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中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析

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中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析 第 11卷 第 6期111, No16 Vo l 地 球 信 息 科 学 学 报 2009年 12月 D ec1, 2009 JOURNAL O F GEO 2IN FORMA T ION SC IENCE 中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析 程维明, 周成虎, 柴慧霞, 赵尚民, 李炳元 ()中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室 , 北京 100101 摘要 : 中国陆地地貌基本形态类型由海拔和地势起伏度两个指标组合划分而成 , 其中...

中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析
中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析 第 11卷 第 6期111, No16 Vo l 地 球 信 息 科 学 学 报 2009年 12月 D ec1, 2009 JOURNAL O F GEO 2IN FORMA T ION SC IENCE 中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析 程维明, 周成虎, 柴慧霞, 赵尚民, 李炳元 ()中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室 , 北京 100101 摘要 : 中国陆地地貌基本形态类型由海拔和地势起伏度两个指标组合划分而成 , 其中海拔分 4级 , 地势起伏度分 7级 , 组合后的基本形态类型共 25 类 。按照数字地貌分类体系 , 海拔和起伏度拥有全国普适性的分级指标 , 基 )(于 D EM 数据可获得两指标的分级类型 。试验表明 , 基于 SR TM 2D EM 水平分辨率 90m , 相当于 1 ?25万比例尺 数 2 据可得出全国普适性的采用单元为 4km, 利用 1 ?10 万 、 1 ?400 万等比例尺数据进行 D EM 试验 , 得出我国存在2 014、 4、 12、 18、 21 km五种不同规模的采样单元 , 并分别对应着不同的比例尺 。因我国地貌复杂多样 , 仅利用D EM 数据所获得的海拔和地势起伏度分级数据不能完全反映不同地域的地貌特征 , 故利用遥感等多源数据 , 综 合多种信息获得的地貌类型 , 可很好地反映出我国的海拔 4级分级特征和地势起伏度 7级空间分布 , 进而获得全 国陆地的 25种基本形态类型的面积及空间分布格局 。 关键词 : 陆地地貌 ; 基本形态 ; 形态地貌 ; 定量提取 ; 空间分析 崖 、河谷 、山地 、凹地和洞穴六种基本形态类型 ; 1 引言 ( ) 2 1956 年 , 周廷儒 、施雅风和陈述彭等 在 《中 地表形态是地貌最直观的 表现 形 式 , 它 的规国地形区划草案 》中 , 基本采用形态指标将全国 模尺度从星体级海洋 、陆地到冻融等作用形成的 划分 为 平 原 、盆 地 、高 原 、丘 陵 、中 山 、高 山 6 微地貌形态等都有反映 , 每种地貌形态往往包含 [ 2 ] ( ) ; 3 1958 年 , 沈 玉 昌 提 出 以 “成 因 ” 大类型 一定的成因意义 , 地貌形态和成因是因果关系的 [ 3 ] 为地貌分类 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的划分系统 5 大类 , 即构造地 统一体 , 地貌 “形态 ”是 “成因 ”的结果 , 又是 貌 、侵蚀剥蚀的构造地貌 、侵蚀 剥 蚀地 貌 、堆 积 研究 “成因 ”的主要依据 。我国传统的 、最基本 地貌和火山地貌 。大类之下分为类型 , 类型下 进 的两大地貌类型 : 即山地与平原不仅仅是一种纯 形态划分 , 它们形成的内营力类型和经受外力地 一步划分出亚型 , 形态类型就包含在类型和亚类 [ 1 ] 貌过程是不同的 。 ( ) 中 ; 4 1964 年出 版 的 《中华 人民 共和 国 自然 地 自地貌学萌芽起 , 国内外人 们都 在自 觉 不自 图集 钢筋混凝土灌注桩图集4号隔油池图集04s519砖砌隔油池图集城市道路护坡图集02s515排水检查井 》的 “中国地貌图 ”按照内 、外营力将中国 觉地利用高低 、陡缓等指标来描述地貌实体的定 地貌划分为堆积平原 、剥蚀平原和高原 、剥蚀 台 () 性属性信 息 W 1M 1D avis, 1884 , 用 相 对 位 臵 等 原和 山 地 三 大 类 , 形 态 类 型 也 包 含 在 内 外 营 力 [ 4 ] () 描述地貌实体的空间位臵信息 A 1 彭克 , 1894 。 ( ) 中 ; 5 1987 年出版的 “中国 1 ?100 万地貌 图 [ 5 ] 19世纪 , 人们开始有目的地进行野外考察 , 在地制图 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ”中 , 首先按照海拔划分出 7 个陆地 基本形 态 类 型 , 即 平 原 、台 地 、丘 陵 、低 山 、中 图上记录各种地形信息 , 使地貌特征信息的定位 山 、高山 、极高山 , 再按照起伏度 将丘 陵 和山 地 化 、定量化成为可能 。 划分为低丘陵和高丘陵 ; 小起伏山地 、中起伏 山 人们对地貌形态类型的研究经历了以下 几个地 、大起伏山地和极大起伏山地 , 山地按照海 拔 ( ) 阶段 。 1 1894年 , A 1 彭克将地貌分为平原 、山 和起伏度可组合出 14 种亚类 , 加上平原 、台地和 收稿日期 : 2009 07 06; 修回日期 : 2009 11 06. ( ) 基金项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 40871177 、国 家 重 点 实 验 室 基 金 项 目 “中 国 数 字 地 貌 空 间 格 局 图 谱 研 究 ” ( ) ( ) 088RA304SA 、国家科技支撑 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 2008BA K50B01 25 和 2008BA K50B0126 、 863 计划课 题 “基于多源遥 感影像的灾害风险快速评估技术 ”共同资助 。 ( ) 作者简介 : 程维明 1973 - , 男 , 博士 , 副研究员 , 主要研究方向 : 数字地貌与地学信息图谱 , 发表论文 40余篇 。 E2m a il: chengwm @ lre is1ac1cn ( ) 与解译方法已不能满足当今社会发展的要求 。为丘陵 , 共 17个形态类型 ; 6 中国及其毗邻地区 [ 6 ] ( ) ()地貌图 1 ?400 陈志明 , 1993 中 , 划分出两类 , 需要进一步了解和掌握翔实 了保护我们的环境 ( ) ( 形态类型 , 即地形起伏等级 5 级 和基本形态 7 的环境特征 , 故目前地貌图的精度等各个方面都 ) ( )() 级 ; 7 中国 1 ?400 万地貌图 李炳元 , 1994 和 有了很高的要求 , 而以前的地貌图由于受当时社 ( )李炳元 2008 通过对已有的基本地貌分类及其划分 会与技术的制约已无法施展更大的作用 , 故数字 指标进行系统分析和评估 , 认为中国陆地基本地貌 地貌也 应 运 而 生 , 苏 时 雨 和 李 钜 章 在 《地 貌 制 [ 10 ]类型按照起伏高度和海拔高度两个分级指标组合来 图 》一书提到电子地貌图 , 它将 其内 容 以数 字 划分的原则符合起伏复杂 、多台阶中国地貌的基本 形式存储于计算机中 , 可适当改变或扩充其表达 特点 , 在 1?100 万地貌图分类系统的基础上 , 划分 内容 , 甚至没有改变内容 , 其好处在于地貌分 类 出 7个基本形态 , 按照中国地势特征 , 划分出 5 级 可采用多级多要素方法 , 并将这些信息逐层逐级 [ 7 28 ] 海拔等级 , 组合出 28 种基本地貌形态类型 。 