數(shù)字地面模型地形分析課件

數(shù)字地面模型張菊清長安大學(xué)地測學(xué)院長安大學(xué)數(shù)字地面模型第七章數(shù)字地面模型地形分析基本地形因子計(jì)算地形特征提取水文分析可視性分析

DEM的地形統(tǒng)計(jì)分析長安大學(xué)數(shù)字地面模型地形數(shù)據(jù)的應(yīng)用直接應(yīng)用經(jīng)DEM變換產(chǎn)生滿足各專業(yè)應(yīng)用需求的各種派生產(chǎn)品產(chǎn)生派生產(chǎn)品的過程稱為地形分析§7.1

概述長安大學(xué)數(shù)字地面模型地形分析基本地形因子復(fù)雜地形分析坡度坡向粗糙度……可視性分析地形特征提取水系特征分析道路分析§7.1

概述1、分類長安大學(xué)數(shù)字地面模型基本地形因子坡面因子微觀坡面因子宏觀坡面因子坡度坡向坡度變率坡向變率平面曲率坡長坡形因子地形粗糙度地表切割深度高程變異系數(shù)地形起伏度長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.1

基本地形因子計(jì)算坡面因子一階坡面因子復(fù)合坡面因子坡度坡向坡度變率坡向變率平面曲率坡長坡形因子地形粗糙度地表切割深度高程變異系數(shù)地形起伏度二階坡面因子坡向曲率§7.1

概述2、提取坡面因子的基本方法首先將坡面的形態(tài)特征或各個(gè)坡面因子進(jìn)行定量化描述，完成求導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上建立其以DEM為基本信息源進(jìn)行提取的技術(shù)路線，并通過軟件實(shí)現(xiàn)形成一套易于計(jì)算機(jī)操作的方法。長安大學(xué)數(shù)字地面模型模型不同，方法也不同§7.1

概述應(yīng)注意的問題：

坡面因子提取方法的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循地貌形態(tài)學(xué)與地貌成因?qū)W的基本理論；

DEM數(shù)據(jù)在表象上首先反映的是地面的海拔高程信息，更深層次的地形信息需要通過對高程的空間分布特征的提取，或更高次地形要素的解算獲得。長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.1

概述應(yīng)注意的問題：微觀坡面因子的提取通常以DEM格網(wǎng)數(shù)據(jù)的空間矢量模型為基礎(chǔ)，通過空間向量的差分運(yùn)算完成；宏觀剖面因子提取一般通過移動(dòng)分析窗口的方法完成。信息源的尺度特征。如由DEM的比例尺與柵格分辨率引起的地形描述精度，將程度不同地影響坡面因子的提取精度。長安大學(xué)數(shù)字地面模型PyPxnijYXZ坡面因子提取算法基礎(chǔ)空間矢量表達(dá)關(guān)鍵問題:fx=?fy=?解決方法:數(shù)值分析法局部曲面擬合法空間矢量法快速傅立葉變換長安大學(xué)數(shù)字地面模型空間矢量表達(dá)長安大學(xué)數(shù)字地面模型數(shù)值分析法局部地形曲面為f(x,y)，Taylor級數(shù)展開其中：k（k=-1,0,1)是展開范圍，按照不同的k取值和定權(quán)方式，將產(chǎn)生不同的fx和fy計(jì)算模型。長安大學(xué)數(shù)字地面模型移動(dòng)分析窗口法矩形、圓形、環(huán)形、扇形長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.2

基本地形因子計(jì)算1、坡度、坡向的計(jì)算坡度是指水平面和地形表面之間夾角的正切值，是一個(gè)既有大小又有方向的量。它是表示地表面在該點(diǎn)傾斜程度的一個(gè)量。

