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基于小波理论的DEM尺度变换研究

郭伟玲  
【摘要】: 近年来,数字高程模型(DEM)在地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、水文等各个领域中得到了广泛的应用。由于针对不同大小的研究区域,或不同精确程度要求的研究,对于DEM的分辨率具有不同的要求,因而研究DEM及其地形参数的尺度效应具有重要意义。本文在研究利用ANUDEM软件建立高分辨率DEM方法的基础上,引进小波多尺度分析和方根模型理论对高分辨率DEM进行综合处理,探索由高分辨率DEM变换生成中低分辨率DEM的关键技术,为多种分辨率DEM的研究提供具有相同定位精度的DEM数据。主要研究结果如下: (1)以水土流失严重的东北黑土漫岗丘陵区和南方红壤丘陵区为试验样区,基于1:1万数字地形图,确定了利用ANUDEM软件建立高分辨率水文地貌关系正确DEM的三个主要参数。其中,东北黑土漫岗丘陵区分辨率1m,迭代次数40,第二糙度系数0.5;南方红壤丘陵区分辨率5m,迭代次数40,第二糙度系数0.6。并通过DEM中误差、与基础数据比较、DEM对地形的表现能力、水系网络分析四个方面对所建DEM的质量进行了评价。结果表明,在两样区用ANUDEM方法建立的DEM,中误差均小于1/3等高线间距,达到美国USGS分级标准的三级标准,其派生等高线与原始等高线符合度高,能正确表现地形的形态及其与水系网络的关系。 (2)以黄土高原典型的黄土丘陵区——延河二级支流县南沟流域为试验样区,利用小波多尺度分析理论与制图综合中方根模型理论相结合的方法,通过设定不同比例尺参数,由基于1:1万比例尺地形图用ANUDEM软件建立的2.5m分辨率DEM经小波变换后,生成多种新的较小比例尺DEM。通过地形总体特征分析、等高线套合、地形因子特征(坡度、曲率、河流网络)等方面,对综合后DEM进行质量评价。结果表明,在小波变换处理过程中,随着比例尺参数的逐渐减小,坡度和曲率相应的逐渐变缓,等高线弯曲程度也越来越平滑,其描述的地形特征逐渐趋于平缓。 (3)从坡度、曲率和派生等高线总长度等方面,通过与基于1:5万地形图建立的中等分辨率DEM的比较分析,结果表明,当比例尺参数为1:12.5万时,2.5m分辨率DEM的变换结果,在对地形表达方面与基于1:5万地形图建立的10m分辨率DEM接近。该数据可为水土流失地形因子的尺度效应研究提供数据支持。


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