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第1章　绪论 1

1.1　地形图与地形分析 1

1.2　数字高程模型与数字地形分析 2

1.3　数字地形分析的技术内涵 4

1.3.1　地形数据与数据结构 4

1.3.2　误差分析与不确定性 5

1.3.3　算法设计与实现 6

1.4　数字地形分析的主要内容 6

1.5　数字地形分析的主要应用范畴 13

1.5.1　水文学应用 14

1.5.2　地貌、土壤学应用 19

1.5.3　生态学应用 22

1.5.4　工程和其他应用 24

1.6　关于本书内容 25

第2章　地形曲面的基本数字特征 26

2.1　地形的数学描述 26

2.1.1　地形的抽象表达 26

2.1.2　地形的数学模型 27

2.1.3　地形曲面的二维平面模型——等高线模型 28

2.2　地形曲面的基本参数 28

2.2.1　高程 29

2.2.2　高差 29

2.2.3　高程分布曲线 30

2.2.4　距离 32

2.2.5　面积与表面积 33

2.2.6　体积 33

2.2.7　地形粗糙度 34

2.2.8　坡度与坡向 34

2.2.9　地形曲率 35

2.2.10　汇水面积与单位汇水面积 42

2.2.11　区域地形参数 44

2.3　基本地貌形态特征的数学定义 44

2.3.1　斜坡 45

2.3.2　山顶 47

2.3.3　山脊 48

2.3.4　山谷 49

2.3.5　洼地 49

2.3.6　鞍部 50

2.4　本章小结 51

第3章　数字高程模型与地面形态表达 52

3.1　数字高程模型 52

3.2　DEM数据源特征与获取方法 53

3.2.1　地形图 53

3.2.2　摄影测量与遥感影像数据 55

3.2.3　地面测量数据 56

3.2.4　现有DEM数据 56

3.2.5　DEM数据源与采集方法对比 57

3.3　DEM的表示方法和结构模型 57

3.3.1　DEM表达 58

3.3.2　DEM结构模型 59

3.3.3　不同DEM之间的相互转换 62

3.4　DEM数据粗差检查与滤波处理 63

3.4.1　原始数据粗差检测与剔除 63

3.4.2　原始数据的滤波处理 65

3.5　DEM模型优化 66

3.5.1　洼地填平处理 66

3.5.2　由等高线数据生成的TIN上的平坦三角形处理 69

3.5.3　数据点疏化处理 70

3.6　DEM分辨率和原始数据尺度的匹配 71

3.7　最佳DEM分辨率的确定 72

3.8　DEM质量评价 72

3.8.1　数值精度指标——DEM中误差 73

3.8.2　流域结构分析 74

3.8.3　等高线分析 74

3.8.4　地形属性可视化分析 74

3.8.5　地形属性频率直方图分析 74

3.9　本章小结 75

第4章　地形曲面参数计算 76

4.1　基于DEM的地形曲面参数计算原理 76

4.2　高程内插 77

4.2.1　基于格网DEM的高程内插计算 78

4.2.2　基于TIN的高程内插计算 80

4.2.3　基于等高线模型的高程内插计算 86

4.3　坡度坡向计算 87

4.3.1　基于格网DEM的坡度坡向计算 88

4.3.2　基于TIN的坡度坡向计算 94

4.3.3　基于等高线模型的坡度坡向计算 95

4.4　坡度变化率和坡向变化率计算 97

4.4.1　基于最大坡降算法的坡度和坡向变化率计算 97

4.4.2　基于差分算法的坡度和坡向变化率计算 98

4.5　曲率计算 100

4.5.1　基于格网DEM曲率计算 100

4.5.2　格网DEM导数估计的统一公式 105

4.6　坡长计算 106

4.6.1　基于格网DEM坡长计算的基本步骤 107

4.6.2　非流量累积坡长计算方法 108

4.6.3　流量累积坡长计算方法 110

4.7.1　基本定义 111

4.7　地形起伏度、粗糙度与切割深度 111

4.7.2　基于DEM的地形起伏度、粗糙度、切割深度计算原理 112

4.8　面积计算 114

4.8.1　基于格网DEM面积计算 114

4.8.2　基于等高线DEM面积计算 117

4.8.3　基于TIN的面积计算 119

4.8.4　剖面面积计算 119

4.9　体积计算 122

4.9.1　土方计算原理 122

4.9.2　格网DEM土方计算方法 123

4.9.3　基于等高线DEM的体积计算 124

4.9.4　基于TIN的体积计算 128

4.10　本章小结 132

5.1.1　地形形态基本特征 133

5.1　地形形态特征分析的意义与内容 133

第5章　地形形态特征分析 133

5.1.2　地貌形态 134

5.1.3　地貌特征分析意义 135

5.1.4　地形形态特征提取的主要内容 135

5.2　地形形态特征分析的基本原理和方法 136

5.2.1　地形形态特征分析原理 136

5.2.2　地形形态特征提取的技术内涵 137

5.2.3　特征提取基本方法 138

5.3　地形形态特征点分类 138

5.3.1　基于高差符号变化的地形点分类 139

5.3.2　基于曲率变化的地形点分类方法 139

5.3.3　基于地形参数的地形点分类 140

5.3.4　基于坡度和曲率的地形部位分类 143

5.4.2　地形特征线候选点确定方法 144

