MPI技术研究了可视性分析的并行计算方法，取得了较好的并行性能。张刚 (2013) 等从负载均衡的角度详细分析了数据并行的特征，设计了通用且有效数据可达的DEM数据划分策略，实现了分布式并行通视分析算法。该方法有效地提高了海量数据的通视分析算法的计算效率，动态数据划分方案有望为并行环境下地形分析提供新的思路。 5.3 并行地形可视化

地形可视化是研究数字地形模型或数字高程模型的显示、简化、仿真等内容的重要技术。面对与日俱增的DEM数据，传统的桌面系统受处理速度、GPU绘制能力和显示分辨率的限制，难以满足海量数据可视化分析的需求，我国学者在分布式并行技术上的突破，为解决此问题提供了有效途径。海量DEM并行可视化技术主要包括海量数据自适应分割、任务动态调度及多线程并行处理三个方面。该技术在地学分析中的应用不仅很好满足了地学数据分析的要求，同时有助于对试验结果细节的发现与挖掘。 6 数字地形分析应用研究

数字地形分析的相关理论与方法为传统的地理学研究提供了新的思路与重要的技术手段。近年来，我国学者将数字地形分析广泛应用于水文、土壤、气象等地学分析研究中，并取得了重要的成果。 6.1 地貌学应用

我国基础地理数据库多尺度DEM的建立，为基于DEM的地貌分析应用创造了良好条件。其中，基于DEM的地貌分类及分区，是数字地形分析在地貌学研究中应用的重要方面。周成虎等利用DEM数据，完善了数字地貌分类的指标体系，提出了中国陆地1:100万数字地貌三等六级七层的数值分类方法，并依此编绘了《中华人民共和国地貌图集》，该成果获2009年国家自然科学二等奖。

6.1.1 DEM 在黄土高原研究中应用 黄土高原与青藏高原因其特殊的地理位置、特有的 地貌形态及复杂独特的成因机理，而成为我国数字地形分析在地貌学应用的重要区域。基 于DEM的黄土高原地貌研究，主要包括黄土高原地貌形态空间格局和地貌演化发育研究 等方面。闾国年等早在1998年就在基于DEM的黄土地形识别与分割方面做出了有益探索；李发源等基于多尺度DEM数据，基于地形信息图谱方法研究黄土高原地貌形态及空间分异规律；不同学者分别从基于DEM的核心地形因子、面积高程积分、纹理分析、正负地形、流域剖面谱、坡面景观、地形特征点簇等不同角度，对黄土地貌的形态特征及其空间分异进行分析。在地貌演化发育方面，学者们主要从流域尺度和区域尺度对黄土地貌演化机理与发育态势进行研究。例如，基于多时期DEM数据，对黄土小流域的地形与正负地形演化进行模拟；在区域尺度上，以地质图、DEM、遥感影像及实测数据等多源数据为基础，利用GIS相关分析方法模拟了第四纪黄土堆积前原始地形的数字高程，分析了黄土高原地貌演化的继承性特征。在黄土高原数字地形分析上，已经形成系列研究成果。

6.1.2 DEM 在青藏高原研究中应用 DEM 数据在青藏高原地貌研究中的应用主要包括三维地形可视化表达、地形参数提取及分析、以及多学科多技术综合应用。在三维地形可视化表达方面，刘勇等 (1999) 建立了兰州以南、青藏高原东北部边缘的美武高原数字高程模型，使高原夷平面得到充分的展示，弥补了传统的地理野外考察工作的局限性。在地形参数提取及分析方面，韩海辉等 (2012) 利用DEM提取地貌参数，并结合剖面分析法，探讨了青藏高原地形与隆升的关系；姚永慧等 (2007) 在提取地貌参数的基础上，对青藏高原进行了地貌分区。随着遥感和地表高程影像的广泛应用，深入挖掘DEM 数据信息并结合地质学、沉积学、构造学、地貌学等多学科理论的应用研究，已成为当前青藏高原地貌研究的主要方向，研究内容主要包括水系分析、构造分析、古沉积面恢复与古侵蚀量计算、冰川变化监测等。 6.1.3 DEM 在月球探测研究中应用 数字地形分析在月球地貌研究中也取得了一系列成果。我国科学家利用“嫦娥一号、二号”月球探测器所得到的数据制作了全月500米分辨率DEM

和虹湾地区局部地图。月表撞击坑作为月球地貌的基本单元，是月球地貌研究的基础。我国学者根据相关DEM数据，在月球撞击坑的提取与特征分析上做了大量工作，主要成果包括：利用DEM探索月球全球重力场分布情况；利用面向对象、数学形态学、特征匹配等方法提出了不同的撞击坑提取方法；对撞击坑的参数、撞击坑形态特征、撞击坑形成过程等问题进行探讨。此外，月表形貌特征与格局等问题也得到了部分学者的关注。 6.2 水文学应用

地形特征的差异导致了水文特征空间差异性，地形要素间的拓扑关系和几何形状直接影响着流域的性质。在水文学研究中，我国学者主要利用数字地形分析技术，对静态的水文特征分析和动态的水文过程模拟两个方面进行了研究。静态水文特征分析主要包括水文地貌关系正确的DEM构建、DEM数据平地和洼地的处理方法、水文流向算法的改进以及水文特征对象提取等方面。在动态水文过程模拟方面，现有研究主要包括分布式水文建模方法、水文模型中DEM的尺度效应以及流域划分对水文模拟影响等方面。近年来，在GIS技术支持下，以徐宗学、任立良、王中根等学者提出了一系列的水文模型，在不同样区不同尺度上实现了对水文过程的动态模拟，取得了重要的研究成果。在数字流域研究方面，王光谦等基于数字流域模型对流域侵蚀产沙量进行了计算，并在黄土高原地区得到了成功的应用。 6.3 地质灾害