集成于地貌数据库中 , 只要在 G IS中按照 专家 知 () 国际上 , 以国际地理联合会 地貌 调查 与 制图 识 即不同的分类 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 来重新组织信息 , 便可生 委员会编制的 《1 ?250 万欧洲国际地貌图 》图例 成各种类型的地貌图 , 同时 , 电子地貌图除具 有 系统中的基本地貌形态分类研究为代表 , 也是以 出图功能之外 , 还可进行地貌要素之间的空间分 海拔高度和起伏高度为依据 , 将基本地形形态类 析 , 这主要借助于 G IS软件的强大的空间 分析 功 [ 9 210 ] 型分为五大类 。该分类方案与我国 20 世纪 50 能 。 年代早期的方案相类似 , 其 中 的高 原 、台 原 、山 目前 , 利用数字高程模型进行 地貌 形 态类 型 原 、山垅等是一种组合类型 。 的自 动 提 取 是 数 字 地 貌 研 究 的 热 点 , 如 Ph ilip () ( )T1Gile s 1998 利用数字高程模型 D EM 来研究自 ,可知 对 地貌对比上述地貌形态的研究 成果 [ 12 ] ( ) 动提取坡度单元的分类方法 ; 张会平等 2004 形态的研究在逐渐深化 。分析表明 ,地貌形 态类 ( )型之间具有等级概念 , 包括 : 1 宏观形态 : 即平 也利用 D EM 数据来研究岷江上游地貌形态 , 主要 [ 13 ] ( )利用 D EM 来自动提取坡度等地形要素 ; 汤国安 原和山地大地貌单元 ; 2 基本地貌形态类型 : 由 ( ) 等 2003 利用 D EM 自 动 提取 黄土 地貌 类 型的 方 ( ) 地势起伏和海拔两组指标构成 ; 3 形态类型 :它 [ 14 ] 法 , 同时 他 们 致 力 于 研 究 不 同 比 例 尺 之 间 的们可 反 映 出 成 因 , 如 冲 积 扇 、河 漫 滩 、阶 地 等 , ( )或冰水阶地 、冰水漫滩等 ; 4 微地貌形态 : 如微 D EM 数据精度的转换 , 这对数字地貌研究起到很 ( ) 高地 、洼地 、泻 湖 洼 地 、滨 海 低 地 、湖 滩 、滨 湖 好的促进作用 。许世远等 2000 发表于 《地理学 低地 、入湖三 角 洲 、古 河 床 洼 地 、古 河 漫 滩 、自 报 》上的文章 “地貌形态模拟 ”主要运用地理信 然堤 、低平地 、泛 滥 平 地 、微 倾 斜 平 地 、向 河 缓 息系统将数字高程模型和数学模型结合起来 , 来 [ 15 ] ( ) 研究 模 拟 地 貌 的 动 态 研 究 过 程 等 。汤 国 安 等 坡地 古 河 床 高 地 等 ; 5 坡 度 和 坡 向 及 其 组 合 : ( ) 2005 利用 1 ?100 万 D EM 数据及其所派生的多种 即地表面的坡面特征 。 地貌信 息 进 行 地 貌 形 态 类 型 自 动 划 分 的 技 术 方 [ 16 ] 法 , 实验提取地形起伏度 、地表切割度 、地表 2 数字地貌及形态类型制图 粗糙度 、高 程 变 异 系 数 、平 均 坡 度 、平 均 高 程 6 个地形因子 , 并将各因子臵于不同的信息层面中 , 数字地貌是以数字形式将所有与地貌相 关的 , 便于信息加 工 、更 通 过 主 成 分 分 析 , ISODA TA 非 监 督 分 类 法 与 信息都集成存储于数据库中 [ 10 211 ] 新 、空间分析 , 制作出不同类型的地貌图 。 B aye sian最大似然监督分类法相结合 , 对中国地貌 基于地形图上的各类信息以及野外实地 调查 的基本形态进行了多维信息综合分类 。 获得的数据进行地貌形态特征的获取和计算是最 数字地貌信息提取方法体现出有别于纸质 地常见的研 究 内 容 , 包 括 形 态 示 量 图 , 如 高 度 图 、 貌图的定量化和数字化特征 , 这里的信息包含从 坡度和坡向图 、切割密度图 、地形能量图和 其他 遥感影像 、D EM 和地质图等多种数据源上直接或 [ 10 ] 形态指标图等 。随着信息化和数字化时代的到 间接获 得 的 地 貌 特 征 。可 直 接 获 得 的 信 息 包 括 : 来 , 要求对任何问题的研究方法和表达方式既要 海拔高度 、地 势 起 伏 度 、坡 度 、地 貌 形 态 、微 地 数字化 , 又能快速省时 , 因此 , 传统 的地 貌 研究 貌形态 、地形地貌特征线等 ; 可间接获得的数 字 727 6期程维明 等 : 中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析 表 1 基于 D EM 的中国陆地海拔高度分级面积比例 地貌信息包括 : 地貌形态的内外营力 、内外 营力 Ta b11 A rea sca le s a ccord in g to a lt itude c la sse s of lan d 的堆积和侵蚀特征 、地貌年龄 、地貌类型物 质组 geom orpho logy ba sed on D EM in C h ina 成等 。其中 , 地貌营力隐含在 地貌 形 态上 , 它不 4 2 ( )( )面积 ×10km 百分比 % 海拔高度分级 可能直 接 获 得 , 但 可 以 通 过 地 形 外 貌 形 态 特 征 、 ( )1252 1470 41148低海拔 < 1 000m 地质 、土地利用等信息综合获取 。 ( ) 中海拔 1 000 ,3 500m 3171398 371409 数字地貌具有诸多优点 , 可 满足 目前 信 息时 ( ) 高海拔 3 500 ,5 000m 1571169 181524 ( )代的要求 。 1 数字形式 : 数字地貌强调了用计算 ( )极高海拔 > 5 000m 621644 71383 机来存储 、加工和实时更新地貌信息 , 其内 容都 用数字形式显示 , 为了便于数据或信息的比较和 显示 , 需要对某一些特定区域的各类地貌信息集 312 地势起伏度的计算及分析 成在一起 , 目前 A rcG IS软件推出了适于数据管理 地表起伏度 是描 述 地貌 形态 的 定量 指 标 , 也的 Geoda taba se, 它可将同属于一个研究区内的各 是区域地貌对比研究和地貌类型划分的客观依据 。 ()种信息 包括点 、线 、面 都放在同一个数据集中 , 地势起伏度是指某一确定面积内最高和最低点之 [ 17 218 ] 原来一个文件只能存储一个图层 , 现在可任意加 ( ) 高差 。李钜章 1982 , 1987 认 为地 表 起伏 度 载图层信息 , 只要所有信息具有相同的投影和图 应包括起伏高度和起伏密度 。起伏度在一定程度 ( ) 幅范围就可集成在一起 ; 2 定量化及空间分析 : 上反映地貌的发育阶段 : 年青的 、近期强烈抬升 ,这里的空间分析包涵两层含义 , 其一是将几种或 褶皱或断裂形成的形态有较大的起伏度 , 老年的 、 多种要素进行叠加生成各种专题要素图 , 实际在 经本期夷平作用的起伏度较小 。同时 , 起伏度 大 应用过程中 , 一个要素可直接生成一种专题图件 , 小决定了近期侵蚀作用强度的重要要素之一 , 生 如就海拔高度要素可生成地势海拔图 , 起伏度要 产上有重要意义 。 素可生成地势低起伏图 , 海拔和起伏度叠加可生 要编制反映某一区域内高差 的 起伏 度图 , 首 成基本地貌形态类型图等 , 其二是对划分指标是 先必须确定度量的 区 域单 元 。例 如 , 欧 洲 250 万 2否合理进行评判 。 地貌图的地势起伏是指 16 km中的最高点与最低点 [ 9 ] 的高差 , “中国 1 ?100 万地貌图制图规范 ”中的 3 基于 D EM 的地貌形态特征定量提 山地起伏度是指山脊顶与顺坡向到最近大河汇流面2 积大于 500km 或到最近较宽宽度大于 5km 的平原 取与分析 [ 10 ] 或台地的交接点的高差 。而实体高差是指单个地 311 海拔高度的分级及提取 貌实体最高点与其外缘各点的平均高度的高差 。李 地貌面的海拔高度和地表的相对起伏度 是最 钜章先生 1987 年发表于 《地理研究 》的 “中国地 基本的地貌形态指标 , 它们在宏观上也体现了地 貌基本形态划分的探 讨 ”一 文中 , 讨论 了 相对 高 貌内营力作用的特征和性质 。