5.4　地形形态特征线提取的解析方法 144

5.4.1　算法回顾 144

5.4.3　特征线跟踪 149

5.5　地形形态特征线提取的模拟方法 156

5.5.1　概述 156

5.5.2　路径算法原理与分类 157

5.5.3　单流向算法 158

5.5.4　多流向算法 161

5.6　流域分析 167

5.6.1　流域概念 167

5.6.2　流域分析内容与流程 172

5.6.3　水流网络计算 175

5.6.4　流域地形分割算法设计 178

5.7.1　地形可视性分析基本概念 181

5.7　地形形态可视性特征分析 181

5.7.2　地形可视性计算原理 184

5.7.3　地形可视性计算实现 187

5.8　本章小结 200

第6章　地形统计特征分析 201

6.1　基本地形参数的特征统计 201

6.1.1　高程数据的统计分析 201

6.1.2　坡向数据的统计 203

6.2　高程分布特征模型 206

6.2.1　正态分布模型 206

6.2.2　皮尔逊Ⅲ分布模型 208

6.3　沟壑密度计算与分析 210

6.3.1　沟壑密度的计算与地学统计意义 211

6.3.2　沟壑密度计算 211

6.4.1　趋势面分析的地学意义 213

6.4　趋势面分析 213

6.4.2　高程数据的趋势面分析 215

6.4.3　趋势面的拟合精度 216

6.5　地形相关性分析 217

6.5.1　莫兰指数 217

6.5.2　局耶瑞指数 219

6.5.3　半变异函数 219

6.6　本章小结 221

第7章　复合地形属性 222

7.1　一般概念 222

7.2　土壤含水量分布模型 223

7.2.1　地形湿度指数 224

7.2.2　地形湿度指数的计算 224

7.2.3　基于地形湿度指数的土壤含水量分析 225

7.3.1　静态土壤水分模型和准动态土壤水分模型 228

7.3　准动态土壤水分分布模型 228

7.3.2　准动态地形湿度指数的理论基础 229

7.3.3　准动态地形湿度指数计算 230

7.4　水流侵蚀力模型 231

7.4.1　水流强度指数 231

7.4.2　输沙能力指数 231

7.4.3　应用意义 234

7.5　太阳辐射模型 235

7.5.1　短波辐射 236

7.5.2　地面温度计算模型 243

7.5.3　地面辐射 244

7.5.4　太阳净辐射 244

7.5.5　太阳辐射模型各项计算的相关关系 245

7.6　本章小结 247

8.1　地形剖面分析 249

第8章　地形可视化及分析 249

8.2　二维可视化表达与分析 250

8.2.1　等高线 250

8.2.2　明暗等高线 251

8.2.3　阶梯等高线 253

8.2.4　高程分层设色 253

8.2.5　地形晕渲法 255

8.3　可视性表面分析 256

8.3.1　基本可视参数分析 257

8.3.2　扩展可视参数分析 258

8.3.3　可视性表面分析应用 259

8.4　地形的三维表达与分析 260

8.4.1　纹理分析与设计 260

8.4.2　光照模型与观察要素 261

8.4.3　三维分析与表达 262

8.4.4　动态模拟 265

8.5　本章小结 266

第9章　数字地形分析的误差与精度 268

9.1　概述 268

9.1.1　空间数据质量研究概况 269

9.1.2　数字地形分析精度研究概况 270

9.2　数字地形分析的误差源 271

9.2.1　DEM精度 271

9.2.2　DEM结构 272

9.2.3　解译算法 273

9.3　数字地形分析的误差分析方法与精度评价模型 275

9.3.1　数字地形分析的精度模型 276

9.3.2　数字地形分析误差的分析方法 279

9.3.3　数据独立的误差分析方法 281

9.4.1　算法对坡度坡向影响的理论分析 282

9.4　坡度坡向误差分析与精度评价 282

9.4.2　DEM误差对坡度坡向的影响分析 284

9.4.3　DEM结构对坡度坡向的影响分析 286

9.4.4　地形复杂度对坡度坡向的影响分析 289

9.4.5　坡度坡向算法的综合评价 290

9.5　流域路径算法的误差分析 291

9.5.1　路径算法的数值精度指标 291

9.5.2　路径算法的误差空间分布特征 292

9.5.3　路径算法的分析与综合评价 293

9.6　本章小结 296

第10章　数字地形分析的发展方向和展望 298

10.1　数字地形分析面临的挑战 298

10.1.1　对理论研究的挑战 298

10.1.3　对应用的挑战 299

10.1.2　对技术实现的挑战 299

10.2　数字地形分析急需解决的问题 300

10.2.1　在不同DEM数据模型上获取地形信息的方法和模型 300

10.2.2　海量信息库中地形信息的提取和数据挖掘 300

10.2.3　地形信息的解译和表达 300

10.2.4　与其他地理信息的融合 301

10.2.5　地形分析的精度及误差传播评估 301

10.3　对数字地形分析的展望 301

10.3.1　DEM数据源和数据库 301

10.3.2　地形形态的数学模型 302

10.3.3　地学知识的挖掘和地学过程反演 302

10.4　结束语 302

参考文献 303

中英文术语对照 318