Abstract Terrain plan concave and convex parts are important topographical shapes that affect the convergence and divergence of flow. The plan concavity and convexity are generally calculated through the curvature method, which is limited by the serious sensitivity to digital elevation model (DEM) errors and scale dependence. In this study, we propose an aspect vector method to quantify the terrain plan concavity and convexity. This method considers different aspect changes of the plan concavity and convexity, which reduces the scale effect on the curve bending quantification. The proposed method is applied to a mathematical Gaussian surface and two different case studies using a DEM with resolution of 5 m. A comparative analysis is conducted between the proposed and existing curvature-based methods to assess the capability of the former. The results show that the proposed method achieves more realistic and accurate terrain plan concavity and convexity than does the existing method. Moreover, the aspect vector approach is less strongly affected by the spatial resolution of the DEM than is the existing curvature-based method, which demonstrates the application potential of the former to other studies. Furthermore, the concept of aspect vector can be expanded to quantify the terrain concavity and convexity from other directions and promote the development of existing curvature-based terrain quantification methods in geomorphometry.

中文翻译：

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使用来自数字高程模型的纵横向量量化地形平面的凹凸

摘要 地形平面凹凸部分是影响水流汇聚和发散的重要地形形状。平面凹凸一般通过曲率法计算，受限于对数字高程模型（DEM）误差和比例依赖性的严重敏感性。在这项研究中，我们提出了一种方面向量方法来量化地形平面的凹凸。该方法考虑了平面凹凸的不同方面变化，减少了曲线弯曲量化的尺度效应。所提出的方法应用于数学高斯表面和使用分辨率为 5 m 的 DEM 的两个不同案例研究。在提出的和现有的基于曲率的方法之间进行比较分析，以评估前者的能力。结果表明，与现有方法相比，所提出的方法获得了更逼真、更准确的地形规划凹凸。此外，与现有的基于曲率的方法相比，方位向量方法受 DEM 空间分辨率的影响较小，这证明了前者在其他研究中的应用潜力。此外，可以扩展方位向量的概念，量化其他方向的地形凹凸，促进现有的基于曲率的地形量化方法在地貌测量中的发展。与现有的基于曲率的方法相比，方位向量方法受 DEM 空间分辨率的影响较小，这表明前者在其他研究中的应用潜力。此外，可以扩展方位向量的概念，量化其他方向的地形凹凸，促进现有的基于曲率的地形量化方法在地貌测量中的发展。与现有的基于曲率的方法相比，方位向量方法受 DEM 空间分辨率的影响较小，这表明前者在其他研究中的应用潜力。此外，可以扩展方位向量的概念，量化其他方向的地形凹凸，促进现有的基于曲率的地形量化方法在地貌测量中的发展。