根据中国陆地地貌 度 、局部地势 、实体图斑高差 、实体图斑边缘高差 、 [ 18 ] 形成与演 化 , 以 及 三 级 台 阶 特 征 , 在 中 国 1 ?100 ()简称起伏度 的概念及含义 。 山体起伏高度 [ 5 ] 万数字 地 貌 分 类 系 统 中 , 海 拔 高 度 分 为 四 级 , 通过对比发现 , 后几种都是非 网格 式 的多 边 ( ) ( ) 即低海拔 < 1 000m 、中海拔 1 000 ,3 500m 、 形区域 , 这些定义所规定的每个区域单元的面积 ( ( ) ) 高海拔 3 500 ,5 000m 和极高海拔 > 5 000m , 和划分方法一般都不一致 , 故它们的高差可比性 其中 1 000m、 3 500m 两个高程充分反映我国地势 比较差 , 一般只适用于作为形态分类的划分指标 的三级台阶 , 同时 3 500m 高程为现代冰川和古冰 因素 , 不适于编制起伏度图 。 (( ) 川作用的下限 也就是多年冻土下线和森林上线高 涂汉明等 1990 在编制 1 ?400 万中国及其邻 [ 19 ] ) 区地貌图时 , 提出了地势起伏度的新概念 。地 度 ; 5 000m 高 程 为 雪 线 平 均 高 程 。基 于 全 国 1 ?100万 D EM 数据 , 在 A rcG IS中利用空间分析功 势起伏度从数量上讲是单位面积内之高差 , 或称 能模块 , 便可得出我国低海拔区域占 48147 % , 中 统计单元内之起伏高度 , 并得出起伏高度随面积 海拔区 域 为 371409 % , 高 海 拔 区 域 为 181524 % , 的变化曲线为罗吉斯蒂克型 。 极高海拔区域为 71383 % 。 按欧洲 1 ?250 万地貌图地势起伏的概念来编 [ 11 ] 口的地形起伏度结果值 。 , 可 采 用 直 角 网 格 式 划 分 区 域 单 元 ,制起伏 度 图 ( ) 以每一网格的最高点与最低点的高差 , 作为该网 唐飞等 2007 选取了代表新疆基本地貌特征 格的地势起伏度即可 , 网格大小显然不一定要取 戈壁 、沙漠 、丘陵 、高山的克拉玛 依幅 含 阿勒 泰 2 [ 21 ] 16 km, 因为随着网格单元由小到大 , 单元内最高 幅影像进行了试验 。得出准噶尔盆地及其西北 2 山区地势起伏度计算的最佳统计单元为 4 km; 作 点与最 低 点 的 高 差 , 无 论 何 处 都 总 是 从 小 变 大 , 一般情况下这种高差开始以较快的速度增加 , 以 者选取了代表中国基本地貌特征 ———平原 、高原 、 ( ) ( ) 山地 、丘陵的南京幅 I - 50 、兰州幅 J - 48 和 后增加的速度变缓 , 当单元面积达到某一阈值后 , ( )这种高差基本稳定在一个数值上 , 当网格大小取 西宁幅 J - 47 进行了试验 。将网格单元从 3 ×3、 这个阈 值 时 , 应 该 能 够 较 客 观 地 反 映 区 域 特 点 。 4 ×4、 、一直扩大到 60 ×60 等 , 对比不同网格 当然这个阈值及其对应的高差在不同地区是不同 单元内起伏度值的变化情况 , 并制作图 , 其横 坐 标为网格单元 , 纵坐标为相应的起伏大小 , 对 比 的 , 陈志明等在 编 制 “中 国 及 其 毗 邻 地 区 1 ?400 [ 6 ] 万地貌图 ”时 , 曾对不同地区分别做了单元面 可以看出 , 利用 1 ?25 万 D EM 来计算地势起伏度 2 ( )积由小到大 , 其最高点与最低点高差变化的统计 时 , 20 ×20的网格大小 4 km可作为曲线变化的 [ 11 ] 工作 。结果得出 , 对我国大部 分地 区 , 当 单 元面 拐点 , 即为曲线由陡变缓的阈值 。另外 , 对塔 2 克拉玛干沙漠内部沙垄区试验的最佳网格单元为 积在 21 km时 , 其最高点与最低点高差基本达到 2 2 稳定 。也就是说 , 在研究我国 的地 形 特征 时 , 应 014 km; 对藏北高原区试验结果为 2115 km, 对横 2 2 ( ) 断山区 试验 结果 为 5110 km。郎 玲玲 等 2007 以 该采用 21 km作为地势起伏的统计单元 。这种大 小的网格对于 1 ?25 万或 1 ?100 万的比例尺显然是 福建省 1 ?25 万 D EM 为实验数据 , 计算地势起伏 2 相当大的 , 这样最后获得的地势起伏度图相当粗 , 度 , 确定研究区的最佳分析窗口面积为 4141 km, 不能准确地反映地形的实际情况 , 而且不同的网 得出中国低山丘陵区计算基本地貌形态类型的最 [ 22 ] 佳尺度 D EM 为 1 ?25 万比例尺 。 格原点得出的图形也会有相当大的差异 。 ( ) 涂汉明等 1990 , 1991 曾 对 全国 600 各 样点 分析以上试验结果可以得出 , 在全国范围内 , ( )和两个小区的详细研究 , 论证了中国地势起伏度 基于 1 ?25万 100m 网格大小 尺度的 D EM 计算地 [ 19 220 ] 2 势起伏度 , 具有普适性的采样单元为 4 km, 从而 最佳统计单元的存在 。研究表明 , 中 国 存在2 2 2、 10、 16、 20、 22 km五种不同规模的地势起伏 修正了我国地貌学家以前确定的 21 km作为全国 2 度最 佳 单 元 , 得 出 2 km适 用 于 在 比 例 尺 大 于 地表起伏度计算的统计单元 , 为地貌单元特征定 2 量化提取确定了统一的指标基础 。 1 ?215万的地形图上操作 , 6、 16、 20 和 22 km分 别适用于在比例尺大于 1 ?55 万 、 1 ?90 万 、 1 ?100 万 、 1?105万地形图上操作 。分析表明具有全国普适 2 性的最佳统计单元为 21km, 其比例尺应为 1?100万 。 基于 A rcG IS的空间分析功能计算地势起伏度 可表 示 为 如 下 公 式 : R F = Hm ax - Hm in, 式 中 : R F是分析区域内的地形起伏度 ; Hm ax是 分 析窗 口内的最大高程值 ; Hm in 是分析窗口内的最小高 程值 。由此得到 n ×n网格单元与地势起伏度的关 系 。具体计算方法为 , 利用 A rcM ap 中的空间分析 图 1 不同尺度 D EM 与最佳统计单元面积 ( ) ( Sp a tia l A na lyst模块 中 的领 域分 析 N e ighbo rhood() 拟合曲线 引自郎玲玲 , 2007 ) Sta tistic工 具 , 以 n ×n 像元 的矩 形 为模 板 算 子 ,F ig11 F itting cu rve of the re la tion sh ip be tween grid () 从 3 ×3开始 一直计算到 65 ×65 , 对整个研究区 un its and d iffe ren t D EM sca le s 进行移动计算 , 先计算出 n ×n 像元内的网格最大 [ 23 ] ( )基于 1 ?1 万 D EM 进 行龙 口高守英 2003 值 m axm um , 然 后 计 算 出 其 领 域 最 小 值 m inm um , ( 市泳汶河流域起伏度提取中 , 采用 3 ×3 01000 9 ( ) 再利用模块中的 栅格 计 算工 具 R a ste r Ca lcu la to r2 [ 22 ] )( ) km 格网单元 ;郎玲玲等 2007 研究 1 ?10 万 计算最大值与最小值高程差 , 就得到了该 n ×n 窗 729 6期程维明 等 : 中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析 2 D EM 的采样单元为 014 km, 1 ?25 万 D EM 的采样 , 则 可 以 完 成 山 地 、并合理 设 臵 坡 度 和 面 积 阈 值 2 [ 24 ] 单元为 4 km; 1 ?400 万 D EM 编制中国 1 ?400 万地 平原界 线的 自 动提 取 , 其 具 体 的 提 取 步 骤 为 : 2 ( ) 貌图中 , 采用 21 km的 最 佳 统 计 单 元 。因 此 , 可 1 结合中国 1 ?100 万数字地貌制图工作 , 基于 (SR TM 2D EM 数据 , 选择 合 理 坡 度 算 法 , 进 行 坡 度 得出多尺度 DEM 数据所对应的最佳格网单元大小 图2 ) 分级方法实验 , 判断最佳断点 , 提取基于单一 坡 1, 由拟合统计数据得 , 判定系数 R= 01996 84, 作 ( )度的平原 、山地图 ; 2 在提取初级图基础上 , 进 拟 合 优 度 检 验 , 拟 合 度 良 好 , 对 数 方 程 为 y = ( ) 行 G IS的连通性分析 , 采用四向 /八向两种方式相 5168 ln x- 13118。