基于SRTM-DEM的安徽省地貌分類研究

孫慧敏，唐 磊，楊 松，柳 青

（長江委水文局漢江水文水資源勘測局，湖北襄陽441022）

基于SRTM-DEM的安徽省地貌分類研究

孫慧敏，唐 磊，楊 松，柳 青

（長江委水文局漢江水文水資源勘測局，湖北襄陽441022）

基于分辨率為90 m的SRTM-DEM數(shù)據(jù)，采用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，提取安徽省的地貌特征要素信息，并根據(jù)均值變點(diǎn)分析統(tǒng)計(jì)方法，定量地獲取研究區(qū)域內(nèi)的最佳地勢起伏度的統(tǒng)計(jì)面積。根據(jù)中國地貌類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，將安徽省地貌類型劃分為11種類型，其中分布較廣的主要為中起伏中山、中起伏山地、小起伏山地、低海拔丘陵、低海拔臺(tái)地、低海拔平原，并分別統(tǒng)計(jì)各類型面積。結(jié)果表明，該文研究方法能夠定量、科學(xué)地對(duì)安徽省地貌形態(tài)進(jìn)行分類。

SRTM-DEM；安徽省；地勢起伏度；變點(diǎn)分析；地貌分類

數(shù)字高程模型（DEM）作為地形表面的一種數(shù)字表達(dá)形式，是地貌解譯有力的輔助工具，同時(shí)也是對(duì)地形地貌分析研究進(jìn)行量化表達(dá)的一個(gè)重要手段。對(duì)傳統(tǒng)地貌特征分析方法的低效率性，如何利用易獲取的DEM數(shù)據(jù)對(duì)地形信息進(jìn)行充分的挖掘、地貌信息的合理分類研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文基于現(xiàn)有免費(fèi)獲取的90 m的SRTM-DEM數(shù)據(jù)，采用GIS空間分析和統(tǒng)計(jì)方法對(duì)安徽省地貌特征進(jìn)行定量分析以及科學(xué)劃分，對(duì)于優(yōu)化和配置資源、合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害等研究提供定量化的地貌研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況及資料

安徽省地形地貌可以大致劃分為淮北平原、江淮丘陵、皖西大別山區(qū)、沿江平原、皖南山區(qū)五個(gè)自然區(qū)域，海拔1 860 m以上主要位于黃山，海拔較低的區(qū)域主要位于沿江、沿淮地區(qū)，多為丘陵和平原。

本文采用的SRTM-DEM作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行安徽省地貌分類研究，該數(shù)據(jù)分辨率為90 m，2008年更新全球范圍內(nèi)免費(fèi)公開，其平面坐標(biāo)采用WGS-84，高程系統(tǒng)采用EGM96大地水準(zhǔn)面。

2 地貌形態(tài)分類原理和方法

首先，根據(jù)SRTM-DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行高程分類，整體分析研究區(qū)域內(nèi)的地貌形態(tài)，確定分類指標(biāo)；其次，基于GIS空間分析方法，獲取研究區(qū)域內(nèi)一系列的平均起伏度，采用均值變點(diǎn)分析法獲得地勢起伏度的最佳統(tǒng)計(jì)單元大小，由此確定最佳地勢起伏度，進(jìn)而為研究區(qū)域內(nèi)的地貌形態(tài)特征分類分級(jí)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；最后，根據(jù)地貌形態(tài)特征分類分級(jí)指標(biāo)體系，制作地貌分類圖，并統(tǒng)計(jì)各分區(qū)的面積。

本文以安徽省為研究區(qū)域，采用STRM-DEM數(shù)據(jù)，在ArcGIS軟件的支持下，以區(qū)域內(nèi)的高程值以及地勢起伏度為基礎(chǔ)劃分地貌分類，基本流程如圖1所示。

圖1 地貌分類基本流程圖

2.1 高程值分類

高程值分類依據(jù)SRTM-DEM所提供的高程值，將研究區(qū)域內(nèi)的高程范圍劃分為＜50 m，50 m～200 m，200 m～500 m，500 m～1 000 m，1 000 m～1 500 m，＞1 500 m共6個(gè)級(jí)別。

2.2 地勢起伏度

地勢起伏度是指一個(gè)地區(qū)地形在某一個(gè)確定面積內(nèi)最低和最高點(diǎn)之間的高差，該概念的關(guān)鍵是“某一確定面積”，指的是某一個(gè)定量的面積能夠接近真實(shí)地反映地勢的完整性，并且具有較強(qiáng)的一定范圍內(nèi)的代表性，即普適性［5-7］。

