杂。根据样区地表粗糙度数据统计情况，可以看出以25×25为基本，尺度越大，地表粗糙度的最大值、平均值和标准差的损失情况越明显，并且由于该地区地形复杂程度高，导致的损失情况也比较大。
　　这一现象说明，随着尺度的增大，其所能表征的地形复杂程度的能力及准确度也变得越来越小，尤其是针对样区这种地表形态相对复杂的地区来讲，其损失程度会比较高，该结果对地表形态的研究有重要影响。
　　3.不同尺度下水系的提取与尺度效应
　　水系是地貌综合结果评价的重要线状要素，因此水系的提取是研究生成地貌特征结果的一个重要的依据。本文针对不同分辨率情况下的DEM数据进行了水系提取。我们可以得到，随着分辨率的降低，大量的小水系，小河流随之消失，25米到50米的水系的消失情况尤为严重，50米到75米损失情况相对较小。还可以发现，随着尺度的增大，水系虽然有损失，但主干河流保留较好，表明尺度的增大对水系有一定的概括作用。
　　4.不同尺度下沟壑密度的提取与尺度效应
　　沟壑密度使用来表征地面破碎程度的量化指标，同时也可以反映侵蚀程度和沟谷发育程度。千沟万壑是黄土高原地区最为显著的特点，因此它是描述黄土高原地面破碎程度和侵蚀程度的重要地理指标。研究对三种分辨率的DEM数据分别进行了沟壑密度的计算。从计算结果可以看出，分辨率为25米的原始DEM数据的沟壑密度与其派生的50米和75米的数据的沟壑密度比较其最大，分辨率减小后，DEM栅格增大，这时DEM对地貌细节进行一定的概括，符合地貌综合原理。
　　三、结论
　　本文结合DEM的地形分析和尺度效应分析，以25米分辨率及其派生的多种分辨率数据为研究对象，着重分析DEM派生各种分辨率下其对地形分析的影响，并进行了尺度效应研究，达到了一定的预期效果。得出结论如下：
　　（1）在总结了前人有关DEM数据地形分析的尺度研究的基础上，进一步明确了DEM数据的特点和尺度的概念。研究得到随着派生尺度的逐级增大，DEM分辨率的逐渐减小，地貌特征很多细节被概括，有一定的损失，地势也趋向平缓，符合地图制图综合原理。
　　（2）地形具有复杂性，本文以地形分析的坡度、地表粗糙度、水系、沟壑密度为基础，通过求曲一系列的最值、平均值、标准差等操作，得到了地形特征的尺度分析指数。合理提取地形参数，有利于构建的多尺度表达模型和地形分析效应的对比分析。
　　（3）派生出来的DEM数据虽存在一定的偏差，却有一定的概括性，合理应用比例尺，对我们直观了解DEM的详细程度和正确表达地貌形态有着非常重要的意义。

　　北极光 2016年6期