从图 1 中可以发现 , 1 ?250 万 2 结合的搜索方式 , 将相邻且具有相同坡度分级值 D EM 尺度 下 所 对 应 的 18 km, 与 欧 洲 用 1 ?250万 2 ( )的栅格归为一个区域 ; 3 任何地貌单元 , 只有面 D EM 提取地 势起 伏 度 时 采 用 的 16 km非 常 接 近 , 积达到一定阈值时才被单独提取 , 故因此邻域搜 这在一定程度上印证了该对应关系的合理性 。据 索后 , 需合理设定面积阈值 , 处理面积小于阈 值 :对于 1 ?250 万 D EM 数据 ,此我们可以进一步推测 2 ( )大小的破碎图斑 ; 4 对于栅格转化得到的矢量非 最佳统计单元为 18km,1 ?100 万 D EM 数据 , 最佳 2 圆滑 边 界 折 线 , 进 行 G IS 平 滑 处 理 , 完 成 基 于 统计单元为 12km。从而得出我国存在 014、 4、 12、 2 SR TM 2D EM 的平原山地自动提取 。 18、21km五种不同规模的地势起伏度最佳单元 , 目前 , 坡度计 算 方 法 很 多 , 对 于 全 国 性 山 地 并分别对应着不同的比例尺 。 和平原提取采用 A rcG IS中常见的 3 ×3 网格的坡度 基于以上分析结果 , 在 1 ?100 万 地 貌 图 分 类 计算方 法 即 可 满 足 要 求 。相 比 其 计 算 方 法 而 言 , (中 , 利用 SR TM 2D EM 数据 网格大小为 90m , 接近 [ 25 ] 2 ( ) 坡度阈值的选择更为重要 , 如肖飞 2008 以昆 ) 于 1 ?25万尺度 , 采用 4 km的采样单元 , 按照平 仑山为例 , 在进行山地和平原界线自动提取 , 所 (() ) 原 起伏度 < 30m 、台地 起伏度一般 > 30m 、丘 [ 24 ] ( ) 采用的坡度阈值为 7 ?; 龙恩 2008 在长白山地 (() 陵 起伏高度 < 200m 、小起伏山地 起伏高度 200 区平原 和 山 地 分 割 中 坡 度 阈 值 为 315 ?; 郎 玲 玲 () ) ,500m 、中起伏山地 起伏高度 500 ,1 000m 、 [ 22 ]( ) 2007 在福建地区的坡度阈值为 3 ?。作者在试 ()大起伏山地 起伏高度 1 000 ,2 500m 和极大起伏 验塔克拉玛干沙漠边缘区分新月形沙丘和沙地的 () 山地 起伏高度 > 2 500m 的分类方法 , 得出中国 坡度阈值为 3,7 ?, 在沙漠腹地区分沙垄和缓起伏 () 的 1 ?25万尺度上的地势起伏度分布 表 2 。其中 沙地的坡度阈值达 15 ?; 天山南麓山前的洪积扇的 小起伏山地所占比例最大 , 为 271018 % , 其次为 上缘和下缘的 坡 度阈 值分 别为 15 ?和 7 ?等等 。可 丘陵 , 占 261907 % , 平原类型第三 , 占 211060 % 。 见 , 因我国地貌区域差异较 大 , 目 前 , 还 没有 一 表 2 基于 SRTM 2D EM 的中国地势起伏度分级面积比例 个确定的坡度阈值来进行全国范围内的山地和平 2 ( 4km ) 原自动划分 。Ta b12 A rea sca le s a ccord in g to re l ief c la sse s of lan d 2 geom orpho logy ba sed on SRTM 2D EM in C h ina ( 4 km ) 4 遥 感影 像 等 多 源 数 据 的 地 貌 形 态 4 2 ( )百分比 % 起伏度类型 ( )面积 ×10km 特征提取及分析 ( )1659 1060 20021平原 < 30m ( ) ( 台地 > 30m 丘陵 < 811937 81600 ) ( 200m 小起伏山地 200 ,地貌 卫 星 遥 感 解 译 是 地 貌 制 图 的 工 作 重 点 , 2561365 261907 )500m 全国数字地貌解译主要采用陆地卫星 TM / ETM 等 2571431 271018 ( ) 中起伏山地 500 ,1 000m 数据 , 进行人机交互地貌解译的方法完成的 。以 137141463 1427 ( ) 大起伏山地 1 000 ,2 500m ( )极大起伏山地 > 2 500m 181938 11988 卫星遥感影像为基础 , 参考现有地貌图 、地形图 、 01005 01001 D EM 计算出的地势起伏度 、坡度和形成的三维立 体晕渲图 、地质图等有关资料 , 采取综合分析 和 313 平原和山地大地貌单元的自动提取 对比 , 由此及彼 , 由表及里的分 析 , 从 定 性到 定 从形态结构看 , 山地可以理 解为 是由 一 个个 量 , 由已知推未知 , 扩展为对全 区 域的 认识 , 确 坡度大于某一阈值相互连接而达到一定面积的坡 定形态成因类型 , 找出各种地貌类型的形态和空 面组成 。据 此 , 只 要 恰 当 的 选 择 坡 度 分 级 方 法 ,间分布规律 。 本次数字地貌解译采用分层解译与图斑 分割, 海拔 5 500m 以上的山地基本都为极高山无异明 的方法 , 即从地貌实体的多尺度特征出发 , 采用 议 , 这与 现 代 冰 川 及 现 代 雪 线 的 位 臵 基 本 相 符 , 分层解译 , 从基本的形态出发 , 然后 , 逐步深化 , 需要人为来确定 。 不断进行图斑的分割 , 最后 , 得到形态成因 的地 因此 , 按照上 述 原 则 , 在 地 貌 制 图 规 范 及 流 (貌图斑 。初始层命名为第零层 , 主要为平原 含河 程中 , 为了能充分反映各地区山地特征 , 在基 本 )谷平原 与山地地貌特征的解译 , 要求精确地确定 保证 1 000、 3 500、 5 000m 三条等高线的框架下 , 平原与山地的分界线 ; 第一层为基本地貌形态类 可有 500m 的上下浮动 。因此不能按照一刀切的方 型解译 , 主要是依据地形起伏度和地貌面的海拔 法 , 来严格定义 1 000m 以下就为低山 , 5 000m 以 高度进行地貌界线的确定 ; 第二层为 15 种主要成 上都为极高山 , 等等 , 如按一刀 切 的办 法 , 我 国 因类别 ; 第三层解译次级成因类型 ; 第四层 根据 东部就几乎没有中山 , 青藏高原的山地几乎都为 成因确定形态差异划分类型 ; 第五层根据形态确 极高山 , 这不合乎常理 , 也是地 貌 复杂 、无法 用 定次级形态差异划分类型 ; 第六层根据坡 度 、坡 某种确定算法来自动计算的原因 , 只能根据专家 [ 26 ] 向及其组合划分地貌的倾斜程度或坡度 ; 第七层 知识来判断 。 根据物质组成或岩性确定的地貌物质类型 ; 第八 如果严格按照等高线 1 000m、 3 500m、 5 000m 层合并 第 一 、二 、三 、四 、五 、六 、七 层 图 斑 属 来定义低海拔 、中海拔 、高海拔和极高海拔界 线 性编码并命名 , 完成每一图幅的数字地貌遥感解 时 , 也会出现等高线将完整山地从半山腰切割的 译 , 实现了数据的分层分级和无缝拼接 。 现象 , 显然 这 是 不 合 理 的 , 为 了 既 能 反 映 海 拔 , 又能完整地反映一个山地 , 需要解译过程中将山 在数字地貌解译过程中 , 基于 D EM 计算的各 (地之间的坡折线 、沟谷线 、山麓线等特征线作 为 种地形形态示量图 包括高度图 、起伏度图 、坡度 [ 26 ] )图等 对判断地貌界线有很大的作用 , 但实际解译 区分界线 , 而不是完全利用等高线来区分 。 中 , 应以影像等多种资料进行综合判断 , 且 需要 利用气候地貌指标为海拔分 级 更为 重要 , 我 () 对 D EM 计算的指标做区域调整 , 方能辅助进行遥 国西部地 区的 冰缘 即多 年 冻土 下 线 为 划 分 中 、 感解译 , 下面将详细讨论对 D EM 生成的陆地地貌 高海拔的分界线 , 现代雪线下界为高海拔和极高 海拔的分界线 。如阿尔泰山南坡的干燥上限大致 基本形态指标的具体调整 。 为 1 000 ,1 500m; 冰缘下界大致为 2 400m; 现代 雪线为 3 200m。天山北坡干燥上限为 2 000m; 冰 411 海拔高度的区域调整 因我国地域辽阔 , 地貌形态 和成 因类 型 复杂 缘下界 2 800m; 现代雪线 3 500m。