2.3 計(jì)算最佳統(tǒng)計(jì)單元

基于ArcGIS中的空間分析模塊，首先，采用鄰域分析（Neighborhood Statistic）工具，以n×n（n=3，4，5，…，60）像元的矩形作為模版算子從3×3開始（一直計(jì)算到60×60）計(jì)算像元內(nèi)的網(wǎng)格最大值和最小值；其次，再采用柵格計(jì)算器（Raster Calculator），將像元內(nèi)的網(wǎng)格最大值減去最小值，計(jì)算某一n× n網(wǎng)格內(nèi)的起伏度；最后，采用上述方法將網(wǎng)格單元從3×3、4×4、…一直計(jì)算到60×60，統(tǒng)計(jì)不同網(wǎng)格單元內(nèi)起伏度值的變化情況［10-12］。用公式表述如下：

式中：hij，max代表鄰域內(nèi)最高的像元高程值；hij，min代表鄰域內(nèi)最低的像元高程值，Δ H即為該鄰域范圍內(nèi)的高差。

本次實(shí)驗(yàn)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的均值變點(diǎn)分析法科學(xué)、定量地計(jì)算出網(wǎng)格單元與地勢起伏度關(guān)系擬合曲線上由陡變緩的點(diǎn)位，以此能夠確定一個(gè)最佳的統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格單元表達(dá)研究區(qū)域內(nèi)的地勢起伏，見表1。

表1 網(wǎng)格大小與平均地勢起伏度的對(duì)應(yīng)關(guān)系

均值變點(diǎn)分析法計(jì)算過程大致如下［8-9］：設(shè)有樣本序列H0

（1）令i=2，3，4，…，N，對(duì)每個(gè)i將樣本分為兩段：X1，X2，…，Xi-1和Xi，Xi+1，…，XN。計(jì)算每段樣本的及統(tǒng)計(jì)量：

均值變點(diǎn)法原理，即變點(diǎn)的存在會(huì)使原始樣本的統(tǒng)計(jì)量S與樣本分段后的統(tǒng)計(jì)量Si之間的差距增大，見圖2。根據(jù)圖2所示，取17×17為最佳統(tǒng)計(jì)單元，提取安徽省地勢起伏度的最佳統(tǒng)計(jì)面積為2.37 km2，采用該最佳統(tǒng)計(jì)面積提取安徽省的地勢起伏度分類圖見圖3。

圖2 S與Si差值的變化曲線圖

圖3 安徽省高程分類專題圖和安徽省地勢起伏度專題圖

3 安徽省地貌分類

根據(jù)安徽省地形條件，參考李炳元等［2］《中國陸地基本地貌類型及其劃分指標(biāo)探討》一文中提出海拔高度和地勢起伏度兩個(gè)指標(biāo)組合對(duì)安徽省的地貌形態(tài)進(jìn)行劃分。根據(jù)本文前面的高程分類專題圖和地勢起伏度專題圖（圖3）的分類標(biāo)準(zhǔn)，可將安徽省地貌形態(tài)劃分11種基本類型（表2），根據(jù)上述分類采用ARCGIS制作安徽省地貌形態(tài)分類結(jié)果圖（見圖4），分別為大起伏中山、中起伏中山、小起伏中山、中海拔丘陵、中海拔臺(tái)地、中海拔平原、中起伏山地、小起伏山地、低海拔丘陵、低海拔臺(tái)地、低海拔平原，安徽省總面積為14.15萬km2，其中分布較廣的主要為中起伏中山、中起伏山地、小起伏山地、低海拔丘陵、低海拔臺(tái)地、低海拔平原，分別統(tǒng)計(jì)各類型面積，占全省總面積的0.5%、3.5%、17.94%、10.19%、19.03%、48.7%。

表2 安徽省地貌基本形態(tài)

圖4 安徽省地貌形態(tài)分類結(jié)果圖

4 總 結(jié)

（1）本文基于SRTM-DEM對(duì)安徽省的地貌特征信息進(jìn)行提取，定量分析地貌形態(tài)分類，結(jié)果跟安徽省的整體地勢基本一致，大體為淮北平原、江淮丘陵、皖西大別山區(qū)、沿江平原、皖南山區(qū)，地貌分類主要為中起伏中山、中起伏山地、小起伏山地、低海拔丘陵、低海拔臺(tái)地、低海拔平原，能夠?yàn)榘不帐〉牡孛卜诸愄峁?zhǔn)確的參考依據(jù)。

（2）采用均值變點(diǎn)分析法定量地計(jì)算安徽省區(qū)域地勢起伏度的最佳統(tǒng)計(jì)面積為2.37 km2，可將安徽省地勢起伏度分為6級(jí)。

（3）研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為分辨率90 m的SRTMDEM，不能夠更加精細(xì)地表達(dá)地形特征信息，若能采用更高分辨率的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行地貌分析，這將能夠提高地勢起伏度研究以及地貌分類研究的實(shí)用性。

［1］ 劉愛利，湯國安.中國地貌基本形態(tài)DEM的自動(dòng)劃分研究［J］.地球信息科學(xué)，2006，8（4）：8－14.

