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第1章　绪论1

1.1　地形图与地形分析1

1.2　数字高程模型与数字地形分析2

1.3　数字地形分析的技术内涵4

1.3.1　地形数据与数据结构4

1.3.2　误差分析与不确定性5

1.3.3　算法设计与实现6

1.4　数字地形分析的主要内容6

1.5　数字地形分析的主要应用范畴13

1.5.1　水文学应用14

1.5.2　地貌、土壤学应用19

1.5.3　生态学应用22

1.5.4　工程和其他应用24

1.6　关于本书内容25

第2章　地形曲面的基本数字特征26

2.1　地形的数学描述26

2.1.1　地形的抽象表达26

2.1.2　地形的数学模型27

2.1.3　地形曲面的二维平面模型——等高线模型28

2.2　地形曲面的基本参数28

2.2.1　高程29

2.2.2　高差29

2.2.3　高程分布曲线30

2.2.4　距离32

2.2.5　面积与表面积33

2.2.6　体积33

2.2.7　地形粗糙度34

2.2.8　坡度与坡向34

2.2.9　地形曲率35

2.2.10　汇水面积与单位汇水面积42

2.2.11　区域地形参数44

2.3　基本地貌形态特征的数学定义44

2.3.1　斜坡45

2.3.2　山顶47

2.3.3　山脊48

2.3.4　山谷49

2.3.5　洼地49

2.3.6　鞍部50

2.4　本章小结51

第3章　数字高程模型与地面形态表达52

3.1　数字高程模型52

3.2　DEM数据源特征与获取方法53

3.2.1　地形图53

3.2.2　摄影测量与遥感影像数据55

3.2.3　地面测量数据56

3.2.4　现有DEM数据56

3.2.5　DEM数据源与采集方法对比57

3.3　DEM的表示方法和结构模型57

3.3.1　DEM表达58

3.3.2　DEM结构模型59

3.3.3　不同DEM之间的相互转换62

3.4　DEM数据粗差检查与滤波处理63

3.4.1　原始数据粗差检测与剔除63

3.4.2　原始数据的滤波处理65

3.5　DEM模型优化66

3.5.1　洼地填平处理66

3.5.2　由等高线数据生成的TIN上的平坦三角形处理69

3.5.3　数据点疏化处理70

3.6　DEM分辨率和原始数据尺度的匹配71

3.7　最佳DEM分辨率的确定72

3.8　DEM质量评价72

3.8.1　数值精度指标——DEM中误差73

3.8.2　流域结构分析74

3.8.3　等高线分析74

3.8.4　地形属性可视化分析74

3.8.5　地形属性频率直方图分析74

3.9　本章小结75

第4章　地形曲面参数计算76

4.1　基于DEM的地形曲面参数计算原理76

4.2　高程内插77

4.2.1　基于格网DEM的高程内插计算78

4.2.2　基于TIN的高程内插计算80

4.2.3　基于等高线模型的高程内插计算86

4.3　坡度坡向计算87

4.3.1　基于格网DEM的坡度坡向计算88

4.3.2　基于TIN的坡度坡向计算94

4.3.3　基于等高线模型的坡度坡向计算95

4.4　坡度变化率和坡向变化率计算97

4.4.1　基于最大坡降算法的坡度和坡向变化率计算97

4.4.2　基于差分算法的坡度和坡向变化率计算98

4.5　曲率计算100

4.5.1　基于格网DEM曲率计算100

4.5.2　格网DEM导数估计的统一公式105

4.6　坡长计算106

4.6.1　基于格网DEM坡长计算的基本步骤107

4.6.2　非流量累积坡长计算方法108

4.6.3　流量累积坡长计算方法110

4.7.1　基本定义111

4.7　地形起伏度、粗糙度与切割深度111

4.7.2　基于DEM的地形起伏度、粗糙度、切割深度计算原理112

4.8　面积计算114

4.8.1　基于格网DEM面积计算114

4.8.2　基于等高线DEM面积计算117

4.8.3　基于TIN的面积计算119

4.8.4　剖面面积计算119

4.9　体积计算122

4.9.1　土方计算原理122

4.9.2　格网DEM土方计算方法123

4.9.3　基于等高线DEM的体积计算124

4.9.4　基于TIN的体积计算128

4.10　本章小结132

5.1.1　地形形态基本特征133

5.1　地形形态特征分析的意义与内容133

第5章　地形形态特征分析133

5.1.2　地貌形态134

5.1.3　地貌特征分析意义135

5.1.4　地形形态特征提取的主要内容135

5.2　地形形态特征分析的基本原理和方法136

5.2.1　地形形态特征分析原理136

5.2.2　地形形态特征提取的技术内涵137

5.2.3　特征提取基本方法138

5.3　地形形态特征点分类138

5.3.1　基于高差符号变化的地形点分类139

5.3.2　基于曲率变化的地形点分类方法139

5.3.3　基于地形参数的地形点分类140

5.3.4　基于坡度和曲率的地形部位分类143

5.4.2　地形特征线候选点确定方法144

