基于GIS和DEM的地形地貌特征提取与分析—以河北省为例
基于GIS和DEM的地形地貌特征提取与分析—以河北省为例
本文将介绍如何使用GIS（地理信息系统）和DEM（数字高程模型）技术对地形地貌特征进行提取与分析，以中国地形地貌最齐全的河北省为例。通过实际操作步骤和案例分析，帮助读者掌握基于GIS和DEM的地形地貌特征提取方法。
实验背景
河北省作为中国地形地貌最齐全的省份，其独特的地理位置和地质结构为基于GIS和DEM的地形地貌特征提取与分析提供了丰富的研究对象和实际应用场景。从西北向东南呈半环状逐级下降，包括高原、山地、丘陵、盆地、平原等类型，这种多样性为地形地貌特征提取与分析的研究提供了天然实验室。
DEM作为表达地形起伏的重要工具，通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟。河北省的地形地貌特征提取与分析不仅有助于理解该省的自然地理特征，还能为生态环境保护、资源管理、灾害预防和基础设施建设等提供科学依据。
实验数据
- 河北省DEM数据：地理空间数据云（https://www.gscloud.cn/#page1）
- 河北省行政区划数据：天地图（审图号：GS（2024）0650号）
实验处理
（1）DEM数据镶嵌
采用【镶嵌】功能，将河北省范围内分幅的DEM数据镶嵌至整幅。
（2）DEM数据裁剪
基于上一步校正数据结果和河北省行政区划，采用【按掩膜提取】，得到河北省范围的DEM数据。
（3）DEM数据校正
基于上步骤镶嵌数据结果，考虑到DEM数据采集过程中，因传感器、大气等影响，数据与真实地表存在误差，根据参考数据进行校正。
（4）地形特征提取
- 等高线：采用【等值线】工具，结合校正后DEM数据进行等值线分析。
- 坡度因子：采用【坡度】，分析河北省地形坡度情况。
- 地形起伏度：采用【焦点统计】，计算校正后DEM数据，11×11窗口内的最大值。
- 地形粗糙度：采用【栅格计算器】，对坡度进行弧度制转换。
- 山顶点提取：采用【栅格计算器】，校正DEM-地形Max=0，山顶点即为局部地区最高点。
（5）地表径流提取
采用【水文分析】，对河北省DEM进行【填洼】【流向】【流量】，运用【栅格计算器】，阈值设定2000，计算得到水系。（阈值设定根据实验实际情况判断）
实验分析
（1）河北省地形特征分析
河北省位于华北地区，东临渤海，内陆环绕北京和天津，全省地形复杂多样，整体上西北高，东南低，包括坝上高原、燕山、太行山地。由图上看出西北部地区山区海拔偏高，东南地区主要以华北平原为主。
（2）河北省地表水文分析
河北省拥有丰富的水系资源，主要包括海河水系、滦河水系、内陆河水系和辽河水系。这些水系的分布和特征对河北省的水文特征有着重要影响。
河北省水系主要发源于西北部的山地地区，西北-东南走向，流淌于平原，孕育了华北文明。河北省的水文特征复杂多样，不同水系具有不同的特点和问题，需要综合考虑自然条件和人类活动的影响，采取科学合理的水资源管理和保护措施，以保障水资源的可持续利用和水生态的安全。
（3）河北省地形地貌特征分析
河北省位于中国华北地区，拥有复杂多样的地形地貌。总体上，河北省地势呈现西北高、东南低的特点，从西北向东南呈半环状逐级下降。全省地形主要由坝上高原、燕山和太行山地、河北平原三大地貌单元构成。
河北省的地形地貌特征为该省带来了丰富的自然资源和多样的生态环境，同时也影响了当地的气候、水文和人类活动。例如，山地和高原地区通常是重要的水源涵养区，而平原地区则是农业和人口的主要集中地。此外，河北省还拥有丰富的矿产资源，特别是在燕山和太行山地，以及坝上高原的部分地区。
位于河北省西北部，属于内蒙古高原的南缘，俗称坝上高原。这里的平均海拔在1200-1500米左右，面积约占河北省总面积的8.5%。
燕山分布于河北北部，是多条河流的发源地，拥有丰富的水资源和森林资源。太行山则绵延于河北省西部，地形复杂多样，山体植被以喜暖灌木草丛为主，是海河流域的上游，也是河北平原的天然屏障。
主要由山麓平原、中部平原和滨海平原组成。山麓平原位于太行山东麓和燕山南麓，中部平原由古黄河、海河、滦河等水系冲积而成，滨海平原位于京沪铁路以东，沿渤海海岸呈半环状分布。河北平原是华北大平原的重要组成部分，地势平坦，河湖众多。
实验总结
通过使用GIS软件和DEM数据，加深对地形分析原理的理解，掌握DEM数据的生成、处理和分析方法，以及如何从DEM中提取地形地貌特征，如坡度、坡向、地形起伏度等。
从地理空间数据云中获取河北省的DEM数据，坡度和坡向提取：使用GIS工具计算DEM的坡度，这些是地形分析中的基本要素，地形起伏度即通过计算DEM数据中最高点和最低点的差值来评估地形的起伏程度。
河北省不同区域的坡度图、坡向图、地形起伏度图以及地形特征图。这些结果有助于分析河北省的地形地貌特征，如坝上高原的坡状高原特征、燕山和太行山地的山脉走向和分布、河北平原的平坦地形等。