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数字高程模型(DEM)作为地形信息的数字化载体,是进行空间分析与地学模拟的基本信息源,在国民经济各领域发挥着越来越重要的作用。DEM的生产与应用就是地形信息的采集、处理、表达和传输的过程；因此,从信息论的视角,强化地形信息的科学内涵与外在表现的系统研究,特别是,以描述地形变异程度的地形信息量为切入点,研究DEM所蕴含地形信息的规律性,对于深化DEM地形信息基本理论问题的认识,提高DEM应用效率与可靠性,都具有非常重要的理论意义和实践价值。
本文首先探讨了DEM地形信息的概念模型,其次,构建了DEM地形信息量测度方法体系,其中,首次提出了DEM地形信息强度的概念与量化模型。在此基础上,通过多样区实验分析,研究了DEM地形信息量的局部空间自相关性、区域差异性以及尺度不确定性,最后,重点讨论了地形信息强度在DEM地形简化中的实例应用。
本文主要研究成果如下:
1.DEM地形信息概念模型构建首先,基于信息学理论构建了DEM地形信息认知模型,在此基础上,探讨了DEM地形信息的科学含义,并将DEM地形信息区分为语法、语义和语用地形信息三个层次；同时提出了DEM地形信息的系统分类方案。然后,对DEM地形信息的基本性质作了初步分析。
2.DEM地形信息量测度方法建立在探讨DEM地形信息熵测度方式局限性的基础上,提出DEM地形信息量测度原则和依据。首先,给出了局部地形信息指数的测度方法,并对其几何意义和物理意义进行了解析；其次,采用局部与全局相结合、语法层次和语义层次相结合的方法,针对DEM栅格单元提出了地形信息强度的概念,地形信息强度是对地面点在DEM地形建模中重要性程度的综合度量；然后,建立了DEM区域地形信息量测度模型。同时,对地形信息强度指数提取过程中,不同类型与等级地形要素语义信息量确定方案进行了详细讨论。
3.DEM地形信息量特征分析首先,针对DEM地形信息指数空间自相关性,应用空间统计学方法进行了实证分析,结果表明,在不同地貌类型区,DEM局部地形信息量的空间自相关范围、变异程度和方向效应都存在一定差异；其次,针对DEM地形信息量统计值的区域差异性,应用统计分析法和空间插值理论进行了研究,结果表明,研究区域内无论东西方向上还是南北方向上,DEM地形信息量都表现出有序分异规律；然后,针对DEM地形信息量的尺度不确定性,应用采样分析法和图谱分析法进行了探讨分析。
4.DEM地形信息量实例应用在对DEM地形简化方法总结分析的基础上,提出了基于地形信息强度法的DEM地形简化方案,并对地形信息强度指数阈值确定和评价方法进行了重点讨论；以基本比例尺1:5万DEM作为简化目标,将VIP(VeryImportantPoints)法和3Douglas-Peucker法作为对比方法,对地形信息强度法DEM地形简化效果进行了综合分析。结果表明,该地形简化方案在技术上可行且易于实现,可以有效减少地形失真,满足不同层次的多尺度地形建模和表达要求。
本文初步构建了DEM地形信息概念模型和描述方法体系,有助于深化对DEM地形信息的认识与理解,为不同层次和不同类型DEM地形信息研究奠定基础；通过采用局部与整体相结合、微观与宏观相结合的方法,对不同地貌类型区DEM地形信息量特征进行解析,从而为DEM地学数据挖掘和数据源适用性评价提供理论支撑；同时,基于地形信息强度的DEM地形简化方法,可以为多尺度DEM构建提供参考依据。