基于EEMD-瞬时频率变换的黄土高原典型地貌沟蚀活跃区识别研究

黄土沟谷是黄土高原物质和能量交换最频繁、形态和形状变化最剧烈的区域.黄土沟沿线作为沟蚀的重要地形特征线,是研究黄土沟蚀特征的重要切入点.该文以黄土峁区(窑家湾)、黄土梁区(安塞)和黄土塬区(长武)3个典型小流域为研究样区,以低空摄影测量生成的1 m分辨率DEM为实验数据,采用集合经验模态分解(EEMD)-瞬时频率变换方法分析各样区黄土沟沿线地形剖面的变化特征.结果表明,黄土高原不同地貌类型区沟沿线地形剖面变化特征差异明显,各样区的沟蚀活跃区多分布于沟头,沟蚀方式以沟头的溯源侵蚀最为活跃,反映了黄土高原地貌的发育进程和沟蚀活跃性,3个样区中黄土梁区(安塞)的沟蚀和沟谷发育最活跃,与实地调查结果一致.     

典型黄土地貌类型区的地形复杂度分形研究

黄土高原地貌形态与地形复杂度自南向北有序变化,构成了举世瞩目的独特的地理景观。选择陕西省南北剖面六个典型黄土地貌样区为基本实验区,以其1∶1万栅格DEM为数据源,探讨典型黄土地貌类型区的地形复杂度分形与空间分异特征。首先提出的元分维模型方法,以计算得到的DEM元分维值作为特征指标,研究样区的地形复杂度问题。这种通过滑动窗口的扩展分维分析方法,既可以用于分析该区域不同尺度下的地形复杂度变化情况,也可以探讨区域的局部单元复杂程度及其空间分布,从而不再局限于对全区域的单一分维评价。以此为基础,进一步应用元分维谱方法,研究地貌网格单元的元分维分级分布情况。实验结果表明:以绥德和延川为代表的黄土峁状丘陵沟壑区最为复杂,以宜君和甘泉为代表的梁状丘陵沟壑区居中,而以淳化为代表的黄土塬区和以神木为代表的风沙黄土过渡区最为平缓。实验进一步证明了扩展分形方法在黄土地貌研究中的可行性。     

DEM随机噪声误差去除方法研究——以黄土沟沿线地形剖面为例

在黄土高原数字地形分析中,基于DEM提取的地形参数和地貌对象是研究黄土地形地貌特征的基础。但在使用这些对象和参数进行小流域尺度的数字地形分析时,DEM数据中隐含的噪声在一定程度上会影响分析结果的可靠性。该文以分别位于陕北黄土丘陵沟壑区(绥德)和黄土塬区(淳化)的两个小流域为试验区,以国家基础地理数据库5m分辨率DEM为实验数据,以黄土地貌中最具典型特征的沟沿线为研究对象,对其地形剖面所隐含噪声的特征、提取及去除方法进行了研究。实验中采用EMD-MFDFA和EEMD-MFDFA两种组合方法对上述两个小流域黄土沟沿线地形剖面数据进行了分析。实验结果显示,沟沿线地形剖面数据噪声与地形复杂程度有很大关系;同EMD-MFDFA方法相比,EEMD-MFDFA对去除噪声成分具有更好的效果;EEMD-MFDFA方法在上述两个样区的沟沿线原始剖面与降噪后重构地形剖面的RMSE分别为2.053m和3.188m。     

基于RILBP的地形结构尺度稳定特征分析

地形结构描述着地表起伏的形态结构,而高低起伏的地形结构又组成了丰富多样的地貌景观。地表形态一般呈现出局部形态相似与区域有序分异的尺度特征。现有的地形尺度研究不能有效地刻画地形结构的尺度特征,地貌形态的适宜表达尺度及地形结构的尺度稳定特征仍值得进一步探讨。该文以黄土高原不同地貌类型区为例,以数字高程模型(DEM)为数据源,从刻画地表形态的局部特征入手,系统地选取了多类具有代表性的地貌形态样本数据,分析了典型地貌类型区域的局部二值模式(LBP)分布特征。考虑到地形结构与RILBP之间一对多的对应关系,利用顾及旋转不变特性的LBP(RILBP)算法探究地形结构的尺度稳定特性,发现随着分析窗口增大,LBP显示出逐渐趋于稳定的尺度特征。研究结果表明,RILBP能够有效地表达地形结构,地形结构稳定单元能够有效地反映适宜的地形分析尺度,地形结构对地形多尺度信息的挖掘具有独特的优势。     

