基于数字高程模型（dem）的地形特征提取

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1、第1章绪论≯GIS地理信息系统(GeographicInformationSystem，简称GIS)是指在计算机软、硬件系统的支持下，对地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存贮、管理、分析、显示和描述的技术系统和决策支持系统。该系统应具备数据获取、空间数据分析、空间信息推导、结果表示等基本功能。GIS起源于20世纪60年代，作为有关空间数据管理、空间信息分析及其传播的计算机系统，在其30多年的发展历程中，已经取得了巨大成就，并广泛地应用于土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、城市规划、经济建设以及政府各职能部门。GIS的快速发展及广

2、泛应用，源于计算机科学在遥感与地图制图学中的应用以及政府部门对土地利用规划与资源管理的需求。20世纪50年代末，计算机获得广泛应用，并很快用于空间数据存贮与处理，加拿大测量学家R．ETomlinson子1960年提出要把地图变成数字形式的地图，出现了GIS的早期雏形。之后于1963年，他又首先提出了“GIS”这一术语，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统(CGIS)用于自然资源的管理和规划。到1972年，CGlS全面投入运行和使用，成为世界上第一个实用的运行型地理信息系统。GIS是一门多学科综合的边缘学科，但其核心是计算机科学，基本

3、技术是数据库、地图可视化及空间分析。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能以及一般的数据库操作(查询和统计分析等)结合成一体，从而区别于其他的信息系统，形成了专门处理空间信息的现代综合性学科。GIS可以通过信息的方式重建地理的人文和自然的客观世界现象与过程“，从而实现在空间与时间多维环境下的模拟分析，实现辅助决策。必须指出，空间可视化虽然是GIS独特而强大的功能，但GIS的核心特征却应该是空间地理分析，如空间查询、量算、缓冲区分析、叠加分析、空间插值等“1。因此，在理解和掌握GIS概念时，应从三方面来综合考虑：即地理信息空间基础

4、理论、GIS技术方法和GIS应用实践，只有这样才能够真正领会和把握作为现代高科技的GIS所体现出的科学性、技术性和实践性等特点”。>空间数据挖掘空间数据库(数据仓库)中的空间数据除了其显式信息外，还具有丰富的隐含信息。如数字高程模型(DEM、CONTOUR或TIN)，除了载荷高程信息2第1章绪论外，还隐含了地形构造信息与地形特征信息(本文的研究内容)。再如在数字高程模型中，将高程属性换成植物的种类，此时植物的种类是显式信息，但其中还隐含了气候的水平地带性和垂直地带性的信息等等，这些隐含的信息只有通过数据挖掘才能显示出来。空间数据挖掘(Spa

5、tialDataMining，SDM)或者称为从空间数据库中发现知识，是为了解决空间数据海量特性而扩展的一个新的数据挖掘的研究分支，是指从空间数据库中提取隐含的、用户感兴趣的空间或非空间的模式和普遍特征的过程。由于SDM的对象主要是空间数据库，而空间数据库中不仅存储了空间事物或对象的几何数据、属性数据，而且存储了空间事物或对象之间的图形空间关系，因此其处理方法有别于一般的数据挖掘方法。SDM与传统的地学数据分析方法的本质区别在于：SDM是在没有明确假设的前提下去挖掘信息、发现知识，挖掘出的知识应具有事先未知、有效和实用三个特征。地学空间数据

6、知识挖掘就是指通过对空间数据库中大量数据的分析来发现新的地学知识和规律。目前随着对地观测技术的发展和大地表面观测记录的增加，人们对地理现象的认识越来越深入，使得地学空间数据挖掘技术成为地学界最热门的话题“。1．1．2课题的提出由大自然长期作用所形成的山脊线和山谷线不仅具有其自身的几何意义，而且还具有特定的物理意义。从几何方面来讲，它们构成了地形起伏变化的分界线(骨架线)，所以它们在地形表示方面有着极其重要的作用，并且对于地形地貌研究有着重要的意义；另外，对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别具有水性与汇水性，对山脊线和山谷线的提取实际

7、上也是分水线和汇水线的提取，这一特性又使得它们在许多工程应用方面有着重要的意义⋯。目前。国家正在进行空间数据基础设施(NSDI：NationalSpatialDataInfrastructure)建设，它已成为我国数字地球建设的重点，而数字高程模型(DEM)是国家基础地理数据库中最重要的空间信息资料，国家基础地理信息中心已经先后完成了1：25万、1：10万和1：5万的全国数字高程模型数据库。数字高程模型数据库是一个很有用的数据库，在它的基础上可以做很多的分析，如进行坡度、坡向等分析，这就是我们通常所说的数字地形分析。在数字地形分析中，3第1

8、章绪论地形特征线的提取，也就是山脊线和山谷线的提取是一个重要的方面，它既是数字地形分析的重点，也是数字地形分析的难点。如何从DEM数据中自动提取所隐含的地形特征线一直是广大GIS