天山南坡干燥 多样 , 在海拔高度等级的划分上 , 上世纪 80 年代 上限 2 000 ,2 500m; 冰缘下界西段为 3 500m , 向 编制 15幅地貌图时曾争论了相当长的时间 , 最后 东逐 渐 降 低 , 巴 里 坤 附 近 3 200m , 东 端 最 低 处各位专家达成基本一致意见 , 以我国的三级台阶 3 000m; 现代雪线天山南坡西 4 500m、中 4 200m、 [ 5 ] 来划分海拔等级 , 即 1 000、 3 500、 5 000m。但 东 4 000m、天山内部 , 3 500m。昆 仑山 山脉 , 冰 实际应用中 , 因山地的类型复杂多变 , 各地 都在 缘下界西部为 3 500m , 中东部为 4 600 ,4 800m; 这三条等高线上下可作适当调整 。东部地区山地 现代雪线大致上西部为 4 500m , 中东部为 5 500m。 较少 , 但起伏相对较大 , 因此 在长 白 山 、山 东低 秦岭 地 区 的 多 年 冻 土 下 界 , 北 坡 2 000m; 南 坡 山丘陵区 、东南沿海低山丘陵区低山与中山分界 2 500m。青 海 南 部 3 500m; 若 尔 盖 草 原 东 缘线降为为 800m; 大兴安岭 、太行山一线 , 低山与 4 000m , 再往西到高原面为 4 600m 左右 ; 松潘黄 中山分界线为 900m; 往西的山地低山与中山的界 龙地区一 带 3 000m; 南 部 四 川 黑 水 一 带 4 000m。 线基本都为 1 000m , 这样处理能较好地反映东部 总体而言 , 随着纬度的升高 , 现 代 雪线 下降 , 即 [ 27 228 ] 山地的特征 。我国西部山地较大 , 特别是青 藏高 高海拔的地区实际海拔高度越低 。 在我国西原区的各主要山地大部分都位于 5 000m 以上 , 为 部 , 当地人习惯于将 冰缘 线 以上 的 能反映西部山地的总体规律 , 在保证主要山地的 区域称为高山和极高山区 , 因此 , 如按照全国 统 海拔不变外 , 一些小的分支山地需要将海拔高度 一的 3 500m 左右高山的划分界线 , 类似阿尔泰山 、 降低 , 这样才能拉开山地等级关系 , 大量资 料表 准噶尔西部山地 、天山北麓等区域的冰缘地貌将 731 6期程维明 等 : 中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析 被视为中山区 , 这是不合乎 常 理的 , 因此 , 对于2左的阿尔泰山 、天山 、青藏高原边缘山体 、台湾 全国尺 度 上 的 地 貌 类 型 的 划 分 , 必 须 结 合 遥 感 、的中央山脉等都不明显 , 说明仅用 D EM , 且使用相 D EM 和地质等资料 , 综合判断 , 并将形态与其相对 同的确定值来划分全国海拔所得出的结论肯定存 应的成因类型完全统一起来 , 方能获得相对准确可 在问题 , 而应利用多源数据 , 结合当地实际情 况 靠的数据 , 表 3为根据遥感影像等多源数据获得的 灵活处理 , 方能获得确实可靠的数据 。全国海拔高度分级的面积及百分比 , 中海拔所占比 例最大 , 为 381506% , 其次为低海拔 , 占 361758%。 412 地势起伏度的区域调整 对于地势起伏度计算的七种形态的划分数 量表 3 基于遥感和 D EM 等多源数据综合判读的地貌类型 关系和海拔一样也是相对值 , 不能完全说起伏度 海拔高度分级面积比例为 2 500m 就肯定为极大起伏山地 , 也需要做一些 Ta b13 A rea sca le s a ccord in g to a lt itude c la sse s of lan d [ 26 ] 小的微调 , 要视具体山地来定 。但好处是 , 只 geom orpho logy ba sed on m u lt i2source s da ta such a s 要我们能确定图斑 , 就可以在 G IS中算出 图斑 的 SRTM 2D EM an d RS im a ger ie s e tc in C h ina 起伏度值 。按照影像与地形图等资料确定了图斑 4 2 ()( )( )个 面积 ×10km 百分比 % 斑块数 高度分级 后 , 在给 每 个 图 斑 赋 具 体 的 海 拔 与 起 伏 度 值 时 , 59 881 3491290 1758 36低海拔 需要判 断 它 与 周 围 图 斑 的 相 对 高 差 关 系 。首 先 , 中海拔 高43 243 3651895 381506 确定主要山体图斑的属性值 , 按照实际来赋 , 然 海拔 极高1411093 141849 22 702 后 , 按照相对关系与垂直带原理对周围图斑的海 海拔 931955 91888 8 611 拔或者起伏度需要作一些小的调整 , 否则分开的 图斑会因属性一致又要合并在一起 。这种情况包 ( )对比表 1和表 3 ,可以看出 , 表 1 低海拔面积括 : 1 图斑之间明显有高差关系 , 但海拔和起伏 ( )度又一样时 ; 2 面积特大的图斑 , 但边缘可划分 比例最大 , 而表 3 中海拔面积比例最大 , 这 是由 图斑时 ; 明显需要反映垂直带分布规律 , 相邻 图 于低海拔 1 000m 的高度值在长白山 、山东丘陵和 斑之间缺少垂直带中的某一海拔高度时等 。再丘 () 东南沿海丘陵区被调整为 800m 图 2 。图 2 的左 陵 、台地的高 、低类型等都是需要根据图斑的 所 为仅用 D EM 数据的海拔分级 , 右为基于遥感等多处位臵及相对关系来判断 , 几乎没有明显的数量 源数据解译获得的海拔分级 , 对比可以看出 , 图 2对应关系 。这些现象对于连绵起伏的山地较常见 , 右对我国三级台阶的各大山体反映更好 , 特别是东 部第一台阶很明显 ; 相比较而言 , 图 2 左的大兴安 岭 、小兴安岭 、长白山 、山东低山丘陵和江南低山 200m 时 ,就需要勾当山顶到鞍部的相对高差超过 丘陵所反映第三级台阶较差 。再在高海拔区域 , 图 图 2 基于 D EM 和遥感影像等多源数据获得的中国海拔分级分布 () 左 : 利用 D EM 数据的海拔分级 ; 右 : 遥感等多源数据获得的海拔分级 F ig12 Sp a tia l d istribu tion of a ltitude c la sse s of land geomo rp ho logy ba sed on SR TM 2D EM ( )and R S im age rie s in Ch ina left: on ly D EM ; righ t: m u lti2sou rce s da ta 表 4 基于遥感和 D EM 等多源数据综合判读的中国 画不同起伏的山地或丘陵类型 。 地势起伏度分级面积比例在数字地貌解译过程中 , 要 注意 山地 地 貌形 Ta b14 A rea sca le s a ccord in g to re l ief c la sse s of lan d 态和成因类型的垂直带分布规律 , 从山顶到山脚 geom orpho logy ba sed on m u lt i2source s da ta such 依次可能出现极高山 、高山 、中山 、低山 、丘陵 、 a s SRTM 2D EM an d RS im a ger ie s e tc in C h ina 台地 、平原等类型 , 因此 , 如果 在一 个极 高 山的 面积 百分比 图斑中间勾 画 出 一 个 高 山 、中 山 、低 山 、丘 陵都 ()个 4 2 斑块数 类型 ( )×10km ( )% 是不对的 , 依次类推 。但在山地类型图斑内部存在 ( )1954 1146 25727平原 < 30m 43 475 台地和平原类型又是对的 。另一种情况 , 如果一个 ( ) 881354 91298 台地 > 30m 14 620 ( ) 丘陵 < 200m 小起伏山地 1921213 201228 河谷从丘陵一直延伸到高山区 , 在与河谷接壤的区 34 650 ( ) 200 ,500m 中起伏山地 1521556 161055 21 483 域的高山区 , 勾画出一个中山 、低山 、丘陵是合理 ( )500 ,1 000m 1711113 181007 15 000 的 , 因为河谷的海拔较低 , 在它的两旁出现比实际 ( 831515 81789 ) 大起伏山地 1 000,2 500m 4 961 山体海拔较低的地貌类型是可能的 , 也是合理的 。 