基于SRTM的登封市坡度分級(jí)研究*

張志國(guó)

（商丘師范學(xué)院環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南 商丘476000）

基于SRTM的登封市坡度分級(jí)研究*

張志國(guó)

（商丘師范學(xué)院環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南 商丘476000）

坡度是重要的地形因子之一。基于登封市SRTM3數(shù)據(jù)，利用Arcgis獲取了登封市坡度分布圖，并根據(jù)我國(guó)常用的兩種坡度分級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)制作了登封市坡度分級(jí)分類(lèi)圖，為登封市國(guó)土資源利用、災(zāi)害防治、環(huán)境保護(hù)等提供幫助。

坡度；SRTM；登封市

地形坡度(簡(jiǎn)稱坡度)是地貌形態(tài)的一個(gè)微觀指標(biāo)，是對(duì)地形表面傾斜程度的定量化描述，直接影響著地表的物質(zhì)流和能量的再分配，影響著土壤的發(fā)育、植被的種類(lèi)與分布，制約著土地利用的類(lèi)型與方式，對(duì)自然災(zāi)害（如崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等）的預(yù)測(cè)也有著非常重要的作用[1-2]。利用DEM數(shù)據(jù)提取區(qū)域地形坡度是目前地形分析的主要方式之一[3]。登封市是我國(guó)著名的旅游城市之一，地質(zhì)情況復(fù)雜多樣，由此帶來(lái)的地質(zhì)災(zāi)害和山洪危險(xiǎn)是需要時(shí)刻關(guān)注的重大問(wèn)題。坡度因子是登封市防災(zāi)減災(zāi)和科學(xué)合理利用土地的關(guān)鍵性要素。

1 研究區(qū)概況

登封市位于河南省西部，總面積約1200km2左右，地形復(fù)雜，北有嵩山山脈，南有箕山、熊山山脈，均為東西走向，地勢(shì)由南北向中間逐漸降低為丘陵河川，地貌類(lèi)型主要包括深山、淺山、丘陵和平地。地質(zhì)構(gòu)造以巖齡古老、構(gòu)造復(fù)雜、地層發(fā)育完整、出露良好、形態(tài)各異而聞名中外。登封市水系主要是淮河流域最大的水系—潁河水系，通過(guò)市區(qū)的有少溪河、書(shū)院河及五渡河三條小型河流。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均溫14.2℃，年均降水量614mm，四季分明，溫差大。

2 數(shù)據(jù)與計(jì)算原理

SRTM （Shuttle Radar Topography Mission）主要是由美國(guó)太空總署（NASA）和國(guó)防部國(guó)家測(cè)繪局（NIMA）聯(lián)合測(cè)量的。2002年2月11日美國(guó)“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)發(fā)射升空，搭載的SRTM系統(tǒng)共計(jì)進(jìn)行了222h23min的數(shù)據(jù)采集工作，獲取60°N至56°S之間，180°E和180°W之間的所有區(qū)域，面積超過(guò)1.19億km2，覆蓋全球陸地表面的80%以上。SRTM數(shù)據(jù)產(chǎn)品2003年開(kāi)始公開(kāi)發(fā)布。SRTM數(shù)據(jù)有SRTM-1和SRTM-3兩種，分別是按經(jīng)緯度1弧秒和3弧秒的距離進(jìn)行采樣的。本文使用的SRTM數(shù)據(jù)是中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)中心加工的中國(guó)及周邊區(qū)域范圍內(nèi)的填補(bǔ)好數(shù)據(jù)空洞的SRTM3數(shù)據(jù)（http：// datamirror.csdb.cn/或 http：//srtm.datamirror.csdb.cn/）。SRTM3數(shù)字地形是目前現(xiàn)勢(shì)性最好、分辨率最高的全球性數(shù)字地形數(shù)據(jù)，它的高程基準(zhǔn)是EGM96的大地水準(zhǔn)面，平面基準(zhǔn)是WGS84，標(biāo)稱絕對(duì)高程精度是±16m，標(biāo)稱絕對(duì)平面精度是±20m。利用登封市邊界圖截取登封市SRTM3數(shù)據(jù)后，對(duì)登封市SRTM3數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要是進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換和重采樣。投影方式選擇等面積圓錐投影（Albers），第一標(biāo)準(zhǔn)緯線為25°N，第二標(biāo)準(zhǔn)緯線為47°N，中央經(jīng)線為105° E，起始緯度取0，基準(zhǔn)面選用krasovsay_1940，DEM柵格單元重采樣為90m×90m。

地表面任一點(diǎn)的坡度(Slope)是指過(guò)該點(diǎn)的切平面與水平地面的夾角，是高度變化的最大比率，表示了地表面在該點(diǎn)的傾斜程度。在柵格數(shù)據(jù)中，坡度工具用于為每個(gè)像元計(jì)算值在從該像元到與其相鄰的像元方向上的最大變化率。在Arcgis中，坡度取決于表面從中心像元開(kāi)始在水平(dz/dx)方向和垂直(dz/dy)方向上的變化率（增量）[4]。用來(lái)計(jì)算坡度的基本算法是：

