前言

数字地面模型于1958年提出，特别是基于DEM的GIS空间分析方法的出现，使传统的地形分析方法产生了革命性的变化，数字地形分析方法逐步形成和完善。DEM已成为世界各国空间数据基础设施(NSDI)的基本内容之一,被纳入数字化空间数据框架(NGDF)进行规模化生产。随着我国国家和省级多尺度大规模DEM生产的深入开展,极大地提高了各种分辨率和不同精度DEM的可得性,因此迫切需要在此基础上研究各种地形分析方法和技术,以充分发掘和利用DEM所蕴含的丰富的地形地貌信息,为各专业应用领域提供决策支持。传统的地形分析是基于二维平面地形图进行的。从基于纸质地形图的地形分析到基于DEM的地形分析，大量的人工计算和绘制被计算机所替代，地形分析的手段、功能发生了一次飞跃，可视化技术和虚拟现实技术的发展，使得建立三维实时、交互的仿真地形环境成为可能，同时也需要实现三维地形环境中的地形分析。地形分析可分为基本地形因子计算和复杂地形因子分析两种。基本地形因子计算主要有坡度、坡向等。复杂地形因子分析包括可视性分析、地形特征提取、水系特征提取等。

本文从课题研究背景入手，简要介绍课题的研究意义及国内外研究现状，然后介绍数字高程模型的基本概念和建立步骤以及等高线的绘制，从基本坡面因子、特征地形因子、水文因子和可视域等方面简述数字地形分析的主要内容和研究方法，然后利用已有地形图进行建模、方针和设计，以数字高程模型为依据，设计出一套具体利用DEM进行地形分析方案，并且探讨如何实现三维地形环境中的地形分析。

1.DEM概念和地形分析内容

1.1 数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表示），它是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟。从狭义角度定义，DEM是区域表面海拔高程的数字化表达。这种定义将描述的范畴集中地限制在#8220;地表#8221;、#8220;海拔高程#8221;及#8220;数字化表达#8221;内，观念较为明确。从广义角度定义，DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。这是随着DEM的应用不断向海底、地下岩层以及某些不可见的地理现象（如空中的等气压面等）延伸，而提出的更广义的概念。该定义将描述对象不再限定在#8220;地表面#8221;，因而具有更大的包容性，有海底DEM、下伏岩层DEM、大气等压面DEM等。

1.2 数字地形分析（Digital Terrain Analysis, DTA），是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。数字地形分析的主要内容有两方面，一是在复杂的现实世界地理过程中各影响因子和简单、高效、精确、易于理解的抽象与计算机实现中找到平衡。简单地说，就是提取描述地形属性和特征的因子，并利用各种相关技术分析解释地貌形态、划分地貌形态等。二是DTM的可视化分析。数字地形分析中可视化分析的重点在于地形特征的可视化表达和信息增强，以帮助传达地形曲面参数、地表形态特征和复合地形属性的信息。

2.地形分析功能实现方法和步骤

根据分析内容，常用的数字地形分析的方法有以下几种：

2.1.提取坡面地形因子

地形定量因子是为有效地研究与表达地貌形态特征所设定的具有一定意义的参数或指标。从地形地貌的角度考虑，地表是由不同的坡面组成的，而地貌的变化，完全源于坡面的变化。常用的坡面地形因子有坡度、坡向、平面曲率、坡面曲率、地形起伏度、粗糙度、切割深度等。