本科论文：人造DEM的构建方法与应用研究  

包黎莉（2009） 

指导教师：章孝灿、秦承志 

 

摘要  

数字地形分析是在数字高程模型（DEM）上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术，在地貌、土壤、水文和生态学等众多研究领域有广泛的应用。对基于栅格数字高程模型计算地形属性的不同算法缺乏客观、定量的评价，使得数字地形分析算法的实际应用受到制约。目前，对地形属性算法的定量评价通常有两种方式：1）应用于实际DEM数据；2）应用于人造DEM数据。实际DEM是对现实世界的一种近似表达，因此，在使用实际DEM计算地形属性时会产生两类误差：模型误差（即DEM本身的误差，如采样误差、插值误差等）和算法误差。实际DEM中所包含的模型误差会影响对算法误差的评价，因此可以避免模型误差的人造DEM数据更适合于评价算法误差。构建人造DEM的关键问题在于推导复合地形属性（以汇流面积为代表）的理论值，受限于在构造人造DEM的同时需要能推导出复合地形属性的理论值，现有方法构造的人造DEM所模拟的地形条件均普遍存在着与现实世界常见地形条件缺乏对应的问题。针对这一问题，本文利用正、余弦函数构造人造DEM，以期更逼真地模拟现实世界中的凸坡、凹坡和马鞍面等典型地形条件，同时推导对应的单位汇水面积（SCA）等地形属性的理论值，并对所构造的各类人造DEM划分了比较域和影响域，从而形成一套对常用的复合地形属性算法以人造DEM进行评价的方法。在定量评价地形分析算法的过程中，借鉴了前人研究中提出的计算域、影响域和比较域的概念。其中计算域是运用流向算法进行计算的区域；影响域是计算域中可能受边界影响的区域；比较域是计算域中不受边界影响的区域，比较域和影响域的并集为计算域。在比较域中对流向算法进行定量评价分析可以避免边界影响。本研究开发了相应的软件工具以实现对所设计的余弦凸坡表面、余弦凹坡表面、正弦马鞍面和斜平面（沿用已有方法对直坡进行模拟）的人造DEM及相应地形属性理论值的计算和数据生成功能。利用该工具，本文构建了地形较缓与较陡的两组典型地形（包括凸坡、凹坡、马鞍面和斜坡）的DEM，分别应用于对3种代表性流向算法（D8、FD8、MFD-md）计算出的SCA结果的定量评价，根据比较域中SCA理论值计算出各流向算法误差的中误差（RMSE）、平均误差（ME）、标准差（SD）等统计量表明， FD8、MFD-md计算结果均优于D8，但FD8算法易于高估SCA值。 

 

P.S. 这个学生是浙大来的推免生，推免后在我这边做的本科论文。