基于SRTM的登封市坡度分級研究*

張志國

（商丘師范學院環(huán)境與規(guī)劃學院，河南 商丘476000）

基于SRTM的登封市坡度分級研究*

張志國

（商丘師范學院環(huán)境與規(guī)劃學院，河南 商丘476000）

坡度是重要的地形因子之一?；诘欠馐蠸RTM3數(shù)據(jù)，利用Arcgis獲取了登封市坡度分布圖，并根據(jù)我國常用的兩種坡度分級分類標準制作了登封市坡度分級分類圖，為登封市國土資源利用、災害防治、環(huán)境保護等提供幫助。

坡度；SRTM；登封市

地形坡度(簡稱坡度)是地貌形態(tài)的一個微觀指標，是對地形表面傾斜程度的定量化描述，直接影響著地表的物質(zhì)流和能量的再分配，影響著土壤的發(fā)育、植被的種類與分布，制約著土地利用的類型與方式，對自然災害（如崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等）的預測也有著非常重要的作用[1-2]。利用DEM數(shù)據(jù)提取區(qū)域地形坡度是目前地形分析的主要方式之一[3]。登封市是我國著名的旅游城市之一，地質(zhì)情況復雜多樣，由此帶來的地質(zhì)災害和山洪危險是需要時刻關注的重大問題。坡度因子是登封市防災減災和科學合理利用土地的關鍵性要素。

1 研究區(qū)概況

登封市位于河南省西部，總面積約1200km2左右，地形復雜，北有嵩山山脈，南有箕山、熊山山脈，均為東西走向，地勢由南北向中間逐漸降低為丘陵河川，地貌類型主要包括深山、淺山、丘陵和平地。地質(zhì)構(gòu)造以巖齡古老、構(gòu)造復雜、地層發(fā)育完整、出露良好、形態(tài)各異而聞名中外。登封市水系主要是淮河流域最大的水系—潁河水系，通過市區(qū)的有少溪河、書院河及五渡河三條小型河流。屬暖溫帶大陸性季風氣候，年均溫14.2℃，年均降水量614mm，四季分明，溫差大。

2 數(shù)據(jù)與計算原理

SRTM （Shuttle Radar Topography Mission）主要是由美國太空總署（NASA）和國防部國家測繪局（NIMA）聯(lián)合測量的。2002年2月11日美國“奮進號”航天飛機發(fā)射升空，搭載的SRTM系統(tǒng)共計進行了222h23min的數(shù)據(jù)采集工作，獲取60°N至56°S之間，180°E和180°W之間的所有區(qū)域，面積超過1.19億km2，覆蓋全球陸地表面的80%以上。SRTM數(shù)據(jù)產(chǎn)品2003年開始公開發(fā)布。SRTM數(shù)據(jù)有SRTM-1和SRTM-3兩種，分別是按經(jīng)緯度1弧秒和3弧秒的距離進行采樣的。本文使用的SRTM數(shù)據(jù)是中科院計算機網(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)中心加工的中國及周邊區(qū)域范圍內(nèi)的填補好數(shù)據(jù)空洞的SRTM3數(shù)據(jù)（http：// datamirror.csdb.cn/或 http：//srtm.datamirror.csdb.cn/）。SRTM3數(shù)字地形是目前現(xiàn)勢性最好、分辨率最高的全球性數(shù)字地形數(shù)據(jù)，它的高程基準是EGM96的大地水準面，平面基準是WGS84，標稱絕對高程精度是±16m，標稱絕對平面精度是±20m。利用登封市邊界圖截取登封市SRTM3數(shù)據(jù)后，對登封市SRTM3數(shù)據(jù)進行預處理，主要是進行投影轉(zhuǎn)換和重采樣。投影方式選擇等面積圓錐投影（Albers），第一標準緯線為25°N，第二標準緯線為47°N，中央經(jīng)線為105° E，起始緯度取0，基準面選用krasovsay_1940，DEM柵格單元重采樣為90m×90m。

地表面任一點的坡度(Slope)是指過該點的切平面與水平地面的夾角，是高度變化的最大比率，表示了地表面在該點的傾斜程度。在柵格數(shù)據(jù)中，坡度工具用于為每個像元計算值在從該像元到與其相鄰的像元方向上的最大變化率。在Arcgis中，坡度取決于表面從中心像元開始在水平(dz/dx)方向和垂直(dz/dy)方向上的變化率（增量）[4]。用來計算坡度的基本算法是：