坡向：該切平面上沿最大傾斜方向的某一矢量在水平面上的投影方向。坡度、坡向示意圖基于格網(wǎng)DEM的坡度坡向計(jì)算1、數(shù)值分析法最大坡降算法簡單差分算法二階差分三階差分（帶權(quán)，不帶權(quán)）2、局部曲面擬合法線性回歸平面二次曲面基于格網(wǎng)DEM的坡度坡向計(jì)算1、最大坡降法利用中心格網(wǎng)點(diǎn)與周圍八個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)的高程差計(jì)算坡度坡向，其最大者為該點(diǎn)坡度，所在方向?yàn)樵擖c(diǎn)坡向。基于格網(wǎng)DEM的坡度坡向計(jì)算2、簡單差分法J-1JJ+1i-1ii+1基于格網(wǎng)DEM的坡度坡向計(jì)算3、二階差分法在中心格網(wǎng)（i,j）的前后兩點(diǎn)展開?；诟窬W(wǎng)DEM的坡度坡向計(jì)算4、邊框差分法但分別以（i，j-1）、（i，j+1）、（i-1，j）、（i+1，j）為展開中心，取其平均值為中心格網(wǎng)的偏導(dǎo)數(shù)，即基于格網(wǎng)DEM的坡度坡向計(jì)算5、三階不帶權(quán)差分法但分別以（i+1，j）、（i，j）、（i-1，j）為展開中心，取其平均值為中心格網(wǎng)的偏導(dǎo)數(shù)，即基于格網(wǎng)DEM的坡度坡向計(jì)算6、三階反距離平方權(quán)差分法考慮不同距離上的點(diǎn)對中心格網(wǎng)偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算的影響?；诟窬W(wǎng)DEM的坡度坡向計(jì)算7、三階反距離權(quán)差分法考慮不同距離上的點(diǎn)對中心格網(wǎng)偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算的影響。坡度：坡向：可以證明：任一斜面的坡度等于它在該斜面上兩個(gè)互相垂直方向上的坡度分量的矢量和。即坡度、坡向的計(jì)算長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.2

基本地形因子計(jì)算e5e2e6e1ee3e8e4e7（1）算法1：（2）算法2：長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.2

基本地形因子計(jì)算（3）算法3：（4）算法4：坡度圖坡向圖長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.2

基本地形因子計(jì)算2、坡形坡形是指局部地表坡面的曲折狀態(tài)，一般采用地面曲率因子和地面變率因子加以度量?？煞譃椋褐本€形斜坡：從分水嶺到斜坡底部地面坡度基本上不變；凸形斜坡：地面坡度隨著距分水嶺距離增加而增加；凹形斜坡：斜坡上半部坡度較陡，下半部坡度較緩；臺(tái)階形斜坡：臺(tái)階形斜坡是斜坡與階地相間的復(fù)式，可以看作是凸形坡與凹形坡的組合。P>0

凸形坡P<0

凹形坡P=0

直形坡坡形窗口中心柵格的高程值；窗口中有效柵格的高程值之和。長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.2

基本地形因子計(jì)算2、地面曲率因子地面曲率是對地形表面一點(diǎn)扭曲變化程度的定量化量度因子，地面曲率在垂直和水平兩個(gè)方向上分量分別稱為平面曲率和剖面曲率。長安大學(xué)數(shù)字地面模型剖面曲率是對地面坡度的沿最大坡降方向地面高程變化率的度量§7.2

基本地形因子計(jì)算平面曲率指在地形表面上，用過該點(diǎn)的水平面沿水平方向切地形表面所得的曲線在該點(diǎn)的曲率值?！?.2

基本地形因子計(jì)算H為地面點(diǎn)高程的曲面函數(shù)長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.2

基本地形因子計(jì)算3、地面變率因子地面變率描述的是地表局部范圍內(nèi)坡度、坡向兩個(gè)基本地形指標(biāo)的變化情況，包括坡度變率，坡向變率兩個(gè)基本因子。

坡度變率是地面坡度在微分空間的變化率，即坡度的坡度；

坡向變率是指在地表的坡向提取基礎(chǔ)之上，進(jìn)行對坡向變化率的二次提取，也即坡向之坡度。坡長通常是指在地面上一點(diǎn)沿水流方向到其流向起點(diǎn)間的最大地面距離在水平面上的投影長度。它是水土保持上的重要因子之一。一般情況下，坡面越長，匯聚的流量越大，其侵蝕力就越強(qiáng)。4、坡長§7.2