41529 01477 ( )248 极大起伏山地 > 2 500m 基于遥感影像等多源数据综合判读解译 获得 的全国地势 起伏 度分 级 及分 布 见 表 4 和 图 3 , 其 很难将将台地和丘陵区分开来 。 中 , 平原所占比例最大 , 为 271146 % , 其次为丘另一个变化是沙丘的表示 , 在基于 DEM 计算的 陵 , 占 201228 % 。地势起伏分级中 , 多数沙丘因起伏度较小 , 都被划分 比较表 2 和 表 4、图 3 的 左 和 右 图 , 可 以 发 到平原类型中 , 在数字地貌的分类体系中 , 把沙丘归 现 , 基于遥感影像等多源数据所获得的全国地势 为丘陵类型 , 这在 “中国 1?100万地貌图制图规范 ” 起伏度 分 级 比 例 中 , 平 原 类 型 的 面 积 比 例 增 加 , ()1987也可得到证实 , 故我国北方的几个大盆地的沙 且分布 比 例 变 为 最 大 , 分 析 其 原 因 , 利 用 SR TM() 漠地貌中出现了大片的丘陵类型 图 3右 。2 数据 , 基于 4 km的采样单元进行计算时 , 山区的 河谷平原类型很难被区分出来 , 而在人机交互解 5 中 国陆 地 地 貌 基 本 形 态 类 型 的 空 译过程中 , 对于山区的河谷平原类型可全部得到间分布格局 表达 。台地类型的判断是地貌解译中最困难的一 类 , 如利用遥感影像等多源数据 , 就可综合 判断 基于遥感影像等多源数据解译获得的中国陆 (出东北平原山前地带和大巴山以北等区域大片的 地地貌的四级海拔高度 即低海拔 、中海拔 、高海 )(冲积洪积台 地 、侵 蚀剥 蚀 台 地 , 黄 土 高原 地 区的 拔 、极高海拔 和七级地势起伏度 即平原 、台地 、 塬 、台塬 等 类 型 。而 仅 用 D EM自 动 提 取 台 地 时 , 丘陵 、小 起 伏 山 地 、中 起 伏 山 地 、大 起 伏 山 地 、 图 3 基于 D EM 和遥感影像等多源数据获得的中国地势起伏度分级及空间分布 () 左图 用 D EM 数据的地势起伏度分级 , 右图 基于遥感等多源数据获得的地势起伏度分级 F ig13 Sp a tia l d istribu tion of re lief c la sse s of land geomo rp ho logy ba sed on SR TM 2D EM and R S im age rie s in Ch ina1 ( )left: on ly D EM ; righ t: m u lti2sou rce s da ta 733 6期程维明 等 : 中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析 [ 8 ] )) 命名为基本地貌类型 , 其分布格局见图 4 , 面两个指标相组合 , 便获得中国陆地 极大起伏山地 (积比例和图斑数见表 5 和图 5。 地貌的 25 种基本形态类型 李炳元 , 2008 , 将其 图 4 中国陆地地貌基本形态类型面积比例及图斑数关系 F ig14 R e la tion sh ip be tween a rea sca le s and p a tch num be rs of ba sic mo rp ho logica l typ e s of land geomo rp ho logy in Ch ina 表 5 基于遥感影像等多源数据获得的中国陆地地貌 图 4 和表 5 表明 , 在我国陆地的 25 类基本形 基本形态类型面积及百分比 态地貌 类 型 中 , 低 海 拔 平 原 分 布 面 积 最 大 , 占Ta b15 Area sca le s and propor t ion s of ba s ic m orpho log ica l (141846 % , 如我国的几大平原 包括东北平原 、华 type s of lan d geom orpho logy ba sed on m u lt i2source s )北平原 、长江中下游平原等 和几个大盆地的一部 da ta such a s SRTM 2D EM an d RS im a ger ie s e tc in C h ina () 分 包括准噶尔盆地 、塔里木盆地和四川盆地等 。 面积 斑块数 百分比 其次为中海拔丘陵 , 占 91858 % , 包括我国二级台 基本地貌形态类型 编码 4 2 ( )×10km ( )() % 个 阶上的高原区 、盆地区 ; 第三为 中 起伏 中山 , 占11 22 443 1421523 1846 14低海拔平原 91377 % , 包括我国东部第三级台阶和第二级台阶中海拔丘陵 9491635 1858 32 13 158 [ 29 ] 的山地等等 。 901015 91377 中起伏中山 52 7 105 31 16 920 781599 81187 低海拔丘陵 将我国陆地地貌的 25 种基本形态类型按照面 12 11 676 771002 81021 中海拔平原 积和百分比从大到小依次排列 , 可将所有 25 类划 41 9 590 581619 61106 小起伏低山 分为四大类 , 第一大类为百分比大于 10 % , 仅有5861529 1097 小起伏中山 42 7 044 21 8 898 5551020 1731 低海拔台地 低海 拔 平 原 一 种 ; 第 二 大 类 面 积 百 分 比 4 % , 13 8 111 351673 31716 高海拔平原 中10 % , 包括中海 拔 丘 陵 、中 起 伏 中 山 、低 海 拔 丘 53 3 598 331011 31439 起伏高山 中起陵 、中海拔平原 、小起伏低山 、小 起伏 中 山和 低 54 2 267 311726 31305 伏极高山 63 2 386 301547 31182 大起伏高山 大 海拔台地 , 共 7种 ; 第三大类的面积百分比为 2 % 62 1 173 271163 2183 起伏中山 大起,4 % , 包括高海拔平原 、中起伏高山 、中起伏极 64 1 402 261663 21777 伏极高山 高山 、大起伏高山 、大起伏极高 山 、中 海 拔台 地 22 3 087 221312 21324 中海拔台地 43 3 016 191684 2105 小起伏高山 和小起伏高山 , 共七种 ; 第四大类的面积百分 比 51 2 030 1811120 1887 中起伏低山 小于 2 % , 包括中起伏低山 、小起伏极高山 、高海 44 1 833 171292 11801 小起伏极高山 拔丘陵 、高海拔台地 、极高海拔 丘 陵 、极 高海 拔 33 3 313 131026 11357 高海拔丘陵 高 平原 、极大起伏极高山 、极高海拔台地和极大 起 23 2 204 91777 11019 海拔台地 [ 29 ] 34 1 259 71930 01826 极高海拔丘陵 伏高山 ,共 9种 。 14 1 245 51407 01563 极高海拔平原 将我国陆地地貌 25 种基本形态类型的面积百 74 174 31750 01391 极大起伏极高山 分比和图斑数进行排列 , 可以发现 , 25 种基本形 24 431 21153 01224 极高海拔台地 极 73 74 01825 01086 大起伏高山 态类型的面积分布呈现出对数模式 , 且相关系数 图 5 遥感影像等多源数据获得的中国陆地地貌基本形态类型的空间分布特征 F ig15 Sp a tia l d istribu tion of ba sic mo rp ho logica l typ e s of land geomo rp ho logy ba sed on m u lti2sou rce s da ta such a s SR TM 2D EM and R S im age rie s e tc in Ch ina 2 2 () 18km, 1?100万 DEM 数据 , 最佳采样单元为 12km, 0198 图 5 。面积百分比和图斑数基本呈现出 达 从而得 出 我 国 地 形 地 貌 格 局 分 析 和 地 貌 制 图 中 正相关关系 , 即类型的面积 大 , 图 斑 数也 大 。