4
宏观坡形
定义：指局部地表坡面的曲折状态。有直线形斜坡、 凸形斜坡、凹形斜坡和台阶形斜坡。
Hi, j 表示中心格网高程；
P Hi, j H k n
k 1 n
H
k 1
n
k
表示窗口高程值之和；
n 表示窗口内格网个数；
P>0 凸形坡 斜坡底部的坡度随坡长的 增长而增大
P=0 直形坡 斜坡底部的坡度基本不变
地形的差异：阴阳坡差异造成温度差异（太阳辐射）、降水差异（气流的路径）等
2
坡向(Aspect)
意义：决定地表局部地面接受阳光和重新分配能量（日照时 数和太阳辐射强度）的重要地形因子，直接造成局部地区气 候特征的差异，同时影响诸如水分、地面无霜期以及作物生 长适宜性程度等。 应用： 提取所有朝南的坡面——为房地产建设选址提供最佳位置。 对山地生态影响，喜阳植物与喜阴植物； 对水分的影响。
提高栅格DEM的分辨率的方式之一
单纯通过对原始DEM 进行更小格网尺度的插 值操作无法提高DEM的 分辨率和准确度。 需要添加新采样点重新 编辑高程数据。
DEM不同形式的转换方式
等高线 Contour Extract by attribute TIN
Raster to tin
Create tin
二
坡面因子提取
1. 2. 3. 4. 5.
坡度 坡向 山影 宏观坡形 微观坡形
1984年中国农业区划委员会颁发《土地利用现状调查技术规程》 对耕地坡度分为五级，地面坡度的不同级别，对耕地利用的影 响不同。 ≤2°一般无水土流失现象；
2°～6°可发生轻度土壤侵蚀，需注意水土保持；
6°～15°可发生中度水土流失，应采取修筑梯田、等高种植等 措施，加强水土保持； 15°～25°水土流失严重，必须采取工程、生物等综合措施防治 水土流失；
Z
C
n
B
O

X(N) n’
A
Y(E)
表示方法： 坡度：与水平面的夹角[0° ～ 90 °] 坡度百分比：坡高(高程增量)除以坡面的水平增量，再乘以100
二者的转化？
Note： 在软件中一般以”弧度”为单位； 百分制的坡度向度坡度的转化，57.296*arctan（slope/100），其中 57.296=360/2pai
太阳方位角(Azimuth)：
太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的 夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正 南方的夹角。太阳方向相对于目标点的角度，从正北方向开始按 照顺时针方向0—360度变化，90度的方位角在正东方向；
太阳高度角(Altitude):
太阳光线与地平面所构成的夹角，单位为度，变化范围从0度(在水 平线上)到90度(头顶上)
软件中坡度和坡向算法——曲面拟合法
一般采用二次曲面，即3*3窗口
e5
e2
e6
e1
e8eຫໍສະໝຸດ e4e3e72 2 Slope t an Slope Slope we sn
Aspect Slope sn Slope we
e5
e2
e6
e1
e8
e
e4
e3
e7
计算坡度和坡向
的3*3窗口
e1 e3 Slope 算法1 精度最高， we 2 cellsize 计算效率也最高 e4 e2 Slope sn 2 cellsize (e8 2e1 e5 ) (e7 2e3 e6 ) Slopewe 8 cellsize (e 2e4 e8 ) (e6 2e2 e5 ) Slopesn 7 8 cellsize
形是沉积物堆积的有利条件，也是冲刷微弱的场所。煤、石油、铝
土、铁、泥炭、盐类和锰结核等沉积矿床多形成在盆地、凹地、平 原和洋盆等负地形中。
正地形与负地形的提取
建立比较的基准，通常表示为一定邻域内的高程均值； 通过原始栅格DEM与高程均值对比，高于均值的判断为 正地形，反之定义为负地形。
3 反地形
3
山影(Hillshade) ——日照强度分析
3
山影(Hillshade) ——日照强度分析
山影可测定研究区域中给定位置的太阳光强度和光照时间； 对实际地面进行逼真的立体显示，增强地面的起伏感。 山影的应用： 对地形起伏进行生动的表示，从而显示不同土地利用类型在 地形上的分布情况。 研究阳光的照射位置与公路上发生的车祸事件发生率之间的 相关性。 分析农作物与太阳光照的关系
(e8 2e1 e5 ) (e7 2e3 e6 ) 算法2 精度仅次于算法1 Slopewe 8 cellsize ARC/INFO和ArcView中采用 (e7 2e4 e8 ) (e6 2e2 e5 ) Slopesn 8 cellsize (e8 e1 e5 ) (e7 e3 e6 ) 算法3 Slopewe 算法4 8 cellsize (e7 e4 e8 ) (e6 e2 e5 ) ERDAS Imagine Slopesn 中采用 8 cellsize