顾及地貌结构特征的黄土沟头提取及分析

沟头是黄土地貌中发育最活跃的地貌部位,沟头的个体与群体对黄土沟间地的蚕食,成为监测黄土高原地面侵蚀演化的重要标识。有效获取并分析沟头的空间分布特征,对于系统、深入地研究黄土地貌的空间形态结构具有重要的意义。以陕北黄土高原典型地貌类型区为实验样区,设计并实现了基于5 m分辨率DEM的沟头提取算法,获取了各实验样区的沟头空间信息;运用点格局分析方法,分析了沟头的空间分布特征。实验结果显示,所提出顾及沟沿线的沟头自动提取方法,具有较好的合理性与精确性;同时,从黄土塬区、黄土残塬区到黄土丘陵沟壑区,随着沟壑发育程度的增强,沟头逐步逼近分水线,其空间分布呈现“远分水线聚集—随机—近分水线聚集”的变化格局。     

地形复杂度的多因子综合评价方法

地形复杂度指标(Terrain Complexity Index,TCI)是评价地表起伏和褶皱程度的指标,广泛应用于DEM数字地形分析、数据综合和建模、地貌分类以及DEM精度研究等领域。然而目前地形复杂度指标多数采用单一地形指标或区域统计指标,缺乏局部的复合评价指标。为此,引入多因子分析方法和局部窗口分析方法,探讨一种基于格网DEM数据的复合地形复杂度指标(Compound Terrain Complexity Index,CTCI)的建模方法。首先利用多因子评价方法选取4种局部地形因子(局部高差、局部标准差、局部褶皱度、局部全曲率),之后利用局部窗口分析方法获取各指标的计算值,最后融合4种因子得到每个格网的CTCI。在实验分析中,选取了3个典型地貌样区和1个混合地貌样区,实验结果表明:CTCI能从整体上区分不同典型地貌区的地形复杂程度,同时CTCI在局部范围与混合地貌样区的等高线的密度和变化程度有较好的吻合,表明CTCI能从整体和局部反映地表的起伏和褶皱变化,是较好的地形复杂度评价指标。     

黄土地貌沟沿线研究综述

黄土高原的沟沿线是最能体现黄土地貌形态特征的地形结构线.沟沿线的形态结构、层次级别、空间展布、发育趋势,既是黄土地貌最显著的外在表象,又深刻地映射着黄土地貌发育的内在机理.该文首先从沟沿线类型划分入手,在总结前人对线状地貌特征要素分类研究的基础上,分析了现有黄土地貌沟沿线类型划分体系;其次,从定量分析的角度,对现有沟沿线的量化指标研究现状进行了分析,系统归纳和总结了沟沿线自动提取技术的特点与适应性.此外,分析了基于沟沿线的黄土地貌研究进展,并从辩证的视角阐述了沟沿线研究科学内涵与发展趋势,对当前沟沿线研究存在的问题进行了深入剖析,展望了黄土地貌数字地形分析的发展前景.     

基于DEM的黄土高原沟谷提取汇流阈值自适应研究

基于DEM的沟谷网络提取过程中,汇流阈值的确定是其关键步骤。目前该阈值的确定大多是通过随机选择、经验判断或目视观察等方式,主观性较强。为解决沟谷网络提取汇流阈值不确定性问题,该文以黄土高原典型小流域样区的5m分辨率DEM为实验数据,提出一种基于沟头点群汇流分布的沟谷提取汇流阈值自适应确定方法。首先,基于DEM提取沟沿线;其次,依据汇流关系提取沟头点位;再者,基于汇流矩阵提取各沟头点位置的汇流值;最后,基于沟头点群的汇流频率分布确定沟谷网络自动提取阈值,并利用Horton定律的沟谷网络平均分枝比自适应确定阈值。结果显示,该方法所采用的阈值处于相对合理汇流值区间内,且利用该阈值提取的沟谷网络与实际吻合度较好,可应用于黄土高原不同地貌类型区。同时,基于DEM的沟头点位提取,并依据沟头点位的汇流特征,可自适应快速选择不同地貌类型的沟谷汇流阈值,并准确提取沟谷网络。     

面向DEM地形复杂度分析的分形方法研究

在基于栅格DEM数据的基础上,应用分形几何学方法,采用元分维模型理论,提出一种描述DEM地形复杂度的分形分析方法,并得出分析指标———地形分维指数(TFI)。实验证明,该指标可以有效描述栅格DEM数据反映的地形变化特征,分析窗口由小到大的规律性变化反映出地貌从微观到宏观的变化情况,因此其既可以作为对栅格DEM所描述地形进行评价的坡面因子,又可以作为基于DEM的地貌类型区自动划分的参照依据。     