基本地形因子計(jì)算非累計(jì)流量的直接算法基于累計(jì)流量的單位匯水面積基于水流強(qiáng)度指數(shù)基于格網(wǎng)DEM坡長提取原始DEM無洼地DEM水流方向矩陣洼地填平格網(wǎng)單元坡向計(jì)算坡長分布矩陣坡長提取非流量累計(jì)坡長計(jì)算方法無洼地DEM水流方向矩陣格網(wǎng)單元非累計(jì)坡長計(jì)算局部高地標(biāo)識(shí)格網(wǎng)單元坡上長度計(jì)算非流量累計(jì)坡長計(jì)算方法一、計(jì)算格網(wǎng)單元的流向（最大坡降算法）二、局部高地標(biāo)識(shí)（水流方向矩陣）三、計(jì)算格網(wǎng)單元的非累計(jì)坡長1、局部高地點(diǎn)2、非局部高地點(diǎn)四、格網(wǎng)單元的累計(jì)坡長計(jì)算非流量累計(jì)坡長計(jì)算方法15012512513515012511517513013512011010011512011510090100130105958090120501001411005071141507150711411007114150141100141505010010010050501502911505071432507150712125327119150212632332505015073215050長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.2

基本地形因子計(jì)算原始DEM無洼地DEM平地的處理水流方向矩陣坡長24302826272527262622242529323028232026283218202622231827293015142524222021232726232725282028252426252831261830323032262724231518洼地：凹陷型洼地

阻擋型洼地長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.2

基本地形因子計(jì)算5、坡面復(fù)雜度因子

坡面復(fù)雜因子是宏觀的地形信息因子，表征了較大地表區(qū)域內(nèi)高程信息的變異及組合特征。包括地形起伏度、地表粗糙度、地表切割深度和溝壑密度等。地形起伏度是指在所指定的分析區(qū)域內(nèi)所有柵格中最大高程與最小高程的差。地形起伏度坡面復(fù)雜度因子長安大學(xué)數(shù)字地面模型地表粗糙度地表的粗糙度是反映地表的起伏變化和侵蝕程度的指標(biāo)，一般定義為地表單元的曲面面積S曲面與其在水平面上的投影面積S水平之比。坡面復(fù)雜度因子坡面復(fù)雜度因子地表切割深度地表切割深度是指地面某點(diǎn)的領(lǐng)域范圍的平均高程與該領(lǐng)域范圍內(nèi)的最小高程的值。長安大學(xué)數(shù)字地面模型高程變異系數(shù)高程變異是反映分析區(qū)域內(nèi)地表單元格網(wǎng)各頂點(diǎn)高程變化的指標(biāo)，它以格網(wǎng)單元頂點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差s與平均高程Z的比值來表示。坡面復(fù)雜度因子長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.2

基本地形因子計(jì)算面積和體積的計(jì)算表面積的計(jì)算對每個(gè)三角形逐個(gè)計(jì)算長安大學(xué)數(shù)字地面模型

投影面積指的是任意多邊形在水平面上的面積?？芍苯硬捎煤惞竭M(jìn)行計(jì)算，只要將公式中的距離換成平面上兩點(diǎn)的距離即可。或采用下式：投影面積的計(jì)算面積和體積的計(jì)算面積和體積的計(jì)算體積的計(jì)算長安大學(xué)數(shù)字地面模型剖面積的計(jì)算根據(jù)工程設(shè)計(jì)的線路，可計(jì)算其與各格網(wǎng)邊交點(diǎn)Pi（Xi，Yi，Zi），則線路剖面積為：面積和體積的計(jì)算§7.3地形特征提取地形特征是指對于描述地形形態(tài)有著特別意義的地形表面上的點(diǎn)、線、面，它們構(gòu)成了地形變化起伏的骨架。其中最重要的兩部分為地形特征的提取和水系特征的提取?！?.3地形特征提取意義1、高精度制圖、DEM生產(chǎn)、DEM數(shù)據(jù)壓縮的保障；2、地貌制圖綜合的根本；3、地貌類型自動(dòng)劃分的依據(jù)；4、地學(xué)分析的基礎(chǔ)；5、地貌分布格局研究的前提地形特征分析原理地形形態(tài)特征提取通常根據(jù)對高程點(diǎn)的空間分析關(guān)系的分析或?qū)Φ乇砦镔|(zhì)運(yùn)動(dòng)機(jī)理的簡化建模，通過某種模擬算法而實(shí)現(xiàn)，地形形態(tài)特征提取的結(jié)果通常以分類的形式表達(dá)，并可利用常用的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分類檢驗(yàn)。1、基于地形形態(tài)的幾何分析法（解析法）2、基于地表物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的水流模擬方法（模擬法）解析法若P點(diǎn)為地形曲面上的山脊點(diǎn)或山谷點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)有如下的三點(diǎn)性質(zhì)1、如果用過P的水平面切割地形曲面，P點(diǎn)必定會(huì)于投影曲線曲率變化最大的地方。2、長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提取1、地形特征點(diǎn)的提?。╥-1，j-1）（i-1，j）（i-1，j+1）（i，j）（i，j+1）（i，j-1）（i+1，j-1）（i+1，j）（i+1，j+1）名稱定義鄰域高程關(guān)系山頂點(diǎn)是指在局部區(qū)域內(nèi)海撥高程的極大值點(diǎn)，表現(xiàn)在各方向上都凸起凹陷點(diǎn)是指在局部區(qū)域內(nèi)海撥高程的極小值點(diǎn)，表現(xiàn)在各方向上都凹陷脊點(diǎn)是指在兩個(gè)相互正交的方向上，一個(gè)方向凸起，另一方向沒有凹凸形變化的點(diǎn)谷點(diǎn)是指在兩個(gè)相互正交的方向上，一個(gè)方向凹陷，另一方向沒有凹凸形變化的點(diǎn)鞍點(diǎn)是指在兩個(gè)相互正交的方向上，一個(gè)方向凸起，另一方向陷的點(diǎn)平地點(diǎn)是在局部區(qū)域內(nèi)各方向上都沒有凹凸形變化的點(diǎn)或或或長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提取2、山脊線、山谷線的提取山脊線——分水線山谷線——合水線基本方法提取地形特征點(diǎn)（山脊點(diǎn)、山谷點(diǎn)、鞍點(diǎn)等）；將特征點(diǎn)連成地形特征線基于圖像處理技術(shù)的原理；

