地球信息科学学报 ›› 2019, Vol. 21 ›› Issue (12): 1867-1876.doi: 10.12082/dqxxkx.2019.190402
陈霄燕1, 潘军1,*(), 邢立新1, 蒋立军1, 孙也涵1, 仲伟敬2, 范博文1
收稿日期:
2019-07-27
修回日期:
2019-10-31
出版日期:
2019-12-25
发布日期:
2019-12-25
作者简介:
陈霄燕(1994-),女,内蒙古赤峰人,硕士生,主要从事遥感与地理信息系统方面的研究。E-mail: xychen17@mails.jlu.edu.cn
基金资助:
CHEN Xiaoyan1, PAN Jun1,*(), XING Lixin1, JIANG Lijun1, SUN Yehan1, ZHONG Weijing2, FAN Bowen1
Received:
2019-07-27
Revised:
2019-10-31
Online:
2019-12-25
Published:
2019-12-25
Supported by:
摘要:
地形地貌是岩性解译的重要信息,地形因子作为描述DEM数字曲面几何特征的定量指标参数,可用来定量化表达不同岩性所在地区地形地貌特征。本文以桂林-阳朔地区为研究区,研究地形因子数学、地质意义,建立岩性与地形因子组合间的定量关联,进而实现岩石类型划分。本文基于ASTERGDEM提取坡度、起伏度等12个地形因子,在分析各个地形因子地质意义基础上,通过聚类分析及方差分析的多元统计分析方法,研究各岩性地形因子特性及其关联性,建立研究区岩性之间的定量差异;此外,利用因子分析方法研究岩性分类过程中的主导因素,确定适宜岩性分类方法以实现定量化岩性分类。实验结果表明:不同岩性、不同地形地貌的地形因子(组合)之间具有显著差异,基于因子分析得到的宏观地形复杂度指数(MTI)以及微观曲率指数(MCI)对岩石类型的分类精度达77.36%。研究表明,地形复杂度等地形因子可用于岩性分类,采用因子分析方法可获取反映地形地貌宏观、微观特征的定量指标,且岩性分类效果良好。
陈霄燕, 潘军, 邢立新, 蒋立军, 孙也涵, 仲伟敬, 范博文. 桂林-阳朔地区DEM地形特征与岩性相关性分析及分类研究[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(12): 1867-1876.DOI:10.12082/dqxxkx.2019.190402
CHEN Xiaoyan, PAN Jun, XING Lixin, JIANG Lijun, SUN Yehan, ZHONG Weijing, FAN Bowen. Correlation Analysis and Classification of DEM Topographic Features and Lithology in Guilin-Yangshuo, China[J]. Journal of Geo-information Science, 2019, 21(12): 1867-1876.DOI:10.12082/dqxxkx.2019.190402
表1
地形因子定义及地质意义比较[20,30-31]
空间范围 | 名称 | 定义 | 地质意义 |
---|---|---|---|
微观 | 高程 | 地面点沿铅垂线到大地水准面的距离 | 反映该点岩石地层的剥蚀程度 |
坡度 | 曲面一点P的法线方向与天顶方向Z之间的夹角 | 与该点岩石地层产状密切相关 | |
剖面曲率 | 过地面点P的法矢量且与该点坡度平行的法截面与地形曲面相交的曲线在该点的曲率 | 反映该点在坡度方向上的凹凸、弯曲情况及岩性破碎程度,抗风化能力 | |
水平曲率 | 过p点等高线的曲率 | 反映该点所在地面等高线的弯曲程度及岩性破碎程度,抗风化能力 | |
纵向曲率 | 沿下坡方向的坡度变化率 | 反映该点在坡度方向上弯曲、变化情况及岩性破碎程度,抗风化能力 | |
横向曲率 | 与下坡方向垂直的方向上的坡度变化率 | 反映该点在坡度垂直方向上的弯曲、变化情况及岩性破碎程度,抗风化能力 | |
最大/最小曲率 | 计算得到整体曲率的最大值/最小值 | 在整体上反映地面越弯曲程度及岩性抗风化能力,并可以用来识别山脊和山谷 | |
宏观 | 地形起伏度 | 区域内的最大高程和最小高程之差 | 反映该地岩性抗风化能力 |
地表切割深度 | 区域内高程平均值和最小高程之差 | 反映地表被侵蚀切割情况,岩石透水性及抗风化能力 | |
