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.     

基于多重分形的黄土高原不同地貌类型区沟沿线起伏特征研究

黄土高原不同地貌类型区沟沿线地形起伏具有不同的特征,有必要从局部和整体两个视角对其进行量化分析。该文以沟沿线地形剖面为研究对象,采用多重分形方法对选取的黄土高原6个典型地貌样区沟沿线地形的起伏特征和变化趋势进行研究。结果表明,黄土高原6个典型地貌样区的沟沿线地形起伏在整个空间尺度均表现出标度不变性,呈现出完全不同的多重分形特征。进一步计算并对比6个样区的多重分形参数Δα和Δf(α),绥德样区的Δα(0.6479)最小、Δf(α)(0.4941)最大,表明绥德样区沟沿线全局地形起伏变化的奇异性最小,而局部地形以高值起伏为主;甘泉样区的Δα(0.8945)最大,其多重分形特征最强,沟沿线整体地形起伏变化的奇异性最大;淳化样区Δf(α)(-0.4881)最小,其沟沿线局部地形以低值起伏为主。多重分形谱参数可作为黄土高原不同地貌类型区沟沿线地形起伏变化特征描述和评价的综合定量指标,为分析黄土地貌地形变化特征提供了一种新途径。     

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的黄土高原面积高程积分研究

面积高程积分(Hypsometric Integral,HI)是通过统计流域地表的高程组合信息,从而揭示流域地貌形态与发育特征的重要指标。本文以1:10000比例尺5 m分辨率DEM数据分析流域面积高程积分计算时的影响因素,以SRTM数字高程模型数据为基本信息源,研究黄土高原重点水土流失区的面积高程积分空间分异特征。研究工作首先讨论并总结了面积高程积分的地学含义,明确了DEM分辨率以及分析面积对于面积高程积分计算的影响,并分析各地貌对象面积高程积分的相关性;然后,面向黄土高原重点水土流失区,采用面向多尺度分割的方法,基于小流域面积高程积分,实现了黄土高原重点水土流失区地貌分区。研究结果表明,DEM分辨率对于小流域面积高程积分计算影响较小,当小流域面积阈值达到10 km2时,面积高程积分趋于稳定;各地貌对象中,流域面—正地形—沟沿线、山顶点—山脊线—流域边界这两组组内面积高程积分值相关性非常强;基于面积高程积分的地貌分区,与黄土高原地区水土流失分区图和输沙模数分区图具有相当程度的耦合关系,并细化了原有分区结果。     

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。     

基于LiDAR数据的流域水系网络提取方法研究

LiDAR技术能够提供高分辨率DEM数据,可用于准确提取流域水系网络信息。研究中针对LiDAR系统提供的高精度DEM数据中存在的噪声,提出采用各向异性扩散滤波算法进行噪声平滑,与常用的DEM滤波算法比较,该方法既能有效去除噪声,同时又能保留高梯度的地形信息。在DEM噪声去除的基础上,采用基于局部地形曲面几何分析的Peuker&Douglas算法初步提取水系网络原型,进一步利用改进的基于坡面流物理模拟分析的加权D8算法提取水系网络,构建了基于LiDAR数据水系网络提取的技术流程。通过鹤壁市某小流域的LiDAR数据水系网络提取试验证明了该方法准确提取水系网络的有效性。     

基于DEM影像的黄土区域地形自动分割及沟头识别

进行区域地形的自动分割和地理对象的识别提取,对于现代地理分析具有重要意义。该文运用影像分析方法,以中国黄土高原的典型地貌区为实验区,提出了基于DEM影像的地形自动分割和沟头识别方法。在黄土区域地形分割中,以沟谷分支点为种子点,以地表剖面曲率特征分析结果为生长准则,实现了沟间地、沟坡地、沟底地的区域自动分割;在沟坡地形自动分割的基础上,运用面向对象的目标分类识别思路,结合对象的地形和水文特征,进行了沟头对象的自动识别。实验结果表明:地形自动分割结果精度均大于90%,沟头对象的识别准确度为88.27%,验证了该文方法的有效性和可靠性。     

黄土丘陵地形谷脊线展布特征

地理对象的空间展布格局特征是区域地貌研究的核心问题.其中,把握地物的组织结构及尺度范围特征是认识其空间展布格局的根本.选取黄土丘陵沟壑区韭园沟流域为实验样区,以流域地形特征线为切入点,采用空隙度系列分析方法,在5 m分辨率DEM上研究黄土地貌发育中期小流域内,地形谷脊线的空间展布格局特征.在东-西、南-北两个方向的探测结果表明:韭园沟流域谷、脊线均具有自组织、多尺度、自相似的格局特点,但各向异性特征不明显.在两个方向上均具有三个特征尺度范围:在东西方向上尺度范围分别为540 m、2 100 m、4 845 m;南北方向上尺度范围分别为1 215 m、2 810 m、5 700 m.该研究结果初步揭示了黄土地貌流域系统骨架线的空间展布格局特征,为区域地貌研究时分析尺度的选取,提供了可借鉴的思路与方法.     