但 2 不同类型的面积和图斑数存在差异 , 即平 原 、台 存在 014、 4、 12、 18、 21 km五 种 不 同 规 模 的 地 地和丘陵的面积数大 势起伏 度 最 佳 单 元 , 图斑 数 也大 ; 相反 , 山地 , 并 分 别 对 应 着 不 同 的 比 例 类型因 其 完 整 性 等 特 征 , 单 个 图 斑 都 相 对 较 大 , 尺 ; ( )(故该类型 的 图 斑 数 也 相 应 地 位 于 拟 合 线 的 下 方 。 2 基于全国尺度上的基本形态指标 包括海 )拔和起伏度 的划分依据 , 在实际解译过程中 , 需 说明了我国地貌类型中 , 丘陵和台地基本都位于 [ 29 ] 过渡带 , 地貌比较破碎 , 而山体相对完整 。 参考 D EM 计算的形态示量指标 , 结合当地的实际 情况进行适当的调整 , 这样才能得出比较可行的 地貌形态数据 , 通过综合解译 , 得出我国陆地 地 6 结论和讨论 貌的 4个海拔分级 、 7 个起伏度分级和 25 个基本 形态类型的面积及空间分布 ; 通过对 D EM 计算的地形特征和遥感等多源数 ( ) 据综合判断的形态特征进行对比分析 , 可得出如 3 坡度是划分平原和山地 , 反映地貌单元内下结论 : 地表起伏关系的主要指标之一 , 但因我国地貌类 ( )型复杂多样 , 不同成因的山地和平原的坡度阈值 1 在全国范围内 , 基于 1 ?25 万尺度的 D EM 2 计算地势起伏度 , 具有普适性的采样单元为 4 km, 各不相同 , 从 3 ?到 15 ?不等 , 可见目前还没有一个 2 对于全国 1 ?400 万尺度 , 其采样单元为 21 km, 对 确定的阈值进行全国性山地和平原类型的划分 。 ( 比可知 , 1 ?250 万 D EM 数 据 , 最 佳 采 样 单 元 为 利用 D EM 计算地貌形态示量图 如坡度 、坡 735 6期程维明 等 : 中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析 () 征求意见稿 . 北京 :科学出版社 , 1987. )向 、起伏度 、高度 、曲率等 对数字地貌研究具有 ( ) [ 6 ]陈志明 . 中国及其毗邻地区地貌图 1 ?400 万 . 北京 :很大的指导和帮助作用 , 但因地貌是形态和成因 科学出版社 , 1993.的结合体 , 需 要 综 合 遥 感 、地 貌 图 、地 质 、地 形 ( ) [ 7 ]李炳元 . 中 国 地 貌 图 1 ?400 万 . 北 京 : 科 学 出 版 社 ,等多源数据方能获得 “定量 、定位和定性 ”的数 1994. 字地貌 数 据 , 目 前 , 利 用 D EM 进 行 地 势 坡 度 分 [ 8 ]李炳元 ,潘保田 ,等 . 中国陆地基本地貌类型及其划分 级 、大区域地势起伏计算 、山地和盆地等大 地貌 ( ) 指标探讨 . 第四纪研究 , 2008, 28 4: 5352543. 单元的方法相对比较成熟 , 多数利用 D EM 提取地 [ 9 ] D em ek J , Em b le ton C. In te rna tiona l geomo rp ho logica l ( ) 貌形态 都 集 中 在 特 殊 地 貌 特 征 线 上 , 如 山 脊 线 、 m ap of Eu rop e 1?2 500 000 . Ca rtograp hy, L ithograp hy 山麓线 、沟 谷 线 、沟 沿 线 等 和 地 貌 部 位 的 提 取 , and P rin ting: Geode tiky a Ka rtograficky Podn ik P raha, SP: 1976, 1988 , 1989. 所计算的指标多为坡度 、坡 位 、坡 向 等 , 地 貌形 [ 10 ]苏时雨 ,李钜章 . 地貌制图 . 北京 :测绘出版社 , 1999 , 35 2 态多为黄土梁 、塬 、峁等明显 的类 型 上 ; 另 外利 45. 用遥感影像进行地貌形态和成因信息提取的方法 [ 11 ]程维明博士后出站报告 . 中国 1 ?100 万地貌 - 地表覆 更 是 很 少 , G1 Ch1M ilia re sis 是 目 前 国 内 外 利 用被 - 景观生态制图方法研究 . 中国科学院地理科学与 D EM 和 遥 感 影 像 进 行 地 貌 信 息 提 取 的 权 威 专资源研究所 , 2005. [ 30 ] 家 , 他在研究 D ea th V a lley of Ca lifo rn ia 的 洪积 [ 12 ] Ph ilip T Gile s, Steven E F rank lin. A n A u tom a ted Ap 2 扇提取时 , 主要用 D EM 进行坡度分级 , 利用连通p roach to the C la ssifica tion of the Slop e U n its U sing D igita l D a ta. Geomo rp ho logy, 1998 , 21: 2512264. 性过滤微小图斑 , 圈定洪积扇外围轮廓 , 再 利用 [ 13 ]张会平 ,张平安 ,张威 ,等 . 基于 D EM 的岷江断裂带构 遥感影像和原有地貌图进行精确定位 , 可见在目 ( ) 造地貌 模 拟 . 辽 宁 工 程 技 术 大 学 学 报 , 2004 , 23 5 :前现状下 , 遥感影像上反映 的 地貌 、地质 、构造 603 2605. 等信息仍没有有效的自动提取方法 。鉴于遥感影 [ 14 ]汤国安 ,杨玮莹 ,杨昕 ,等 . 对 D EM 地形定量因子挖掘 像所包含信息的多样性和非直观性 , 加上地貌特 ( ) 中若干问题的探讨 . 测绘科学 , 2003 , 28 1 : 28232. 征本身的复杂性 , 故目前大多数字地貌信息提取 [ 15 ]许 世 远 , 孙 以 义 . 地 貌 形 态 模 拟 . 地 理 学 报 , 2000, 55 方法还停留基于 D EM 的数字地形分析和专家知识 ( ) 3 : 266 2273. 的遥感影像目视解译的基础上 , 其方法技术并不 [ 16 ]汤国安 ,刘学军 ,闾国年 . 数字高程模型及地学分析的 完善 , 故需进一步深入地研究高精度 D EM、高分 原理与方法 . 北京 :科学出版社 , 2005. 辨率和多源遥感影像 , 构建遥感影像的地貌图谱 [ 17 ]李钜章 . 中国地貌形态基本类型数量指标初探 . 地理学 ( ) 和解译标志 , 借助高分辨率遥感影像的面向对象 报 , 1982, 37 1: 17 226. [ 18 ]李 钜 章 . 中 国 地 貌 基 本 形 态 划 分 的 探 讨 . 地 理 科 学 , 分割方法 , 以及多源遥感影像的色调 、纹理 和结 ( ) 1987 , 6 2 : 32239. 构对比分析等进行地貌特征的自动 /半自动人机交 [ 19 ]涂汉明 , 刘 振 东 . 中 国 地 势 起 伏 度 最 佳 统 计 单 元 的 求 互提取方法 , 甚至达到特殊地貌类型的全自动提 () ( ) 证 . 湖北 大 学 学 报 自 然 科 学 版 , 1990, 12 3 : 265 2 取方法 , 通过野外实地验证以提高提取精 度 , 并 271. 编制典型区中比例尺地貌图 , 可进一步促进我国 [ 20 ]涂 汉 明 , 刘 振 东 . 中 国 地 势 起 伏 度 研 究 . 测 绘 学 报 ,地貌学的发展 , 为研究和编制全国性大中比例尺 ( ) 1991 , 20 4 : 311 2318. 地貌图奠定基础 。[ 21 ]唐飞 ,陈曦 ,程维明 ,等 . 基于 D EM 的准葛尔盆地及其 ( ) 西北山区地势起伏度研究 1干旱区地理 , 2006, 29 3 : 参考文献 : 388 2391. [ 1 ]斯皮里顿诺夫 1地貌制图学 . 北京 :地质出版社 , 1956.[ 22 ]郎玲玲 ,程维明 ,等 . 多尺度 D EM 提取中国基本地貌类 [ 2 ]周廷儒 ,施雅风 , 陈述彭 . 中国自然区划草案 〃中国地 型的对比分析 ———以福建低山丘陵区为例 , 地球信息 形区划草案 . 北京 :科学出版社 , 1956. ( ) 科学 , 2007 , 9 6: 1 28. [ 3 ]沈玉昌 . 中国地貌的类型与区划问题的商榷 . 中国第四[ 23 ]高守英 ,吴泉源 ,安国强 . 基于 G IS的龙口市泳汶河流 ( ) 纪研究 , 1958, 1 1 : 33 241.( ) 域地貌形态定量分析 . 