基于高分辨率DEM的黄土地貌正负地形自动分割技术研究

黄土地貌正负地形自动分割是构建地表空间分布式机理-过程模型的基础。在分析黄土高原地区典型地貌坡面形态及汇流过程特征的基础上,提出了基于5m分辨率栅格DEM自动分割黄土正、负地形的技术方案。该方案首先利用坡面上下游栅格点的坡度对比识别沟沿线点,然后利用汇水模型提取沟沿线点约束的上游汇水区域,从而实现正、负地形的自动分割。在黄土塬区及丘陵沟壑区的实验结果表明,该方法的优点是提取精度高,人工干预少,在不同地貌类型区域内有很好的应用适宜性。     

基于DEM数据的北天山地貌形态分析

基于SRTM3-DEM数据,运用GIS空间分析技术,通过面积-高度积分、地形高程(平均高程、最大高程、最小高程)、地势起伏度及地形剖面线方法,对北天山的地貌特征进行了初步分析。结果表明,北天山山势险峻并且呈NW-SE走向,显示天山受南北向水平挤压隆升作用。近S形的面积-高度曲线、偏高的面积高度积分值表明北天山地区处于构造活跃时期,地貌发育属壮年期的早期阶段。地形高程剖面线揭示了北天山存在3级夷平面地貌特征,地势起伏度变化幅度最大地区则是受陆内挤压构造应力影响地形抬升最强的地区。     

黄土丘陵沟壑区地形定量因子的关联性分析

不同地形因子虽然在语义概念、计算方法等方面均有明显的差异,但各地形因子之间并不是绝对孤立的,它们之间相互关联、相互影响。这种关联的强弱与趋势,都从不同角度揭示着地形起伏变化与地貌发育的本质及内在规律,同时,还在一定程度上映射着地表形态的发育过程。文章以黄土高原丘陵沟壑区的15个样本地区为实验样区,以高分辨率、高精度的1:1万比例尺DEM为基础数据,应用BP神经网络模型,探讨地形定量因子与地面坡度之间的关联性特征,并将神经网络的方法与传统的多元回归方法进行比较。结果表明,相对于传统的多元回归方法,带隐含层的BP神经网络分析方法能更为有效地反映地形因子间隐含的关联特征。该研究方法为进行地貌多定量指标的的选择和多因子之间关联性的量化提供了一种新的方法。     

基于神经网络的地面坡度与其他地形定量因子关联性分析--以黄土高原丘陵沟壑区实验为例

不同的地形因子从不同侧面反映地面的起伏特征或空间变异，各因子之间所存在的相互关联、相互制约、相互影响的程度与特征，在很大程度上揭示了地形发育与空间变异的内在本质，因而是地形学研究的重要内容。他以黄土高原丘陵沟壑区的16个样本地区为实验样区，以高分辨率、高精度的1：1万比例尺DEM为基准数据，应用BP神经网络模型，探讨地面坡度与其他地形因子之间的关联性特征。实验结果表明，利用神经网络分析方法可以有效评价地形因子对地面平均坡度的关联性。该研究方法为进行地貌多定量指标的的选择和多因子之间关联性的量化提供了一种新的方法。     

基于DEM的黄土高原丘陵沟壑区沟谷网络节点研究

选择黄土高原3个典型地貌类型区为试验样区,基于数字高程模型(DEM)沟谷网络与沟谷网络节点自动提取技术,得到了各样区沟谷网络节点,并从地貌形态学、沟谷成因学以及水文学原理出发,对不同级别沟谷网络节点水流累积属性进行了深入分析,结合数理统计方法获得了：(1)同一沟谷系统不同分辨率沟谷网络节点水流累积量均值分级统计规律;(2)不同地貌类型样区相同分辨率沟谷网络节点水流累积量均值分级统计规律。该结论能够有效解释黄土高原丘陵沟壑区各级沟谷系统的形成机理及其空间分异规律,同时能够合理地说明沟谷系统发育与地表侵蚀、切割强度之间的相互关系。     

基于ANN-CA模型的黄土小流域正负地形演化模拟

黄土高原正负地形的不同组合特征反映了黄土地貌的发育程度,黄土小流域正负地形的演化则是黄土高原地貌形态发育的缩影。该文采用地理元胞自动机的建模方法,对室内黄土小流域正负地形的演化过程进行建模与模拟。实验通过多次训练神经网络,自动获取转换规则,简化了构建元胞自动机模型的难度,同时,模拟的结果总精度达88.5%。研究表明,该方法可以反映黄土小流域正负地形演化过程中其沟谷扩张、沟头向前以及黄土陷穴的发育特点,对黄土高原地貌发育研究具有重要意义和可鉴性。     

