面向多尺度地形表达的DEM地形信息强度研究

DEM地形信息强度是DEM栅格单元在地形数字化表达中的重要性程度。对DEM地形信息强度进行系统量化研究，可为DEM重构关键步骤中取舍地形特征点提供综合判别依据，是基于大比例尺DEM实现多尺度地形表达的基础。针对目前DEM栅格单元重要性评价中重形态轻语义、重局部轻全局的现状，本项目拟基于信息学认知层次模型，运用定性与定量分析相结合、理论分析与实验验证相结合的方法，对DEM地形信息强度基本理论和和应用方法进行初步探索。在构建DEM地形信息强度概念模型的基础上，基于规则格网DEM数据，研究DEM栅格单元地形信息强度的综合测度模型；从实验样区地形结构特征出发，确定与地貌类型区相适应的DEM地形信息强度提取方法。通过解析地形信息强度阈值、重构DEM目标尺度之间的映射关系，研究基于地形信息强度的多尺度DEM构建方案。该研究成果可望进一步丰富多尺度DEM表达理论，完善基于DEM的数字地形分析方法。

本项目针对目前DEM点位在地面建模重要性评价中重局部轻全局、重形态轻语义的现状，基于信息学理论，运用定性与定量分析相结合、理论分析与实验验证相结合的方法，对DEM地形信息强度基本理论和应用方法进行初步研究，其主要研究内容及其成果包括：（1）通过构建DEM地形信息认知层次模型，对DEM地形信息含义及其特征进行分析，对DEM地形信息层次、类型和性质进行探讨，实现了DEM地形信息强度信息论机理的系统研究；（2）构建了DEM地形信息强度概念模型，它是由语法层次地形信息量与语义层次地形信息量组成的客观地形信息量，它表征DEM栅格单元在地形数字化表达中的重要性程度。（3）根据微分几何原理构建了DEM点位语法地形信息量测度方法，根据地形特征点类型及其等级层级结构建立了DEM点位语义地形信息量确定方案，在此基础上构建了DEM点位地形信息强度综合量化方案。（4）通过对DEM点位语法地形信息量进行了提取与分析，对不同类型地形特征点语义地形信息量进行了提取与分析，实现了对DEM点位地形信息强度进行了提取与特征分析。（5）提出了基于DEM地形信息强度指数的多尺度DEM构建方案，即通过地形信息强度指数值，然后通过设置地形信息强度指数阈值，提取不同重要程度的地形候选特征点，在此基础上，加入地形特征线构建约束TIN并从进行插值处理，从而得到不同尺度级别的简化结果DEM。（6）根据不同地貌类型样区和重构DEM目标尺度，对多尺度DEM构建方案中地形信息强度指数阈值确定方案进行了系统探讨。（7）构建了基于地形信息强度TSI指数的多尺度DEM效果评价方案，即通过将局部重要度VIP法和全局三维道格拉斯法作为对比算法，从高程统计特征，高程空间自相关特征，地形信息特征，地形结构特征、基本地形参数等方面对基于地形信息强度TSI指数阈值法构建的多尺度DEM效果进行系统分析评价。研究成果可望在基于高精度DEM的地形简化与地貌综合、多尺度地形建模与实时可视化表达等方面发挥重要作用，深化国家基本比例尺DEM数据的应用层次，服务于社会不同尺度的DEM应用需求。