基于地形表面幾何形態(tài)分析的原理；

基于地形表面流水物理模擬分析原理；

基于地形表面幾何形態(tài)分析和流水物理模擬分析相結(jié)合的原理提取方法：

基于數(shù)字化等高線的方法；

基于規(guī)則格網(wǎng)ＤＥＭ數(shù)據(jù)的方法基于Delaunay三角網(wǎng)和Voronoi數(shù)據(jù)的方法§7.3地形特征提取長安大學(xué)數(shù)字地面模型設(shè)計(jì)一個(gè)2*2窗口，對DEM格網(wǎng)陣列進(jìn)行掃描；

第一次掃描中，將窗口中具有最低高程值的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，自始自終未被標(biāo)記的點(diǎn)即為山脊線上的點(diǎn)；

第二次掃描中將窗口中的具有最高高程值的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，自始自終未被標(biāo)記的點(diǎn)即為山谷線上的點(diǎn)。262423242835323438353440433231434847524130263647594435272431434837302217273743342316112331252819112624232428353234383534404332314348475241302636475944352724314348373022172737433423161123312528191126242324283532343835344043323143484752413026364759443527243143483730221727374334231611233125281911262423242835323438353440433231434847524130263647594435272431434837302217273743342316112331252819112624232428353234383534404332314348475241302636475944352724314348373022172737433423161123312528191126242324283532343835344043323143484752413026364759443527243143483730221727374334231611233125281911基于圖像處理的方法26242324283532343835344043323143484752413026364759443527243143483730221727374334231611233125281911基于圖像處理的方法存在的問題：1、提取特征點(diǎn)時(shí)必須排除DEM中噪聲的影響；2、將特征點(diǎn)連接成線時(shí)的算法設(shè)計(jì)困難。長安大學(xué)數(shù)字地面模型段面極值法地形斷面曲線上高程的極大值點(diǎn)即為分水點(diǎn)，而高程的極小值點(diǎn)即為匯水點(diǎn)。（1）找出DEM的縱向與橫向的兩個(gè)斷面上的極大、極小值點(diǎn)，作為地形特征線上的備選點(diǎn)；（2）根據(jù)一定的條件或準(zhǔn)則將這些備選點(diǎn)劃歸各自所屬的地形特征線?；诘匦伪砻鎺缀涡螒B(tài)分析原理的算法不足之處：由于對地形特征線上點(diǎn)的判定與其所屬的地形特征線的判定是分開的，在確定地形特征線時(shí)，全區(qū)域采用一個(gè)相同的曲率閾值作為判定地形特征性上點(diǎn)的條件，而忽略了每條地形特征線必然存在的曲率變化現(xiàn)象。