本發(fā)明涉及地貌及地質(zhì)工程領(lǐng)域，具體涉及一種地勢起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的獲取方法。

背景技術(shù)：

地勢起伏度是地貌學(xué)中描述地貌形態(tài)的重要指標(biāo)，反映地表起伏變化。地勢起伏度是地質(zhì)構(gòu)造與地表剝蝕過程相互作用的結(jié)果，常常被應(yīng)用于造山帶、高原山脈等發(fā)育演化特征和區(qū)域水土流失評價的研究，也是區(qū)域地貌對比研究和地貌類型劃分的客觀依據(jù)，另有研究表明地形起伏度和滑坡災(zāi)害的發(fā)生也存在很大的相關(guān)性。地勢起伏度的計算關(guān)鍵在于統(tǒng)計單元的選擇，也就是定義所指的某一確定面積的值，亦即該確定面積有多大，才能恰到好處地反映山體的完整性，并具有一定范圍內(nèi)較強(qiáng)的代表性，亦即普適性。

利用數(shù)字高程模型(DEM)進(jìn)行地形起伏度的提取與分析，是獲取所需地表信息的快速有效手段。目前，利用DEM對小范圍地形起伏度提取方面的研究較多，但對中國這樣大范圍的地形起伏度提取的研究還很少，已有研究大多基于地形數(shù)據(jù)采集樣點(diǎn)或樣區(qū)進(jìn)行分析，其地形起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定方法比較主觀，后期提出的均值變點(diǎn)分析法與實際驗證較弱，準(zhǔn)確度有待驗證。此外，目前常用的四種確定最優(yōu)統(tǒng)計單元的計算模型(人工作圖法、最大高差法、模糊數(shù)學(xué)法、均值變點(diǎn)分析法)是在兩種研究思路下提出的，計算得到的最優(yōu)統(tǒng)計單元有時不一致，給地貌學(xué)和災(zāi)害學(xué)的深入研究造成了一定的困擾。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供的一種地勢起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的獲取方法，該方法快速有 效，且實現(xiàn)了與相關(guān)國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)和其他權(quán)威數(shù)據(jù)的對比驗證，使得計算結(jié)果更加準(zhǔn)確；同時可以用于其他宏觀地形因子最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定；提高了造山帶、高原山脈等發(fā)育演化特征和區(qū)域水土流失、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害評價的準(zhǔn)確性；為地質(zhì)災(zāi)害的防治及災(zāi)后措施的選取提供了可靠且準(zhǔn)確的依據(jù)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種地勢起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的獲取方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1.對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取得到不同統(tǒng)計單元下的地勢起伏度值；

步驟2.選取地勢起伏度的因變量和擬合模型；

步驟3.確定最優(yōu)統(tǒng)計單元的范圍；

步驟4.在所述統(tǒng)計單元的范圍內(nèi)進(jìn)行起伏度分類及分析，確定所述地勢起伏度的所述最優(yōu)統(tǒng)計單元。

優(yōu)選的，所述步驟1包括：

1-1.根據(jù)DEM數(shù)據(jù)的實際分辨率，進(jìn)行重采樣預(yù)處理，得到地面高程分布圖；

1-2.在GIS中采用鄰域分析法，選取矩形統(tǒng)計窗口，提取不同所述矩形統(tǒng)計窗口下的地勢起伏度值；

所述地勢起伏度值包括最大起伏度、平均起伏度、最高頻數(shù)起伏度及最高起伏度頻數(shù)。

優(yōu)選的，所述步驟2包括：

2-1.根據(jù)所述地勢起伏度值，統(tǒng)計各個統(tǒng)計單元與最大起伏度、平均起伏度、最高頻數(shù)起伏度和最高起伏度頻數(shù)的對應(yīng)關(guān)系；

2-2.擬合起伏度信息隨單元面積的變化規(guī)律，得到所述各個地勢起伏度值與所述統(tǒng)計單元的擬合模型；

2-3.統(tǒng)計各個所述擬合模型和所述地勢起伏度因變量組合的決定系數(shù)；

2-4.選取所述決定系數(shù)中最大的決定系數(shù)對應(yīng)的所述擬合模型和因變量的組合。

優(yōu)選的，所述步驟3包括：

3-1.在選取出的所述擬合模型和因變量的組合中，繪制其因變量數(shù)據(jù)隨單元面積的變化曲線；

3-2.在所述變化曲線中，將所述因變量的變化拐點(diǎn)至穩(wěn)定點(diǎn)之間的范圍作為最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定范圍。

優(yōu)選的，所述步驟4包括：

4-1.在所述最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定范圍內(nèi)對各個所述統(tǒng)計單元進(jìn)行起伏度分類及基本地貌形態(tài)分類；