［2］ 李炳元，潘保田，韓嘉福.中國陸地基本地貌類型及其劃分指標(biāo)探討［J］.第四紀(jì)研究，2008，28（4）：535－543.

［3］ 國際熱帶農(nóng)業(yè)中心.90 m空間分辨率的SRTM-DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)［DB/OL］.［2011-06-28］，http：//srtm.csi. cgiar.org/.

［4］ 黃朝安.SRTM DEM數(shù)據(jù)空洞插值填補(bǔ)方法對(duì)比分析［J］.測繪與空間地理信息，2011，34（4）：110－112.

［5］ 唐 飛，陳 曦，程維明，等.基于DEM的準(zhǔn)葛爾盆地及其西北山區(qū)地勢起伏度研究［J］.干旱區(qū)地理，2006，29（3）：388－391.

［6］ 付 博，王忠禮.基于DEM的地勢起伏度研究［J］.吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，30（6）：16－18.

［7］ 張 偉，李愛農(nóng).基于DEM的中國地形起伏度適宜計(jì)算尺度研究［J］.地理與地理信息科學(xué)，2012，28（4）：8－12.

［8］ 韓海輝，高 婷，易 歡，等.基于變點(diǎn)分析法提取地勢起伏度——以青藏高原為例［J］.地理科學(xué)，2012，32（1）：101－104.

［9］ 項(xiàng)靜恬，史久恩.非線性系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)方法［M］.北京：科學(xué)出版社，1997.

［10］ 任 靜，陳 亮.基于SRTM-DEM的河南省地貌特征分析與類型劃分［J］.河南科學(xué)，2011，29（9）：1113－1116.

［11］ 曹偉超，陶和平，孔 博，等.青藏高原地貌形態(tài)總體特征的GIS識(shí)別分析［J］.水土保持通報(bào)，2011，31（4）：163－167.

［12］ 趙斌濱，程永鋒，丁士君，等.基于SRTM-DEM的我國地勢起伏度統(tǒng)計(jì)單元研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2015，46（S1）：284－290.

［13］ 陳學(xué)兄，畢如田，劉正春，等.基于ASTERGDEM數(shù)據(jù)的山西地形起伏度分析研究［J］.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，36（6）：208.

［14］ 常直楊，王 建，白世彪，等.基于DEM數(shù)據(jù)的地貌分類研究—以西秦嶺為例［J］.中國水土保持，2014（4）：56－59.

［15］ 胡 最，聶陽意.基于DEM的湖南省地貌形態(tài)特征分類［J］.地理與地理信息科學(xué)，2015，31（6）：67－71.

［16］ 蔣國富.基于SRTM DEM與ArcGIS的南陽市地貌形態(tài)類型的自動(dòng)劃分［J］.南陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（12）：43－46.

Geomorphology Classification of Anhui Province Based on Digital Elevation Model in Shuttle Radar Topography Mission Data Format

SUN Huimin，TANG Lei，YANG Song，LIU Qing
（Hanjiang Hydrology and Water Resources Survey Station，Xiangyang，Hubei 441022，China）

Based on the 90 m resolution SRTM DEM data，using geographic information system（GIS）technology，this paper extracted the geomorphic elements of Anhui province.based on the mean change－point analysis method，the best access to quantitatively study area relief amplitude of statistical area.According to Chinese landscape classification standard，the landscape type in Anhui province was divided into 11 types，which has a wide distribution of mainly for the low relief mountain，intermediate relief mountain，low relief mountain，low altitude hills，low altitude platform，low altitude plain statistics of each type of area.Results show that this research method can quantitatively and scientifically classify morphology in Anhui province.

shuttle radar topography mission－digital elevation model；Anhui province；relief amplitude；changepoint analysis；geomorphology classifying

P228.43

A

1672—1144（2016）05—0189—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.036

2016－06－04

2016－07－07

孫慧敏（1988—），女，江蘇如皋人，助理工程師，主要從事河道測繪以及GIS方面的工作。E－mail：782230908@qq.com

楊 松（1987—），男，河南南陽人，碩士，助理工程師，主要從事河道測繪以及水文信息化方面的工作。E－mail：694901068@qq.com