由于該方法只選擇縱、橫兩個(gè)斷面來確定高程變化的極值點(diǎn)，因此他所確定的地形特征線具有一定的近似性，與實(shí)際的地形特征線有一定的差異，有時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)漏洞?；诘匦伪砻鎺缀涡螒B(tài)分析原理的算法長安大學(xué)數(shù)字地面模型基本思想按照流水從高至低的自然規(guī)律，順序計(jì)算每一柵格點(diǎn)上的匯水量，然后按匯水量單調(diào)增的順序，由高到低找出區(qū)域中的每一條匯水線。根據(jù)得到的匯水線，通過計(jì)算找出各自匯水區(qū)域的邊界線，就得到了分水線?；诘匦伪砻媪魉锢砟M分析原理的算法不足之處：由于該算法所計(jì)算的匯水量與高程有關(guān)，計(jì)算的結(jié)果必然是高程值大的地形特征線上的點(diǎn)的匯水量小，高程值小的地形特征線上的點(diǎn)的匯水量大。因此有可能導(dǎo)致地處非地形特征線上的點(diǎn)的匯水量也較大而被誤認(rèn)為地形特征線上的點(diǎn)，而位于高處的地形特征線上的點(diǎn)會(huì)因?yàn)閰R水量小而被排除。由于該算法將匯水區(qū)域的公共邊界視為分水線，因此它所確定的分水線均為閉合曲線，這與實(shí)際的地形特征線不符?；诘匦伪砻媪魉锢砟M分析原理的算法長安大學(xué)數(shù)字地面模型基本思路：首先采取較稀疏的DEM格網(wǎng)數(shù)據(jù)，按流水物理模擬算法去提取區(qū)域內(nèi)概略的地形特征線，然后用其引導(dǎo)，在其周圍鄰近區(qū)域?qū)Φ匦芜M(jìn)行幾何分析，來精確的確定區(qū)域的地形特征性。基于地形表面幾何形態(tài)分析和流水物理模擬分析相結(jié)合的算法概略DEM建立地形流水物理模型概略地形特征線提取地形幾何分析地形特征線精確定位基于地形表面幾何形態(tài)分析和流水物理模擬分析相結(jié)合的算法長安大學(xué)數(shù)字地面模型長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提取3、水文分析集水流域：指水流及其他物質(zhì)流向出口的過程中所流經(jīng)的區(qū)域，即流向集水出口的水流所流經(jīng)的整個(gè)地區(qū)。集水出口：指水流離開集水流域的點(diǎn)，這一點(diǎn)是集水流域邊界上的最低點(diǎn)。子流域：指較大的集水流域結(jié)構(gòu)中的一部分。分水嶺：兩級水流域的邊界。水流網(wǎng)絡(luò)：指水流到達(dá)積水出口所流經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提?。?）、水文基本因子計(jì)算

地表的物理特性決定了流經(jīng)其上的水流特性，同時(shí)水流的流動(dòng)將反過來影響地表的特性。水流方向由地表上每一點(diǎn)的方位決定，水流能量由地表坡度決定，坡度越大，水流能量也越大；當(dāng)水流能量增加時(shí)，其攜帶更多和更大泥沙顆粒的能力也相應(yīng)增加，因此更陡的坡度意味著對地表更大的侵蝕力。凸形地表區(qū)域，水流加速，能量增大，其攜帶泥沙的能力增加，因而凸形剖面的區(qū)域?yàn)樗髑治g地區(qū)。

凹形剖面水流速度降低，能量減少，導(dǎo)致泥沙沉積。長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提取洼地的處理

由于洼地是局部的最低點(diǎn)，無法確定該點(diǎn)的水流方向，因此在提取水系的過程之前首先需要按照某種規(guī)則對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行無洼地化處理。（1）平滑處理：通過平滑處理來消除洼地。僅適合于處理較淺和小范圍的洼地。