遥感技术与应用 , 2003, 18 2 : () [ 4 ]中国自 然区划工作委员会 . 中国地貌区划 初稿 . 北 87290. 京 :科学出版社 , 1959. [ 24 ]龙恩 ,程维明 . 利用 SR TM 2D EM 和 TM 数据提取平原山 [ 5 ]中国科学院地理研究所 . 中国 1 ?100 万地貌制图规范 ( ) 程维明 ,柴慧霞 ,周成虎 ,等 . 新疆地貌空间分布格局分[ 28 ]地信息的研究 . 测绘科学 , 2008 , 22 2 : 53 256. ( ) 析 . 地理研究 , 2009, 28 5: 1157 21169.[ 25 ]肖飞 ,张百平 ,等 . 基于 D EM 的地貌实体单元自动提取 ( ) [ 29 ]中华人民共和国地貌图集编辑委员会 . 中华人民共和 方法 . 地理研究 , 2008 , 27 2 : 459 2466. [ 26 ]周成虎 ,程维明 ,钱金凯 . 数字地貌遥感解析与制图 . 北 国地貌图集 . 北京 :科学出版社 , 2009. 京 :科学出版社 , 2009. [ 30 ] Geo rge Ch M ilia re sis. Extrac tion of B a jada s from D igita l E leva tion Mode ls and Sa te llite Im age ry. Comp u te rs & Geo2 [ 27 ]程维明 ,赵尚民 . 中国冰川地貌空间分布格局研究 . 冰 ( ) 川冻土 , 2009, 31 4: 5872596.sc ience s, 2001, 27: 1157 21167. Quan t ita t ive Ex tra c t ion an d Ana ly s is of Ba s ic M or pho log ica l Type s of L an d Geo m orpho logy in C h ina CH EN G W e im ing, ZHOU Chenghu, CHA I H u ixia, ZHAO Shangm in, L I B ingyuan ( S ta te Key L abora tory of R esou rces and Environm en ta l Inform a tion S ystem , Institu te of )Geog raph ic S ciences and N a tu ra l R esou rces R esea rch, CA S, B eijing 100101, C h ina A b stra c t: B a sic mo rp ho logica l typ e s of land geomo rp ho logy in Ch ina a re m ade up of two indexe s: a ltitude and re2 lief amp litude. The a ltitude index is divided into 4 c la sses, tha t is: low altitude < 1 000m , m iddle altitude 1 000,3 500m , h igh a ltitude 3 500,5 000m , h ighe st a ltitude > 5 000m; re lief amp litude is d ivided in to 7 c la sse s, tha t is: p la in < 30m , tab le land > 30m , h ill < 200m , low re lief moun ta in 200 ,500m , mode ra te re lief moun ta in 500,1 000m , h igh re lief moun ta in 1 000,2 500m , h ighe st re lief moun ta in > 2 500m. Then, the com b ined ba sic mo rp ho logica l typ e s a re 25 k ind s. A cco rd ing to c la ssifica tion system of d igita l geomo rp ho logy, the c la ssifica tion in2 dexe s of a ltitude and re lief amp litude a re su itab le fo r the who le Ch ine se con tinen t; the above c la ssified typ e s from the se two indexe s can be ca lcu la ted by m ean s of m u lti2sou rce da ta, such a s D EM , L and sa t TM / ETM e tc. The ex2 ( ) p e rim en ts show: ba sed on D EM da ta such a s SR TM 2D EM 90m , equ iva len t to the sca le of 1 ?250 000 , the adop t2 2 ed samp ling un it wh ich can be su itab le fo r the who le Ch ine se con tinen t is 4 km; co rre spond ing to d iffe ren t sca le s 2 re sp ec tive ly, 5 typ e s of samp ling un its, tha t is: 014 , 4 , 12 , 18 , 21 km, existing in the who le Ch ine se con tinen t, can be a tta ined by ca lcu la ting fo rm D EM da ta a t d iffe ren t sca le s, such a s 1 ?100 000 , 1 ?4 000 000 e tc. B ecau se of the comp lexity and m u ltip lic ity of Ch ine se geomo rp ho logy, the geomo rp ho logic fea tu re s of d iffe ren t region s can no t be on ly reflec ted by m ean s of e leva tion va lue and re lief amp litude acqu ired from D EM da ta; hence, ba sed on m u lti2sou rce da ta such a s remo te sen sing, the sp a tia l d istribu tion of 4 c la sse s of e leva tion cha rac te ristic s and 7 c la sse s of re lief amp litude cha rac te ristic s in Ch ina can be we ll rep re sen ted by m ean s of the geomo rp ho logic bounda2 ry acqu ired from a rtific ia l virtua l in te rp re ta tion; fu rthe rmo re, the a rea and sp a tia l d istribu tion p a tte rn of 25 k ind s of ba sic mo rp ho logica l typ e s of land geomo rp ho logy in Ch ina a re ach ieved. Key word s: land geomo rp ho logy; ba sic mo rp ho logy; mo rp ho logica l geomo rp ho logy; quan tita tive extrac tion; sp a tia l ana lysis
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