4-2.將各個所述統(tǒng)計單元下的所述起伏度分類及基本地貌形態(tài)分類數(shù)據(jù)建為數(shù)組序列；

其中，一個所述統(tǒng)計單元對應(yīng)一個數(shù)組Ai；將國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)或權(quán)威數(shù)據(jù)建立為對應(yīng)的數(shù)組序列B；

4-3.分析各個所述Ai與B的相關(guān)性，統(tǒng)計其相關(guān)系數(shù)和顯著性指數(shù)；

4-4.選取所述相關(guān)系數(shù)及顯著性指數(shù)最高的所述統(tǒng)計單元作為研究區(qū)地勢起伏度的所述最優(yōu)統(tǒng)計單元。

優(yōu)選的，所述4-1中的所述起伏度分類的分類原則為：

平坦起伏類：0～20m；

微起伏類：20～75m；

小起伏類：75～200m；

中起伏類：200～600m；

大起伏類：600～900m；

巨起伏類：900～1200m；

宏起伏類：＞1200m。

優(yōu)選的，所述4-1中的所述基本地貌形態(tài)分類的分類原則為：

平原高原類：>0且<30m；

丘陵類：30～200m；

山地類：>200m。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種地勢起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的獲取方法，通過對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取得到不同統(tǒng)計單元下的地勢起伏度值；選取地勢起伏度的因變量和擬合模型；確定最優(yōu)統(tǒng)計單元的范圍；在統(tǒng)計單元的范圍內(nèi)進(jìn)行起伏度分類及分析，確定地勢起伏度的最優(yōu)統(tǒng)計單元。本發(fā)明提出的方法快速有效，且實現(xiàn)了與相關(guān)國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)和其他權(quán)威數(shù)據(jù)的對比驗證，使得計算結(jié)果更加準(zhǔn)確；同時可以用于其他宏觀地形因子最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定；提高了造山帶、高原山脈等發(fā)育演化特征和區(qū)域水土流失、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害評價的準(zhǔn)確性；為地質(zhì)災(zāi)害的防治及災(zāi)后措施的選取提供了可靠且準(zhǔn)確的依據(jù)。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，利用數(shù)字高程模型(DEM)進(jìn)行地勢起伏度的提取與分析，比傳統(tǒng)手段更加快速有效。

2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，參考了已有方法的優(yōu)點(diǎn)，同時實現(xiàn)了與相關(guān)國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)和其他權(quán)威數(shù)據(jù)的對比驗證，使得計算結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，不僅可以用于地勢起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定，而且可以用于其他宏觀地形因子最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定。

4、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，提高了造山帶、高原山脈等發(fā)育演化特征和區(qū)域水土流失、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害評價的準(zhǔn)確性；為地質(zhì)災(zāi)害的防治及災(zāi)后措施的選取提供了可靠且準(zhǔn)確的依據(jù)。

5、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種地勢起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的獲取方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的獲取方法中的步驟1的流程圖；

圖3是本發(fā)明的獲取方法中的步驟2的流程圖；

圖4是本發(fā)明的獲取方法中的步驟3的流程圖；

圖5是本發(fā)明的獲取方法中的步驟4的流程圖；

圖6是本發(fā)明的一種地勢起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的獲取方法的具體應(yīng)用例中的最優(yōu)單元范圍劃定示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種地勢起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的獲取方法，包括如下步驟：

步驟1.對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取得到不同統(tǒng)計單元下的地勢起伏度值；

步驟2.選取地勢起伏度的因變量和擬合模型；

步驟3.確定最優(yōu)統(tǒng)計單元的范圍；

步驟4.在統(tǒng)計單元的范圍內(nèi)進(jìn)行起伏度分類及分析，確定地勢起伏度的最優(yōu)統(tǒng)計單元。

如圖2所示，步驟1包括：

1-1.根據(jù)DEM數(shù)據(jù)的實際分辨率，進(jìn)行重采樣預(yù)處理，得到地面高程分布圖；

1-2.在GIS中采用鄰域分析法，選取矩形統(tǒng)計窗口，提取不同矩形統(tǒng)計窗口下的地勢起伏度值；

地勢起伏度值包括最大起伏度、平均起伏度、最高頻數(shù)起伏度及最高起伏度頻數(shù)。

如圖3所示，步驟2包括：

2-1.根據(jù)地勢起伏度值，統(tǒng)計各個統(tǒng)計單元與最大起伏度、平均起伏度、最高頻數(shù)起伏度和最高起伏度頻數(shù)的對應(yīng)關(guān)系；

2-2.擬合起伏度信息隨單元面積的變化規(guī)律，得到各個地勢起伏度值與統(tǒng)計單元的擬合模型；

2-3.統(tǒng)計各個擬合模型和地勢起伏度因變量組合的決定系數(shù)；

2-4.選取決定系數(shù)中最大的決定系數(shù)對應(yīng)的擬合模型和因變量的組合。

如圖4所示，步驟3包括：

3-1.在選取出的擬合模型和因變量的組合中，繪制其因變量數(shù)據(jù)隨單元面積的變化曲線；

3-2.在變化曲線中，將因變量的變化拐點(diǎn)至穩(wěn)定點(diǎn)之間的范圍作為最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定范圍。