坡度通常以度為單位來測量，其算法如下：

3 結(jié)果與分析

將預處理后的登封市SRTM-DEM數(shù)據(jù)導入Arcgis10中，利用Arcgis10的空間分析工具，進行坡度提取和坡度分類，就可以得到登封市坡度的空間分布圖（如圖1所示）和登封市坡度分級圖（如圖2，3所示）。

3.1 登封市坡度空間分布

分析圖1可知，登封市最高坡度61.6°，平均坡度7.48°，坡度變化范圍較大，坡度變率也較大。呈南北坡度大、中間坡度緩的空間格局，與登封市“兩山夾一谷”（北面嵩山山脈、南面箕山山脈，中間是潁河河谷）的地貌形態(tài)相吻合。嵩山山脈坡度最大，地勢陡峭；箕山山脈與嵩山山脈相比，坡度相對要小些。由嵩山山脈向潁河河谷方向，坡度變化過渡不明顯，說明地勢變化較大；相對而言，箕山山脈向潁河河谷有一定的過渡，地勢較緩，山體不是很突兀。中間地帶包括潁河河谷和山區(qū)低地丘陵區(qū)，地勢雖然平緩，但不平坦。

圖1 登封市坡度分布圖

3.2 登封市坡地分級

坡度分級為坡地的土地利用規(guī)劃、災害防治、道路施工等諸多方面的應用提供參考依據(jù)。目前我國坡度分級主要有兩種：一是1984年中國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會頒布的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中制定的耕地坡度分級（見表1）；二是2008年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會發(fā)布的 《水土保持綜合治理 規(guī)劃通則》（GB/T15772-2008）中規(guī)定的小流域坡度分級（見表2）。下面分別根據(jù)這兩種分級標準進行登封市坡地分級分類。

表1 耕地坡度分級

表2 小流域坡度分級

根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中制定的耕地坡度分級標準，在Arcgis中重新分類，得到登封市耕地坡度分級分類圖。從圖2中可知，Ⅰ級坡地面積占全市總面積的20.23%，Ⅱ級坡地面積占總面積的36.7%，Ⅲ級坡地面積占總面積的29.04%，Ⅳ級坡地面積占總面積的9.77%，Ⅴ級坡地面積占總面積的4.25%。Ⅰ級和Ⅱ級坡地合占總面積的56.93%，超過全市總面積的一半，這和登封市的地貌特征是相符合的。

圖2 登封市耕地坡度分級分類圖

根據(jù) 《水土保持綜合治理規(guī)劃通則》（GB/ T15772-2008）中規(guī)定的坡度分級標準，利用Arcgis處理得到登封市小流域坡度分級分類圖。由圖3可知，微坡地面積占全市總面積的49.77%，較緩坡地面積占總面積的18.14%，緩坡地面積占總面積的18.07%，較陡坡地面積占總面積的9.77%，陡坡地面積占總面積的3.24%，陡坡面積占總面積的1.02%。退耕還林（還草）工程規(guī)定＞25°的坡地都禁止開墾，按照此規(guī)定，登封市嚴禁開墾的坡地面積占全市總面積的4.26%，這對登封市水土流失治理和生態(tài)環(huán)境保護具有意義。

圖3 登封市小流域坡度分級分類圖

4 結(jié)語

基于SRTM3數(shù)據(jù)提取區(qū)域坡度和進行坡度坡地分級分類是個低成本、快捷的方法，對區(qū)域的社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有參考價值。但是鑒于SRTM3數(shù)據(jù)在山區(qū)有一定的誤差，在應用中需要加以關注。今后應該在增強SRTM3數(shù)據(jù)的準確性和精確性方面做更深入的研究，同時也應該加強SRTM3數(shù)據(jù)在各行業(yè)中的廣泛應用。

[1] 黃明，蘇巧梅，黃詩哲.基于Arcgis計算SRTM數(shù)據(jù)DEM坡度的最優(yōu)方法探討.四川農(nóng)業(yè)大學學報[J].2013，31（4）：456-461.

[2] 高一平.基于SRTM數(shù)據(jù)的地形坡度分級多邊形合并方法與應用研究[D].太原：太原理工大學，2012.

[3] 韓海輝，高婷，易歡，等.基于變點分析法提取地勢起伏度[J].地理科學，2012，32（1）：101-104.

[4]http：//resources.arcgis.com/zh-cn/help/main/10.1/index.html #//00q90000001r000000.

P208

河南省教育廳人文社科規(guī)劃項目（2015-GH-277）。