（2）填平處理：將洼地內(nèi)部的高程增加至洼地出水口的高程。長安大學(xué)數(shù)字地面模型洼地填平算法洼地底點(diǎn)的判定：

格網(wǎng)點(diǎn)的水流方向?yàn)樨?fù)值；八鄰域格網(wǎng)點(diǎn)對的水流方向互相指向?qū)Ψ?。長安大學(xué)數(shù)字地面模型洼地填平算法（1）單格網(wǎng)洼地的填平：指數(shù)字地面模型中的某一點(diǎn)的8個(gè)鄰域點(diǎn)的高程都大于該點(diǎn)的高程，并且該點(diǎn)的八個(gè)鄰域點(diǎn)至少有一個(gè)點(diǎn)是該洼地的邊緣點(diǎn)；（2）獨(dú)立洼地區(qū)域填平：指洼地區(qū)域中只有一個(gè)谷底點(diǎn)，并且該點(diǎn)的八個(gè)鄰域點(diǎn)中沒有一個(gè)是該洼地區(qū)域的邊緣點(diǎn)。（3）復(fù)合洼地區(qū)域的填平：指洼地區(qū)域中有多個(gè)谷底點(diǎn)，且各個(gè)谷底點(diǎn)所構(gòu)成的洼地區(qū)域相互鄰接。分類（李志林）898456754524444653443433675331322467122212345332112366233112578123333486112334578113456754124444653443433675331322467122212345332111366233112578123333486112334578單格網(wǎng)洼地獨(dú)立洼地長安大學(xué)113456754124444653443433675331322467141212345332112366233112578123333486112334578長安大學(xué)洼地填平算法算法1（李志林）1、單格網(wǎng)洼地：直接賦以其鄰域格網(wǎng)中的最小高程值或鄰域格網(wǎng)的高程值。2、獨(dú)立洼地區(qū)域的填平：首先以谷底點(diǎn)為起點(diǎn)，按流水的反方向采用區(qū)域增長算法，找出獨(dú)立洼地區(qū)域的邊界線，即水流流向該谷底點(diǎn)的區(qū)域邊界線。在該獨(dú)立洼地區(qū)域邊緣上找出其高程值最小的點(diǎn)，即該獨(dú)立洼地區(qū)域的集水流出點(diǎn)，將獨(dú)立洼地區(qū)域內(nèi)的高程值低于該點(diǎn)高程值的所有點(diǎn)的高程值用該點(diǎn)的高程值代替。長安大學(xué)洼地填平算法算法1（李志林）3、復(fù)合洼地區(qū)域的填平：首先與獨(dú)立洼地填平算法一樣找出各個(gè)谷底點(diǎn)所在洼地的集水出水口的位置。有兩種：（1）位于與非洼地區(qū)域關(guān)聯(lián)的邊上

（2）位于與洼地區(qū)域關(guān)聯(lián)的邊上長安大學(xué)113456754124444653443433675331322467122212345332112366233112578123333486112334578長安大學(xué)222222長安大學(xué)數(shù)字地面模型洼地填平算法算法2（Martez和Garbrecht）基本思想：首先標(biāo)記屬于洼地的集水區(qū)域單元格，然后從已標(biāo)記的單元格中找出潛在的出流點(diǎn)。潛在的出流點(diǎn)是被標(biāo)記的單元格，它至少擁有一個(gè)比它高程低的未標(biāo)記的單元格，找出最低的潛在出流點(diǎn)后，比較它和洼地單元格的高程，如果出流點(diǎn)高程高，那么洼地是一凹地，否則是一平地。（1）確定洼地單元格；（2）確定洼地單元格的集水區(qū)域；（3）探測每一洼地集水區(qū)域的潛在出流點(diǎn)；長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提取平地的處理

包括DEM中的平地和洼地填平產(chǎn)生的平地。基本思想：對平地范圍內(nèi)的單元格增加一微小增量，每個(gè)單元格的增量大小是不一樣的，這樣每個(gè)單元格就有一個(gè)明確的水流方向，以便能夠產(chǎn)生合理的匯流水系。（１）掃描經(jīng)過洼地填充的DEM數(shù)據(jù)，搜尋八個(gè)鄰域柵格高程都不低于該柵格高程的柵格點(diǎn)，標(biāo)記為平地單元；（2）該搜索到的每一個(gè)柵格點(diǎn)都增加一個(gè)微小的增量；（3）重復(fù)上述過程，直到再也搜索不到平地單元。長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提取(2)、水流方向及水流累計(jì)量的確定水流方向是指水流離開次格網(wǎng)時(shí)的指向。有單流向算法和多流向算法。單流向算法：將某單元格上產(chǎn)生的徑流都流向一個(gè)最低的相鄰單元格。多流向算法：將徑流按一定的比例流向若干相對較低的相鄰單元格。202020181918181718202020181918181718長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提取1、水流方向矩陣基本思想：根據(jù)DEM柵格單元和八個(gè)相鄰單元格之間的最大坡降來確定水流方向。（1）水流方向矩陣的計(jì)算（D8算法）64128132x21684將格網(wǎng)x的八個(gè)鄰域格網(wǎng)編碼；