黄土高原数字地形分析研究进展

黄土高原数字地形分析以我国黄土高原为研究对象,基于该区域不同尺度DEM数据提取各类坡面地形因子及特征地形要素,并通过对各种地形因子和特征要素的自身特点、空间分异规律及各因子与要素之间的相互关系建立地学统计模型,从更深层次探讨黄土地貌演化及其空间分异规律,深化对黄土高原的认识。该文总结了黄土高原数字地形分析的基本理论与分析方法,从该区域的DEM数据模型、地形特征要素、地形信息图谱、地形纹理、沟壑信息图谱和地貌发育演化机理等方面对黄土高原数字地形分析的研究成果进行较全面地梳理与分析。可以看出,黄土高原数字地形分析已成为数字地形分析领域独具特色的研究方向,其中很多方法均已成为地貌计量学的重要研究手段。     

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。     

模拟流域地貌发育过程的空间数据获取与分析

运用数字摄影测量与GIS技术对人工模拟降雨条件下小流域模型地貌发育过程进行了动态监测研究,获得了小流域模型不同发育阶段地貌形态高精度、高分辨率的DEM数据、等高线、纵横剖面等数据,计算出了流域模型各种地貌形态参数,并利用GIS技术进行流域发育过程的空间形态进行了可视化和空间分析.研究表明,数字摄影测量与GIS技术可准确快速获取流域地貌形态的相关参数及小流域土壤侵蚀的空间定量分布,对于黄土高原小流域降雨侵蚀产沙过程与地貌形态特征定量作用关系研究及小流域土壤侵蚀预报模型建立具有重要科学意义.     

流域地形景观系统的复杂网络描述

人工作用下流域地形景观系统研究是流域地貌水文研究的重要内容。该文采用复杂网络理论研究黄土高原丘陵沟壑区小流域系统,借助数字地形分析方法从DEM数据中提取网络要素,建立流域地形景观复杂网络模型;选取度、平均路径长度、集聚系数等指标,分析得到网络具有小世界特征,网络中度-度关联性呈现负相关性,负地形中沟谷网络呈现无标度特征;地理尺度对流域地形景观网络拓扑结构影响不大,在人工作用下的地形景观网络呈现平均度减小、集聚系数增大;网络中关键节点的变化影响着网络拓扑结构,改变了小流域系统的地貌水文特征。复杂网络理论为研究流域地形景观系统演化提供了一种新方法。     

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.     

1:50000 DLG建立DEM适宜栅格尺寸的确定

利用数字线划图(Digital Line Graphic,DLG)插值建立数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)时,栅格尺寸影响对所生成的DEM质量,并且不同地形类型区DEM的适宜栅格尺寸应该是不同的,如何确定不同地形类型区适宜的栅格尺寸成为亟须解决的问题。本文以1∶50 000 DLG数据为基础,在东北漫岗丘陵区和黄土丘陵沟壑区选择典型样区,基于信息含量和采样定理两种方法确定DEM适宜栅格尺寸,并通过地形形态分析、等高线套合分析和水文地貌关系分析三种方法对结果进行验证。实验结果表明,基于1∶50 000 DLG建立DEM时,东北漫岗丘陵区适宜栅格尺寸可设为20 m,黄土丘陵沟壑区可设为10 m。本研究为通过DLG插值建立DEM时适宜栅格尺寸的确定提供了参考。     

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。     

地形和遥感图像融合技术在冲沟参数提取中的应用——以栖霞市庵里水库东缘流域为例

受图像的空间分辨率和反立体现象等因素的影响,单纯基于二维遥感图像提取冲沟参数精度较低。以山东省栖霞市庵里水库东岸流域为研究区,建立一种地形和遥感图像融合技术,并用于提取沟沿线、坡底线等冲沟参数,以期为沟蚀参数的大量、快速提取提供一种新方法。结果表明：① 基于HSV变换,高斯标准化地表粗糙度作为地形图像融合的权重,建立了地形与遥感图像融合方法,增强和丰富了图像中的地形信息。② 基于融合数据,结合沟沿线和沟底线坡度阈值处理,在研究区内提取了144条冲沟,总面积为1.699 km²,占流域总面积的29.89%,为强烈侵蚀。③ 选择张家沟—北丁家沟流域作为检验区,以RTK-GPS实测数据为参照,地形融合法提取冲沟的准确率和沟头平均偏移量分别为98.413%和4.12 m,其精度明显高于传统的遥感图像目视解译法（73.016%和9.61 m）。     

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。     

CASC2D-SED模型的DEM尺度效应

DEM分辨率深刻影响着以地形为基础的分布式水文过程模拟。以砒砂岩区二老虎沟小流域一个子沟为研究对象,通过无人机航测获得研究区DEM和影像,使用ArcGIS的栅格重采样方法和水文分析工具获得2~20m范围内11种分辨率的DEM、土地利用类型数据、土壤类型数据和河网数据,将相关数据输入CASC2D-SED模型,探讨不同的DEM分辨率在高分辨率区间对水文过程模拟的影响。研究表明:1)洪峰流量和模拟径流量均随DEM分辨率的降低呈波动上升;2)在2~3m和4~20m两个DEM分辨率区间水文过程线差别较大,而在4~20m范围内水文过程线变化不大;3)DEM分辨率对模型参数有重要影响,一定的DEM分辨率区间可以共用相同的水文参数,超过这个区间则必须重新率定;4)DEM分辨率增加使水文模拟效率降低。     

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GRID-TIN混合格网DEM的旱作梯田数值模拟模型研究

旱梯田地形具有独特的平面和剖面形态特征,现有DEM难以对其地貌形态特征进行准确描述,无法满足构建旱梯田地形数值模拟模型的需求。为此,以黄土高原典型旱梯田地形为切入点,基于Grid-TIN混合格网DEM和面向对象技术构建出水平梯田等典型旱梯田数值模拟模型。根据旱梯田地形的独特地貌形态特征,提出能够对旱梯田地形的高程、坡度进行准确计算的数字地形分析方法。该研究成果是对基于DEM的旱梯田地形数值模拟模型研究的有益尝试,对于探讨利用DEM实现旱梯田地形的有效数字表达与分析具有重要理论意义。