輔助地形形態模式的數字遙感地貌制圖方法研究

潘邦龍

(安徽建筑大學環境與能源工程學院，安徽合肥230601)

隨著RS與GIS技術的快速發展，傳統的野外地貌制圖已經逐漸被快速發展的數字地貌制圖技術所取代。過去地貌地圖生產需要大量的野外調查工作，費時費力，制圖生產周期長，全國也沒有完善的地貌數據庫。現代數字地貌制圖方法的快速更新給地貌專題制圖生產和區域地貌特征研究提供了技術支撐，主要表現在制圖方法與過程、空間數據的獲取與表達、信息的提取與分析等方面，為全國生態環境建設和地礦普查工作提供不可或缺的基礎信息資料［1］。

目前，多源衛星遙感圖像數據為數字地貌制圖提供了重要的數據源。結合GIS強大的數據處理與分析能力，可以便捷獲取地形形態等多層次數據，再輔以野外地貌專家知識庫系統，可以快速提取地貌類別分類數據產品和基礎地貌制圖數據。

鑒于此，該研究選擇安徽省黃山市潛口鎮地區為研究區，以空間分辨率2.1 m的資源三號衛星彩色融合影像和比例尺1∶2.5萬的CAD地形圖為基礎數據源，利用地形數據生成的DEM提取地面高程、等高線、地勢起伏度、坡度、坡向以及山體陰影等地貌形態數據。在此特征數據的指導下，根據多源遙感影像數據空間特征信息，如色彩、紋理、標志物空間布局等建立影像解譯標志，在ERDAS軟件支持下通過遙感解譯方法對研究區地貌進行提取，最后在ArcGIS中生成比例尺1∶2.5萬的數字地貌制圖產品。

1 技術方法

地貌制圖包括地形和地貌2個要素，其中地形要素包括海拔高程、地勢起伏度、DEM、坡度、坡向以及山體陰影等;地貌要素包括山地、平原、臺地和丘陵等。

1.1 地形提取 在地形提取中，以研究區CAD地形圖為基礎數據，利用ArcGIS軟件的空間分析功能生成DEM。首先利用CAD地形圖提取高程點、等高線和行政邊界圖層并轉換成shapefile文件，再根據高程數據生成DEM，最后基于DEM產品，在ArcGIS軟件中生成海拔高程、地勢起伏度、DEM、坡度、坡向以及山體陰影等地形要素專題圖［2］。

1.2 地貌提取 地貌特征提取主要使用遙感影像解譯法，主要包括目視解譯和計算機解譯2種。常用的方法是先利用目視解譯，分析判讀地貌類別，主要包括山區、丘陵、臺地和平原。然后運用遙感影像計算機解譯方法建立地貌特征解譯標志，在ERDAS軟件中主要利用Signature Editor選取代表性樣本，再利用Evaluate/Contingency菜單，執行可能性矩陣Contingency Matrix計算，建立分類模板，最后利用訓練樣本進行遙感影像監督分類，從而獲取地貌分類類別［3］。數字地貌制圖技術路線見圖1。

2 實驗分析

2.1 遙感影像預處理 采用安徽省黃山市潛口地區資源三號衛星2.1 m全色影像和5.8 m多光譜影像。首先影像預處理，包括幾何校正、圖像增強、影像融合和影像裁剪等。幾何校正時，配準控制點坐標需要從CAD地形圖中提取，選擇多項式校正計算模型和最臨近圖像重采樣方法執行幾何校正［4］;圖像增強主要包括大氣校正、勻色調整和影像融合，最后影像裁剪。影像預處理結果見圖2。

2.2 地形數據處理 地形形態特征提取主要以安徽省黃山市潛口鎮1∶2.5萬CAD地形圖為數據源，具體圖層有地形、等高線、高程點、鎮域行政邊界、道路、水系等。首先進行圖形文件格式轉換，利用ArcGIS軟件將dwg文件轉換成shapefile文件;再提取生成DEM和海拔高程數據產品，并利用區域邊界進行圖像區域裁剪［5］。

2.3 潛口鎮數字地貌制圖制作

2.3.1 基于DEM的地形形態矢量特征提取。根據已知研究區域特征，利用ArcGIS軟件將轉換后的SHP地形數據生成DEM，借助3D Analyst菜單中重分類工具，按照DEM高程大小分為4個等級，生成海拔高程圖(圖3)。以同樣的方法獲取地勢起伏度圖(圖4)，結合前人的研究成果和研究區域內起伏度具體情況，考慮到潛口鎮整體地勢起伏不大，將地勢起伏度的分級劃為3個等級:平原(＜10°)、臺地(10～25°)、丘陵(＞25°)［6-7］。

2.3.2 基于遙感影像的基本地貌類型解譯。根據前面分析的各種地形形態示量特征專題圖，結合前人在地貌分類方面的研究以及研究區具體情況，對研究區地貌類型進行劃分［8-9］，結果見表 1。

根據表1中4個基本地貌類型分類，在遙感影像上分別解譯出對應的地貌形態類型界線，結合影像的空間布局、色調、紋理特性，利用ERDAS軟件進行計算機監督分類，經圖幅整飾后的地貌分類圖見圖5。

表1 研究區基本地貌類型分類

2.4 分類結果評價 監督分類執行完成后，需要評價分類結果。采用總體分類精度和Kappa系數指標進行檢驗，建立研究區誤差矩陣［10］，計算出相關參數，結果見表2。

可以看出研究區地貌分類總體精度為85.6%，Kappa系數為80.6%，分類結果具有較高的一致性，基本滿足精度要求。

表2 監督分類誤差矩陣相關參數

3 結論

該研究以資源三號衛星彩色融合影像和地形圖為基礎數據源，以安徽省黃山市潛口鎮為研究區，利用地理信息系統和遙感技術生成數字地貌影像圖。該方法在地形形態輔助模式支持下，利用RS和GIS技術快速制圖，生產過程高效快捷，地貌圖質量良好，為實際工程的應用提供了參考［11］。

［1］高抒，張捷.現代地貌學［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］程中玲.1∶100萬數字地貌圖的設計與編制研究［D］.重慶:西南大學，2007.

［3］龍恩.基于遙感與DEM的長白山區數字地貌制圖方法研究［D］.長春:東北師范大學，2005.

［4］張進平，程維明，王睿博，等.中國1∶100萬遙感地貌制圖方法的試驗［J］.地球信息科學，2005，7(2):36-40.

［5］王兵，胡偉平，卓慕寧.1∶100萬臺灣數字地貌遙感制圖研究［J］.測繪通報，2007(8):10-13.

［6］張進平，程維明，王睿博，等.中國1:100萬遙感地貌制圖方法的試驗——以南京幅(I-50)為例［J］.地球信息科學，2005(2):36-40.

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［9］李銳，江南.基于遙感和DEM的典型地貌形態提取研究［D］.鄭州:解放軍信息工程大學，2007.

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［11］楊曉平.基于TM遙感圖像的流域地貌研究［J］.科技通報，2003，19(2):150-153.