5.4　地形形态特征线提取的解析方法144

5.4.1　算法回顾144

5.4.3　特征线跟踪149

5.5　地形形态特征线提取的模拟方法156

5.5.1　概述156

5.5.2　路径算法原理与分类157

5.5.3　单流向算法158

5.5.4　多流向算法161

5.6　流域分析167

5.6.1　流域概念167

5.6.2　流域分析内容与流程172

5.6.3　水流网络计算175

5.6.4　流域地形分割算法设计178

5.7.1　地形可视性分析基本概念181

5.7　地形形态可视性特征分析181

5.7.2　地形可视性计算原理184

5.7.3　地形可视性计算实现187

5.8　本章小结200

第6章　地形统计特征分析201

6.1　基本地形参数的特征统计201

6.1.1　高程数据的统计分析201

6.1.2　坡向数据的统计203

6.2　高程分布特征模型206

6.2.1　正态分布模型206

6.2.2　皮尔逊Ⅲ分布模型208

6.3　沟壑密度计算与分析210

6.3.1　沟壑密度的计算与地学统计意义211

6.3.2　沟壑密度计算211

6.4.1　趋势面分析的地学意义213

6.4　趋势面分析213

6.4.2　高程数据的趋势面分析215

6.4.3　趋势面的拟合精度216

6.5　地形相关性分析217

6.5.1　莫兰指数217

6.5.2　局耶瑞指数219

6.5.3　半变异函数219

6.6　本章小结221

第7章　复合地形属性222

7.1　一般概念222

7.2　土壤含水量分布模型223

7.2.1　地形湿度指数224

7.2.2　地形湿度指数的计算224

7.2.3　基于地形湿度指数的土壤含水量分析225

7.3.1　静态土壤水分模型和准动态土壤水分模型228

7.3　准动态土壤水分分布模型228

7.3.2　准动态地形湿度指数的理论基础229

7.3.3　准动态地形湿度指数计算230

7.4　水流侵蚀力模型231

7.4.1　水流强度指数231

7.4.2　输沙能力指数231

7.4.3　应用意义234

7.5　太阳辐射模型235

7.5.1　短波辐射236

7.5.2　地面温度计算模型243

7.5.3　地面辐射244

7.5.4　太阳净辐射244

7.5.5　太阳辐射模型各项计算的相关关系245

7.6　本章小结247

8.1　地形剖面分析249

第8章　地形可视化及分析249

8.2　二维可视化表达与分析250

8.2.1　等高线250

8.2.2　明暗等高线251

8.2.3　阶梯等高线253

8.2.4　高程分层设色253

8.2.5　地形晕渲法255

8.3　可视性表面分析256

8.3.1　基本可视参数分析257

8.3.2　扩展可视参数分析258

8.3.3　可视性表面分析应用259

8.4　地形的三维表达与分析260

8.4.1　纹理分析与设计260

8.4.2　光照模型与观察要素261

8.4.3　三维分析与表达262

8.4.4　动态模拟265

8.5　本章小结266

第9章　数字地形分析的误差与精度268

9.1　概述268

9.1.1　空间数据质量研究概况269

9.1.2　数字地形分析精度研究概况270

9.2　数字地形分析的误差源271

9.2.1　DEM精度271

9.2.2　DEM结构272

9.2.3　解译算法273

9.3　数字地形分析的误差分析方法与精度评价模型275

9.3.1　数字地形分析的精度模型276

9.3.2　数字地形分析误差的分析方法279

9.3.3　数据独立的误差分析方法281

9.4.1　算法对坡度坡向影响的理论分析282

9.4　坡度坡向误差分析与精度评价282

9.4.2　DEM误差对坡度坡向的影响分析284

9.4.3　DEM结构对坡度坡向的影响分析286

9.4.4　地形复杂度对坡度坡向的影响分析289

9.4.5　坡度坡向算法的综合评价290

9.5　流域路径算法的误差分析291

9.5.1　路径算法的数值精度指标291

9.5.2　路径算法的误差空间分布特征292

9.5.3　路径算法的分析与综合评价293

9.6　本章小结296

第10章　数字地形分析的发展方向和展望298

10.1　数字地形分析面临的挑战298

10.1.1　对理论研究的挑战298

10.1.3　对应用的挑战299

10.1.2　对技术实现的挑战299

10.2　数字地形分析急需解决的问题300

10.2.1　在不同DEM数据模型上获取地形信息的方法和模型300

10.2.2　海量信息库中地形信息的提取和数据挖掘300

10.2.3　地形信息的解译和表达300

10.2.4　与其他地理信息的融合301

10.2.5　地形分析的精度及误差传播评估301

10.3　对数字地形分析的展望301

10.3.1　DEM数据源和数据库301

10.3.2　地形形态的数学模型302

10.3.3　地学知识的挖掘和地学过程反演302

10.4　结束语302

参考文献303

中英文术语对照318