如圖5所示，步驟4包括：

4-1.在最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定范圍內(nèi)對各個統(tǒng)計單元進(jìn)行起伏度分類及基本地貌形態(tài)分類；

4-2.將各個統(tǒng)計單元下的起伏度分類及基本地貌形態(tài)分類數(shù)據(jù)建為數(shù)組序列；

其中，一個統(tǒng)計單元對應(yīng)一個數(shù)組Ai；將國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)或權(quán)威數(shù)據(jù)建立為對應(yīng)的數(shù)組序列B；

4-3.分析各個Ai與B的相關(guān)性，統(tǒng)計其相關(guān)系數(shù)和顯著性指數(shù)；

4-4.選取相關(guān)系數(shù)及顯著性指數(shù)最高的統(tǒng)計單元作為研究區(qū)地勢起伏度的最優(yōu)統(tǒng)計單元。

其中，4-1中的起伏度分類的分類原則為：

平坦起伏類：0～20m；

微起伏類：20～75m；

小起伏類：75～200m；

中起伏類：200～600m；

大起伏類：600～900m；

巨起伏類：900～1200m；

宏起伏類：＞1200m。

其中，4-1中的基本地貌形態(tài)分類的分類原則為：

平原高原類：>0且<30m；

丘陵類：30～200m；

山地類：>200m。

如圖6所示，本發(fā)明提供一種地勢起伏度最優(yōu)統(tǒng)計單元的獲取方法的具體應(yīng)用例，包括如下步驟：

1.DEM數(shù)據(jù)處理。主要包括以下兩步：

1)重采樣：根據(jù)DEM數(shù)據(jù)的實際分辨率，進(jìn)行重采樣預(yù)處理，得到地面高程分布圖。

2)提取地勢起伏度：利用GIS，采用鄰域分析法，選取矩形統(tǒng)計窗口，提取不同統(tǒng)計窗口下的地勢起伏度值(最大起伏度、平均起伏度、最高頻數(shù)起伏度和最高起伏度 頻數(shù))，如表1：

表1統(tǒng)計單元與地勢起伏度對應(yīng)關(guān)系

2.因變量和擬合模型選取。根據(jù)得到的地勢起伏度值，進(jìn)行不同統(tǒng)計單元與最大起伏度、平均起伏度、最高頻數(shù)起伏度和最高起伏度頻數(shù)等數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系的統(tǒng)計。然后，運(yùn)用統(tǒng)計工具擬合起伏度信息隨單元面積的變化規(guī)律，統(tǒng)計各模型和因變量組合的決定系數(shù)，確定擬合效果最好(決定系數(shù)最高)的因變量和擬合模型組合。如表2：

表2不同擬合模型對因變量擬合結(jié)果(決定系數(shù)R²>0.9)的對比

3.最優(yōu)單元范圍劃定。選取決定系數(shù)最高的模型和因變量組合，根據(jù)其因變量數(shù)據(jù)隨單元面積的變化曲線，將因變量變化拐點(diǎn)至穩(wěn)定點(diǎn)作為最優(yōu)統(tǒng)計單元研究的范圍。如圖6所示。

4.最優(yōu)單元點(diǎn)確定。

1)對不同統(tǒng)計單元計算得到的地勢起伏度，按照：平坦起伏(0～20m)、微起伏(20～75m)、小起伏(75～200m)、中起伏(200～600m)、大起伏(600～900m)、巨起伏(900～1200m)和宏起伏(＞1200m)進(jìn)行起伏度分類；并按照：平原高原(<30m)、丘陵(30～200m)和山地(>200m)進(jìn)行基本地貌形態(tài)分類。分類示意如表3至5：

表3地勢起伏度分類方案

表4基本地貌類型簡單劃分

表5不同統(tǒng)計單元計算結(jié)果分類

2)將不同統(tǒng)計單元下的起伏度和地貌分類數(shù)據(jù)建立數(shù)組序列(一個統(tǒng)計單元對應(yīng)一個數(shù)組)記為Ai；將國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)或其他權(quán)威數(shù)據(jù)建立對應(yīng)的數(shù)組序列記為B。如表6所示：其中Ai表示各統(tǒng)計單元按照表5建立的結(jié)果序列，B為對國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)或其他權(quán)威數(shù)據(jù)建立的序列。

表6 A_i與B的相關(guān)性分析

3)分析各Ai與B的相關(guān)性，統(tǒng)計其相關(guān)系數(shù)和顯著性指數(shù)，示意結(jié)果如表6，選取相關(guān)系數(shù)最高的單元作為研究區(qū)地勢起伏度的最優(yōu)統(tǒng)計單元。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。