分形地形复杂度研究.pdf

2011年6月 地理空 间信 息 Jun.,2011 第9卷第3期 GEOSPATIAL INFORMATION Vol.9,No.3 分形地形复杂度研究 朱绍攀，张书毕 （中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州22 1116） 摘 要：利用 VC++6.0 与 OpenGL 开发了1 个地形分析程序，分别实现了2 种地形复杂度描述方法。基于分形几何学的思 想，对栅格DEM 进行地形分析，得出的实验地区地表分维值，比传统地表粗糙度分析方法得出的地表粗糙度值能更好地 表现地形变化的连续性和空间相关性。实验表明，地表分维值能够很好地反映地形变化特征，可作为栅格DEM 地形复杂 度的一个描述因子。 关键词：DEM ；地形分析；复杂度；分形几何 中图分类号：P208 文献标志码: B 文章编号: 1672-4623 (2011) 03-0 116-04 近年来，伴随着计算机的普及以及数字技术的发 1 实验地区地形可视化表达 展，地形信息的表达也进入了数字化的阶段，出现了 一些基于数字形式的地形表达方式。数字高程模型 利用VC++6.0 与OpenGL 开发一个地形分析程序， （DEM）逐渐取代等高线地形图，成为地理数据库中的 读取实验地区DEM 数据，生成二、三维地形图，如图 核心数据。它作为地球表面地形的数字描述和模拟已 1 所示。 成为支持全球变化和区域可持续发展研究的重要组成 部分，是进行各种地学分析计算的重要基础数据 。它 是进行各种地形分的基础，广泛用于测绘、遥感、地 质、制图综合、地理形态、资源、环境等领域 。基于 DEM 数据的地形特征分析问题一直是学术界研究的热 点。目前基本的地形分析方法有坡度分析、坡向分析、 地形谷脊分析、剖面分析、地表粗糙度分析等 。不同 的地地形分析得到不同的地形特征因子，不同的地形 特征因子反映了地形不同方面的特征，有不同的应用 范围。但是这些地形分析得到的地形因子都是离散的 不能很好地反应出自然界的连续性的的空间相关性。自 ( ) 曼德勃罗特 Mandelbrot 创立分形几何学以来，分形 图1 实验地区地形图 方法在地学研究中得到广泛应用，如河流、海岸线的 图1 （a）为实验地区等高线图，图1 （b）为实验 分维计算、城镇结构分析、地图综合等，分维扩展方 地区高程设色图，图 1 （c）为全幅显示实验地区三维 法以及分形应用理论得到了较好的发展，为分形方法 地形图，图 1 （d）为局部显示实验地区三维格网地形 应用于地形研究奠定了基础。国内一些研究成果也表 图。图中地形高程都是由深绿到深黄逐渐增大。 明，分形理论可以有效地应用于地表特征及DEM 的研 从图 1 中可以很方便直观地看出实验地区的三维 究 。本文利用栅格 DEM 数据，基于分形几何学的思 ++ 地形和地形起伏。 想，利用VC 6.0 与OpenGL 开发了一个地形分析的程 序，对地形地表复杂度进行分析描述。经过本文实验 2 地表粗糙度分析 研究发现利用分形分维思想提取的地表复杂度因子比