地图与遥感

P208 2004021679基于DEM的黄土地貌类型提取与制图:以黄土高原丘陵沟扭实验样区为例二DEMb朋司landfom巧extraction anda蒯i-cation:a case study in tha hill梦即lly areas of thel一Plateau/朱红春,张友顺一//地球信息科学一2003,5(4)一no一113 以陕北绥德县刘家沟流域为实验样区,从地貌成因、形态和土地利用角度出发,分析了黄土高原丘陵沟壑区3种典型地貌类型的区域特征;以不同地貌类型的区域特征为 100·基础,在地理信息系统平台软件户JeView的支持下,利用数字高程模型(DEM)自动提取黄土丘陵区3种基本地貌类型的方法和技术.研究分…     

基于DEM数据的达日断裂构造地貌研究

本文基于90 m分辨率DEM,利用Arc GIS10.1软件对达日断裂地形起伏度、条带剖面、水系等方面进行提取分析,对其构造地貌特征进行研究。从最大高差-面积比法得到最佳分析窗口为43×43,其最大高差稳定的区域范围为14.98 km2。地形起伏度在15~870 m,地形起伏度大于270 m的区域占83.89%,其中起伏度大于575 m的区域占48.50%,其地形以山地地形为主。研究区的坡度在0°~50°,并且起伏度大的区域往往坡度也比较大,其受区域构造活动性影响比较大。研究区域内山体上部有多级夷平面发育,主要夷平面是4 400 m和4550 m左右,最高海拔约为4 720 m,最低海拔约为4 100 m。研究区内水系比较发育,研究区水系密度在0~0.81 km/km2,水系流向和水系密度大致NW向,与断裂走向大致相当,故研究区的水系受断裂活动构造的影响非常大。研究区的地貌特征受活动构造影响所控制,其造成地形起伏度较大,在达日断裂的影响下,断裂上下盘的地貌特征表现出明显的差异。     

长江干流日径流序列的多重分形特征

基于长江干流寸滩、宜昌和大通三个主要控制水文站多年的日径流资料,运用多重分形消除趋势波动分析 (MF-DFA)等方法,识别长江流域不同空间尺度上径流序列的多重分形特征,并采用推广的乘积阶次模型,对多重分形谱进行拟合。结果表明: (1)长江干流的日径流序列具有自相似的多重分形特征,该多重分形特征是由序列内在的长程相关性引起的;(2)长江干流日径流序列的多重分形谱可用推广的乘积阶次模型进行描述,模型拟合的参数a、b可作为该水文站点的特征参数,能够对降雨径流模型有效地进行检测;(3)长江干流日径流变化的复杂程度具有空间差异性。下游大通水文站径流序列的奇异性大于上游两站点,其径流变化过程更为复杂,而上游两站奇异性相差不大。造成三个站点径流过程变化复杂程度差异的主要原因,包括集水面积、来水组成、降水特点和下垫面状况等。     

基于CE-1数据的数字月海分形刻画及其动力学意义

月海是月球表面的主要地理单元。对月海地貌特征的研究能够认识月表起伏及其动力学成因。依据CE-1 影像图和全月球数字高程模型数据,提取了南北半球不同纬度地区、不同填充岩性的典型月海范围,运用盒维数法、立方体覆盖法和多重分形q-Dq语言对月海边界及其地形表面的地貌特征进行了线和面的描述和研究。结果表明：① 分形方法可以有效地描述月球地貌的复杂程度。月海边界的分维值介于1.065~1.100 之间,平均值为1.086,标准差为0.014,在双对数坐标下5 个月海区边界复杂度拟合的直线都近似平行。② 月海地形表面的分维值介于2.704~2.852 之间,5 个月海地形表面的分维值标准差为0.051,ln δ -lnN（δ）图也近似平行,但截距的离散程度相较于月海边界的高。③ 月海地貌多重分析的q-Dq曲线图总体呈现非递增趋势,Dq值在q=-10 和q=0 时基本达到饱和,但差异较小。④ 从线、面单分形以及多重分形可见,5 个月海均具有分形特征,但彼此之间差异较小。其动力学意义在于它们在形成之后,内动力作用基本停止或很小,与分形特征基本一致;而外力主要由陨石撞击作用少量地改变着月表的面貌,导致在分形特征上表现出差异性。     

基于DEM的湖南省地貌形态特征分类

针对当前地貌分类较少关注微观地貌特征信息的问题,该文依据1∶25万DEM数据开展湖南省地貌形态特征分类的实验研究。首先,确定分类实验的最佳分析窗口为0.28km~2。其次,根据可以反映宏观形态特征的起伏度和切割度指数,可以反映微观形态特征的地形位置指数(TPI),构建了分类指标体系并将湖南省按照地貌形态特征分为12种地貌类型。第三,地貌分形维数值是检验地貌形态特征的重要指标,选用研究区5个小流域并分别计算其分维数值,据此进行分类结果检验。研究结果说明该文的实验方法可以较好地体现微观地貌形态信息。