地震、滑坡、崩塌等地质灾害的发生与地形存在着密切的联系。利用DEM作为数据源进行地质灾害分析一直是DEM应用的一个重要方面。其中，朱阿兴等 (2006) 基于DEM 与专家知识进行滑坡危险性的模糊评估，另有学者利用DEM派生出的地形因子对于滑坡的影响因子进行敏感性分析，确定了有利于滑坡发育的影响因子。 6.4 土壤学应用

DEM 在土壤学中的应用主要体现在土壤采样策略、土壤侵蚀和土壤属性研究等方面。DEM在土壤采样中的应用主要是土壤采样方案的设计和土壤制图等，基于DEM的土壤属性研究则多集中在地形湿度指数方面。在土壤侵蚀方面，傅伯杰等较早利用DEM 研究了土壤侵蚀与地形的关系，并开展黄土高原大尺度流域土壤侵蚀估算研究，杨勤科、刘洪义等致力于基于DEM的区域土壤侵蚀地形因子研究，在第四次全国土壤侵蚀普查项目提取了全国范围的LS因子，并进行了典型地区侵蚀地形特征分析。在此基础上，我国学者还基于DEM探讨了区域土壤侵蚀与多样性问题，取得了部分研究成果。 6.5 气象与气候学应用

坡度、坡向、高程等地形因子深刻影响着太阳辐射的地表分异，从而影响着局地气象气候要素的时空分布。我国学者利用数字地形分析的理论与方法在气候与气象学领域也开展了应用研究，主要包括两个方面，一是基于DEM的气象要素估算模型研究，包括曾燕、邱新法为等 (2005) 基于DEM建立了天文辐射分布式计算模型，杨昕等 (2004) 建立了总辐射模型 ，另有学者基于DEM对降水径流模型、区域地表蒸散发估算、山区气温的空间模拟模型等 进行了研究；二是基于DEM的气象要素插值方法研究，如降水空间插值方法和陆地多年平均温度插值方法研究。 6.6 其他方面的应用研究

我国学者对DEM在地图的地形渲染、遥感、人文地理等方面的应用研究也多有涉及。随着图形学技术的不断发展，基于DEM的地形渲染方法除了传统的细节层次模型(LOD)、高程分层设色、光照阴影等方法，又发展了许多新的图形渲染技术，如水墨风格地形绘制技术 。DEM在遥感上的应用主要体现在利用DEM对遥感影像的畸变进行校正以及与遥感影像共同作为数据源进行地貌研究。诸多研究表明，基于DEM的数字地形分析技术与遥感技术相结合，可为农、林业生产及资源调查提供多区域尺度、高更新频率、高估算精度的服务指导。数字地形分析在城市及人工建筑的空间分布与规划方面也出现了很好的应用研究案例。

7 总结与展望 7.1 总结

随着GIS已经逐步成为地理学研究的第三代语言，DEM也逐步替代等高线成为地形描述与分析的主要信息载体。由于地形地貌在地理学研究中的基础性地位，DEM及基于DEM的数字地形分析研究无疑成为地理信息科学研究的重要组成部分。我国在DEM信息特征及数字地形分析方面的研究一直紧跟国际发展前沿。近十年来，我国在该研究领域取得了突飞猛进的发展，一批在国际有重要影响的研究成果不断涌现，特别以黄土高原数字地形分析研究为代表的区域地貌研究，更在理论与方法上有重要的突破，凸显中国科学家的重要贡献。2006年，首届TADTM (Terrain Analysis and Digital Terrain Modeling) 国际会议在南京师范大学召开，2013年该国际会议 (改名为Geomorphometry 2013) 再次在南京师范大学举行，显示了国际同行对我国在数字地形分析研究成果的重视与肯定。据不完全统计，近五年国家自然科学基金委对DEM及数字地形分析方面的相关研究给予了大力支持。“基于DEM的黄土高原地貌形态空间格局研究”获国家自然科学基金重点项目资助，另有面上及青年项目50项。国家863项目“数字地形分析并行计算与中间件”也取得重要成果，可望推动我国数字地形分析运算模式的全面提升。在教材建设上，目前已有《数字高程模型及地学分析的原理与方法》(2005)、《数字地形分析》(2006)、《数字地面模型》(2006)、《新数字高程模型理论、方法、标准和应用》(2007)、《数字高程模型教程》(2010) 等专著与教材出版，详尽介绍了数字地形分析的理论与方法，形成了一批代表性成果。在队伍建设上，我国从事DEM及数字地形分析的研究团队不断发展，并形成了以南京师范大学、中国科学院地理科学与资源研究所、西北大学、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所以及武汉大学等特色研究群体，研究成果已被广泛应用到国家建设与科学研究的各个领域，展示方兴未艾的发展前景。 7.2 未来研究展望

随着DEM获取方式的不断发展，高分辨率DEM的获取越来越高效、便捷，我国DEM 与数字地形分析的发展将面临更大的机遇与挑战。今后的研究重点一方面要丰富DEM 的地学属性内涵，另一方面，要深化数字地形分析的理论与技术方法探索。研究方向实现多方面拓展，从传统的地形研究拓展到地貌研究，从侧重山丘区的研究拓展到平原河网、海底地形研究，从地形现状研究拓展到地形演变的过程与机理研究。特别是，要将数字地形分析的研究思路与方法拓展到其它地学场模型，发展通用地学场模型分析理论与方法。