高程变异系数 | 区域内高程的标准差与均值之比 | 反映地表破碎程度,及岩性抗风化能力 | |
地表粗糙度 | 区域地形表面积和投影面积之比 | 反映地表光洁程度、地形复杂程度及岩石坚硬程度,及透水性强弱 |
表4
由代表性样品所计算的因子负载矩阵[35]
因子/变量(地形因子) | 1.000 | 2.000 | 3.000 | 4.000 | 5.000 | 6.000 | 7.000 | 8.000 | 9.000 | 10.000 | 11.000 | 12.000 | 公因子方差 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
X1高程 | 0.911 | -0.120 | -0.269 | 0.074 | 0.108 | -0.070 | -0.035 | 0.245 | 0.007 | -0.002 | 0.000 | 0.000 | 1.000 |
X2坡度 | 0.846 | 0.228 | 0.253 | 0.148 | 0.167 | 0.276 | 0.091 | 0.014 | 0.185 | -0.003 | 0.000 | 0.000 | 1.000 |
X3剖面曲率 | -0.008 | 0.988 | 0.113 | 0.062 | 0.009 | 0.052 | -0.001 | 0.000 | 0.008 | 0.004 | -0.059 | 0.000 | 1.000 |
X4水平曲率 | -0.278 | -0.001 | -0.137 | -0.084 | -0.945 | -0.053 | -0.004 | -0.002 | -0.003 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 1.000 |
X5纵向曲率 | 0.007 | 0.988 | 0.115 | 0.066 | 0.005 | 0.072 | 0.021 | -0.005 | 0.007 | -0.001 | 0.029 | -0.004 | 1.000 |
X6横向曲率 | 0.007 | 0.988 | 0.115 | 0.067 | 0.004 | 0.073 | 0.021 | -0.005 | 0.007 | -0.002 | 0.030 | 0.004 | 1.000 |
X7最小曲率 | 0.563 | 0.343 | 0.331 | 0.248 | 0.140 | 0.612 | 0.001 | -0.008 | -0.002 | 0.001 | 0.000 | 0.000 | 1.000 |
X8最大曲率 | 0.183 | 0.125 | 0.061 | 0.967 | 0.079 | 0.074 | 0.006 | 0.001 | 0.003 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 1.000 |
X9地形起伏度 | 0.933 | -0.067 | 0.261 | 0.085 | 0.151 | 0.044 | -0.038 | -0.100 | -0.038 | 0.114 | 0.000 | 0.000 | 1.000 |
X10地表切割深度 | 0.956 | -0.126 | 0.116 | 0.077 | 0.141 | 0.027 | -0.088 | -0.081 | -0.081 | -0.097 | 0.001 | 0.000 | 1.000 |
X11高程变异系数 | 0.215 | 0.270 | 0.916 | 0.070 | 0.154 | 0.112 | 0.011 | -0.012 | 0.004 | 0.001 | 0.000 | 0.000 | 1.000 |
X12地表粗糙度 | 0.826 | 0.258 | 0.227 | 0.136 | 0.104 | 0.317 | 0.261 | -0.029 | 0.032 | -0.001 | 0.001 | 0.000 | 1.000 |
方差贡献 | 5.775 | 3.311 | 0.950 | 0.843 | 0.673 | 0.263 | 0.078 | 0.059 | 0.023 | 0.020 | 0.005 | 0.000 | 12.000 |
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