坡度通常以度為單位來(lái)測(cè)量，其算法如下：

3 結(jié)果與分析

將預(yù)處理后的登封市SRTM-DEM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Arcgis10中，利用Arcgis10的空間分析工具，進(jìn)行坡度提取和坡度分類(lèi)，就可以得到登封市坡度的空間分布圖（如圖1所示）和登封市坡度分級(jí)圖（如圖2，3所示）。

3.1 登封市坡度空間分布

分析圖1可知，登封市最高坡度61.6°，平均坡度7.48°，坡度變化范圍較大，坡度變率也較大。呈南北坡度大、中間坡度緩的空間格局，與登封市“兩山夾一谷”（北面嵩山山脈、南面箕山山脈，中間是潁河河谷）的地貌形態(tài)相吻合。嵩山山脈坡度最大，地勢(shì)陡峭；箕山山脈與嵩山山脈相比，坡度相對(duì)要小些。由嵩山山脈向潁河河谷方向，坡度變化過(guò)渡不明顯，說(shuō)明地勢(shì)變化較大；相對(duì)而言，箕山山脈向潁河河谷有一定的過(guò)渡，地勢(shì)較緩，山體不是很突兀。中間地帶包括潁河河谷和山區(qū)低地丘陵區(qū)，地勢(shì)雖然平緩，但不平坦。

圖1 登封市坡度分布圖

3.2 登封市坡地分級(jí)

坡度分級(jí)為坡地的土地利用規(guī)劃、災(zāi)害防治、道路施工等諸多方面的應(yīng)用提供參考依據(jù)。目前我國(guó)坡度分級(jí)主要有兩種：一是1984年中國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)頒布的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中制定的耕地坡度分級(jí)（見(jiàn)表1）；二是2008年國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的 《水土保持綜合治理 規(guī)劃通則》（GB/T15772-2008）中規(guī)定的小流域坡度分級(jí)（見(jiàn)表2）。下面分別根據(jù)這兩種分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行登封市坡地分級(jí)分類(lèi)。

表1 耕地坡度分級(jí)

表2 小流域坡度分級(jí)

根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中制定的耕地坡度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在Arcgis中重新分類(lèi)，得到登封市耕地坡度分級(jí)分類(lèi)圖。從圖2中可知，Ⅰ級(jí)坡地面積占全市總面積的20.23%，Ⅱ級(jí)坡地面積占總面積的36.7%，Ⅲ級(jí)坡地面積占總面積的29.04%，Ⅳ級(jí)坡地面積占總面積的9.77%，Ⅴ級(jí)坡地面積占總面積的4.25%。Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)坡地合占總面積的56.93%，超過(guò)全市總面積的一半，這和登封市的地貌特征是相符合的。

圖2 登封市耕地坡度分級(jí)分類(lèi)圖

根據(jù) 《水土保持綜合治理規(guī)劃通則》（GB/ T15772-2008）中規(guī)定的坡度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，利用Arcgis處理得到登封市小流域坡度分級(jí)分類(lèi)圖。由圖3可知，微坡地面積占全市總面積的49.77%，較緩坡地面積占總面積的18.14%，緩坡地面積占總面積的18.07%，較陡坡地面積占總面積的9.77%，陡坡地面積占總面積的3.24%，陡坡面積占總面積的1.02%。退耕還林（還草）工程規(guī)定＞25°的坡地都禁止開(kāi)墾，按照此規(guī)定，登封市嚴(yán)禁開(kāi)墾的坡地面積占全市總面積的4.26%，這對(duì)登封市水土流失治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有意義。

圖3 登封市小流域坡度分級(jí)分類(lèi)圖

4 結(jié)語(yǔ)

基于SRTM3數(shù)據(jù)提取區(qū)域坡度和進(jìn)行坡度坡地分級(jí)分類(lèi)是個(gè)低成本、快捷的方法，對(duì)區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有參考價(jià)值。但是鑒于SRTM3數(shù)據(jù)在山區(qū)有一定的誤差，在應(yīng)用中需要加以關(guān)注。今后應(yīng)該在增強(qiáng)SRTM3數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確性方面做更深入的研究，同時(shí)也應(yīng)該加強(qiáng)SRTM3數(shù)據(jù)在各行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

[1] 黃明，蘇巧梅，黃詩(shī)哲.基于Arcgis計(jì)算SRTM數(shù)據(jù)DEM坡度的最優(yōu)方法探討.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)[J].2013，31（4）：456-461.

[2] 高一平.基于SRTM數(shù)據(jù)的地形坡度分級(jí)多邊形合并方法與應(yīng)用研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2012.

[3] 韓海輝，高婷，易歡，等.基于變點(diǎn)分析法提取地勢(shì)起伏度[J].地理科學(xué)，2012，32（1）：101-104.

[4]http：//resources.arcgis.com/zh-cn/help/main/10.1/index.html #//00q90000001r000000.

P208

河南省教育廳人文社科規(guī)劃項(xiàng)目（2015-GH-277）。