[发明专利]一种确定地形起伏度最佳分析区域的方法

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技术领域

本发明涉及一种确定地形起伏度最佳分析区域的方法。

背景技术

地形起伏度指分析区域内最高点和最低点之差，反映宏观区域内地形的起伏特征，是定量描述地形形态、划分地貌类型的重要指标，计算方法如式（1）所示：

R＝H_max-H_min                                               (1)

其中，R为分析区域内的地形起伏度值，H_max、H_min为分析区域内的最高和最低高程值。

地形起伏度提取的关键在于确定分析区域内的最高和最低高程值。但是随着分析区域范围的变化，最高和最低高程值随之发生变化，导致地形起伏度值也发生变化。因此，确定最佳分析区域是地形起伏度提取算法的核心步骤和决定地形起伏度提取结果有效性的关键（参见朱红春，陈楠，刘海英，汤国安.自1：10000比例尺DEM提取地形起伏度——以陕北黄土高原的实验为例[J].测绘科学,2005,30(4)：86-88.）。

按照地貌发育的基本理论，最佳分析区域指存在使高差达到相对稳定的区域范围。对于相同区域的DEM而言，随着分析区域面积的增大，区域内最高点与最低点的高差增大。通常开始时高差以较快的速度增加，然后增速逐渐变缓。当分析区域面积达到某一阈值后，高差的变化基本稳定不变。高差变化率由快变缓的点即为拐点，拐点对应的面积就是最佳分析区域（参见涂汉明，刘振东.中国地势起伏度研究[J].测绘学报，1991,20(4)：311-319.）。

涂汉明等（参见涂汉明，刘振东.中国地势起伏度最佳统计单元的求证[J].湖北大学学报(自然科学版)，1990,12(3)：266-271.）认为中国存在2km²、6km²、16km²、20km²、22km²五种不同规模的地形起伏度最佳统计分析区域，且各有其适用范围；并指出21km²的分析区域具有全国普适性。刘新华等（参见刘新华，杨勤科，汤国安.中国地形起伏度的提取及在水土流失定量评价中的应用[J].水土保持通报,2001,21(1)：57-62．）使用1∶100万DEM数据提取地形起伏度研究水土流失状况时，认为考虑到样区均衡性因素，地形起伏度的最佳分析区域为25km²。郎玲玲等（参见郎玲玲，程维明，朱启疆，龙恩.多尺度DEM提取地势起伏度的对比分析——以福建低山丘陵区为例[J].地球信息科学,2007,9(6)：1-6.）使用福建地区1∶25万DEM和1∶10万DEM比较多尺度DEM提取的地形起伏度差异时，认为该地区的地形起伏度最佳分析区域为4.41km²和0.4km²。唐飞等（参见唐飞，陈曦，程维明.基于DEM的准噶尔盆地及其西北山区地势起伏度研究[J]．干旱区地理,2006,29(3)：388-392.）通过对准噶尔盆地及其西北山区地形起伏度的研究，得出该地区地形起伏度的最佳分析区域为4km²。刘爱利（参见刘爱利.基于1：100万DEM的我国地形地貌特征研究[D].西安：西北大学,2004.）基于1∶100万DEM数据研究我国的地形地貌特征，认为我国地形起伏度的最佳分析区域为42.25km²。张磊（参见张磊.基于地形起伏度的地貌形态划分研究——以京津冀地区为例[D].河北：河北师范大学,2009.）在使用1：25万DEM数据研究京津冀地区地形起伏度时，认为该地区的最佳分析区域为9.61km²。王雷等（参见王雷，朱杰勇，周雁.基于1∶25万DEM昆明地区地貌形态特征分析[J]．昆明理工大学学报(理工版)，2007,32(1)：6-14.）使用1∶25万地形图数据研究昆明地区地貌形态时，认为该地区的最佳分析区域为16km²。王玲等（参见王玲，同小娟.基于变点分析的地形起伏度研究[J].地理与地理信息科学,2007,23(6)：65-67.）使用1∶25万DEM数据研究新疆地区地形起伏度时，认为该地区的椎间分析区域为2.56km²。

最佳分析区域就是高差变率由快变缓的拐点对应的区域面积。拐点的判断通常包括人工判别法、最大高差法、最大高差-面积比法以及预测法等。