計(jì)算中心柵格與鄰域格網(wǎng)之間的距離落差權(quán)。確定最大距離權(quán)落差值的方向 長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提取2、水流累計(jì)矩陣的計(jì)算水流累計(jì)矩陣表示每一柵格點(diǎn)上的流水累計(jì)量，在確定了水流的方向以及水量分配以后，可以用區(qū)域地形水流模擬的方法獲得?；舅枷耄杭僭O(shè)每一柵格點(diǎn)處都有1個(gè)單位的水量，根據(jù)D8算法，獲得每一柵格點(diǎn)上水流方向，根據(jù)水流從高處向低處流的自然規(guī)律，計(jì)算每一柵格的累計(jì)水量。長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.3地形特征提取2、水流累計(jì)矩陣的計(jì)算78726971584974675649465069534437384864585522312468614721161974533412111244488164448816224816811248164428882222832000000011220037540000200100012400247352長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.4可視性分析地形可視性也稱為地形通視性（visibility），是指從一個(gè)或多個(gè)位置所能看到的地形范圍或其它地形點(diǎn)之間的可見程度。其實(shí)質(zhì)屬于對地形進(jìn)行最優(yōu)化處理的范疇。包括兩個(gè)問題：

兩點(diǎn)之間的通視性可視域，即對于給定的觀察點(diǎn)所覆蓋的區(qū)域?！?.4可視性分析地形可視性基本特征（1）簡單復(fù)雜性（2）不可逆性（3）可視不變性§7.4可視性分析地形可視性分析的相關(guān)因素（1）地形高程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（2）地球曲率與大氣折光（3）地形表面覆蓋情況§7.4可視性分析可視性分析環(huán)境參數(shù)觀察點(diǎn)觀察視線目標(biāo)點(diǎn)觀察半徑觀察角度長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.4可視性分析1、兩點(diǎn)之間的可視性判斷（1）通過觀察點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)所在的線段與XY平面垂著的平面S；（2）求出地形模型中與平面S相交的所有邊；（3）判斷相交的邊是否位于觀察點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)所在的線段之上，如果有一條邊在其上，則觀察點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)不可視。長安大學(xué)數(shù)字地面模型關(guān)鍵斜率法1、計(jì)算視線與DEM格網(wǎng)的交點(diǎn)，設(shè)交點(diǎn)為Si；2、從O點(diǎn)開始，依次計(jì)算O與Si連線的斜率ki；3、判斷關(guān)鍵斜率，順次取三個(gè)點(diǎn)i-1,I,i+1，比較其斜率的變化，如果ki>ki-1且ki>ki+1，則ki為關(guān)鍵斜率，循環(huán)所有的點(diǎn)，則可找出視線上所有的關(guān)鍵斜率。實(shí)際上關(guān)鍵斜率就是山脊線上的點(diǎn)。關(guān)鍵斜率法基于TIN的通視性計(jì)算

可視性首先找出AB視線所經(jīng)過的所有三角形，然后依次判斷視線與三角形是否相交。若存在相交的三角形，則AB不可視?？梢曈虿豢梢暡糠窒葘⒁暰€投影在平面上，計(jì)算出投影后視線與三角形邊的交點(diǎn)，內(nèi)插出交點(diǎn)的高程，利用關(guān)鍵斜率法判斷出AB視線之間的可見與不可見部分?；诟窬W(wǎng)的通視性計(jì)算長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.4可視性分析2、可視域的計(jì)算可視域是指從一個(gè)觀測點(diǎn)上所能觀察的范圍，按照觀察點(diǎn)的多少可分為單點(diǎn)可視域和多點(diǎn)可視域兩種。長安大學(xué)數(shù)字地面模型§7.4可視性分析2、可視域的計(jì)算（1）基于規(guī)則格網(wǎng)

規(guī)則格網(wǎng)DEM中，可視域經(jīng)常是以離散的