以某一水平面为基准，完全翻转原始DEM所构成的 地形。
为了避免出现负值，通常水平面值选择大于等于DEM的最大值。
？？想具体知道各种林地的实际面积？ 某个区域有修建一个平台，需要取土量多少？
4 曲面面积和曲面体积
指考虑到表面高程的变化情况，沿地表计算出的面积，（通常 大于其二维的底面积）以及地表所包含的体积大小。
定义：坡面的朝向，经常用来决定坡面所能接收到的阳光。 坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。以度为单位, 按顺时针方向来度量。
ArcGIS中： Aspect表示每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向。 坡向值规定：正北方向为0度，正东方向为90度，以次类推，水平的坡 面没有方向，赋值为-1。
7. 地表切割深度
8. 高程变异系数
5 地形起伏度 指在所指定的分析区域内栅格中最大高程与最小高程 的差。描述一个区域地形特征的一个宏观性的指标。
RFi Hmax Hmin
意义：可以直观地反映地形起伏特征，常常用于地貌划分、水 土流失评价、道路规划等
6 地表切割深度 指地面某点的邻域范围的平均高程与该邻域范围内的 最小高程的差值。
>25°为《水土保持法》规定的开荒限制坡度，即不准开荒种植
农作物，已经开垦为耕地的，要逐步退耕还林还草。
纵向坡度有超过20‰的铁路路段，如宝成线、京原 线，但必须减少列车总重和多机车牵引才能运行。 坡度是高度与水平距离之比。铁路用千分之几(‰)表 示,公路用百分之几(％)表示。
1 坡度(Slope)
曲面面积与体积的计算
问题？
在研究水库、湖泊的年际变化时，需要确定当时的 库容量，如何获得？
关键点： 反地形的构建；
填挖方计算；
一、总体描述因子
1. 不同形式DEM的转换（等高线、TIN及lattice数据的提取） 2. 正地形与负地形
3. 反地形
4. 填挖方计算
5. 地形的起伏度
6. 地表的粗糙度
数字地形分析？
通过海拔高度引起的地形差异，可以导致在相应地 理空间中发生的物质（水分、空气湿度、大气压及 大气含量等）、能量（太阳辐射、温度等）的差异。 到底它们的变化规律怎样？可以从决定因子地形场 视角入手！
栅格叠置分析案例：数字地形分析
1 数字地形分析概念
2 数字地形分析
数字地形分析
一．总体描述因子 二．坡面因子提取 三．特征地形要素提取
在ArcView和ArcGIS中通常将坡向综合为9种坡向: 平缓坡为－1 北坡（0～22.5，337.5～360） 东北坡（22.5～67.5） 西北坡（292.5～337.5） 东坡（67.5～112.5） 西坡（247.5～292.5） 南坡（157.5～202.5） 西南坡（202.5～247.5） 东南坡（112.5～157.5）
1
数字地形分析
一．总体描述因子
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 不同形式DEM的转换 正地形与负地形 反地形 填挖方计算 地形的起伏度 地表的粗糙度 地表切割深度 高程变异系数
二. 坡面因子提取 三. 特征地形要素提取
二
坡面因子提取
1. 2. 3. 4. 5.
坡度 坡向 山影 宏观坡形 微观坡形
太阳方位角(Azimuth)：太阳方向相对于目标点的角度，从 正北方向开始按照顺时针方向0—360度变化，90度的方位角 在正东方向；
太阳高度角(Altitude):太阳光线与水平面所构成的夹角， 单位为度，变化范围从0度(在水平线上)到90度(头顶上)
太阳方位角(Azimuth)
太阳高度角(Altitude)
P<0 凹形坡 斜坡底部的坡度随坡长的 增长而减小
5
微观坡形
指地面表面一点的弯曲变化程度。 度量指标：地面曲率因子和地面变率因子
对地形表面一点 扭曲变化程度的 定量化度量因子
微观坡形
地表局部范围内 坡度、坡向两个 基本的地形指标 的变化情况
R S曲面 S水平
意义：是衡量地表侵蚀程度的重要量化指标，在水土保持和环境 监测中具有重要意义 当分析窗口是3*3窗口时，近似公式为：
R 1 cos(S )
8 高程变异系数
指格网单元点的标准差与平均高程的比值，反映了分析区 域内地表单元格网各顶点高程变化的指标。
s V z
1 n 2 2 式中：s [ ( z z ) ] ，n表示单元格网顶点数目。 k n 1 k 1
Di H H min
Di 表示地面每一点的地表切割深度；
H
表示在固定分析窗口内的平均高程；
H min 表示在固定分析窗口内的最低高程