以DEM提取流域水系河源的最小误差分析

 目前,以水文模型提取流域水系已成为水文科学研究中的热点问题。但用DEM提取流域水系的方法不能解决流域水系唯一性的问题。故本文在没有流域纸质水系图或遥感数据的前提下,提出以DEM提取流域水系的河源最小误差法,即通过建立实际河源与提取水系河源两点之间的距离误差与网格数大小的相互关系,以两点之间误差最小为原则解决流域水系提取唯一性问题。以晋江流域为例,30m分辨率的数字高程模型(DEM)为基础数据,采用河源最小误差法提取了晋江流域水系。结果表明,最小河流长度为42m时,实际河源与提取水系河源的距离误差达到最小,相应的晋江流域的水系分维值为1.389,表明该法是提取流域水系较合理可行的算法。     

基于SWAT模型和多源DEM数据的流域水系提取精度分析

流域水系是研究水文水资源、地貌演化和生态环境及水土治理等的基础数据,高精度的水系提取对流域研究十分重要。本文以空间分辨率均为30 m的 AW3D30 DSM、SRTM1 DEM和ASTER GDEM2数字高程模型作为基本的地形数据,基于SWAT模型提取犟河流域水系,通过河网“套合差”、水系相对误差、Google Map水文数据及蓝线河网对提取结果进行误差分析与综合评价,探讨河道剖面和地形特征对水系提取精度的影响。结果表明：① 集水面积阈值是决定河网水系提取精度的关键参数,阈值越大,提取的河网密度越小,反之提取的河网密度越大;② 基于河网密度与集水阈值二阶导数的幂函数与直线相切的数学求值方法确定流域最佳集水面积阈值,能避免最佳集水阈值取值的主观性,提取的河网水系与实际河道相符;③ AW3D30 DSM数据提取的流域河网水系与Google Map高分辨率影像的水系偏差最小,且AW3D30 DSM数据提取的水系与蓝线河网的河网“套合差”和水系相对误差值均最低,能真实反映中低山丘陵山区流域水系发育的疏密程度,吻合度最好;④ 多源DEM数据提取结果均显示为河床比降大和横剖面曲线为窄深式的“V”形河谷提取的水系精度高于河床比降小和横剖面曲线为 “碟”形河谷的提取精度;⑤ AW3D30 DSM数据的地形起伏和坡度标准差最大,有利于山区河网水系的提取。因此,基于SWAT模型和AW3D30 DSM数据提取的山区流域水系可最大限度反映流域水系的真实情况,精度最高,此方法和数据源可应用于中低山丘陵山区流域的水系提取研究。     

基于不同DEM数据源的胶东半岛流域特征提取对比与分析

基于SRTM和ASTER GDEM两种DEM数据源,以胶东半岛为研究区,应用ArcMap水文分析(Arc HydroTools)扩展模块和"burn in"算法,提取河网及流域范围。结果显示,集水面积阈值变化直接影响数字河网密集度。对胶东半岛而言,采用分辨率为90m×90m的SRTM数据可较好地提取河网水系及划分流域;提取的11个主要流域,充分体现了胶东半岛地区的流域特征。     

基于DEM的湟水河流域水系空间模拟应用

本文应用30m分辨率的DEM数据基于Arc GIS10.0中对青海省湟水河流域进行数字流域研究,并探讨不同阈值对生成数字河网的影响,通过对生成的河网与湟水河流域的实际河道进行对比,得出生成的河网与现实水系最为接近的阈值,最后得到流域水系的栅格网络图,生成需要的水系。     

基于DEM的岷江上游流域构造活动强度分析

目前,利用DEM衍生的地貌参数对大面积区域构造活动进行量化分析的研究相对较少。本文以岷江上游流域为例,利用ASTER GDEM数据和GIS技术,提取了该流域面积高程积分值（HI）、河长坡降指数（SL ）、流域盆地不对称度（AF）、盆地形状指数（BS）、谷底宽度与谷肩高度比（VF）和水系分维数（FD）6种地貌参数,对其进行了等级划分,并量化了研究区相对构造活动强度（IAT）。结果显示：岷江上游流域有较高的SL、AF、BS值,较低的VF及FD值,中等HI值,其IAT值为1.33,分类等级为1级,表明该流域侵蚀程度强烈, 流域形态狭长, 河谷呈V型形态,受构造活动影响显著,地貌发育处于幼年期晚期,中年期早期。研究结果与区域地质背景较为吻合,该方法可为进一步探讨区域构造活动差异性提供新的手段。     

四川甘孜州水系分维研究及对地质灾害的启示

被誉为大自然的几何学的分形（Fractal）理论,是现代数学的一个新分支。它的基本特点是承认事物的局部可能在一定条件或过程中,在某些方面（形态、结构、信息、功能、时间、能量等）表现出与整体的相似性,且空间维数的变化既可以是离散的、也可以是连续的。大量的地学现象,如地貌、水系、地震、矿藏等都具有自相似性的分布特征,可以用分形理论进行描述和研究。     

地学现象的分维与标度关系——以中国大陆山系为例

分形理论产生以后,已经在许多领域里取得了较为广泛的应用,但是在分形维数的计算方面仍存在一定的问题,最根本的问题之一是大量相关研究往往忽略了标度问题的影响,而将计算出的分维结果随意比较。本文则是以中国大陆山系为例,对地学现象的分维与标度的关系进行了研究,得出:(1)中国大陆山系的分形性质是客观存在的,其分形性质是不以测算标度而出现变化的,是始终存在的;(2)虽然在不同的测算标度下,中国大陆山系的分形性质始终是客观存在的,但是随着测算标度范围的变化,中国大陆山系的分维也会相应地出现一定的变化,即中国大陆山系客观存在的分形性质是绝对的,而分维则是一个相对的值,是随着测算标度而出现变化的;(3)分维不仅随着测算标度的变化而出现一定的变化,而且,分维是测算平均标度的函数,即D=f(r)(式中:r为测算平均标度,D为分维)关系成立;(4)因为分维值会随着不同标度范围的变化而出现相应的变化,所以,如果要进行分维之间的比较,则应选择相同的标度范围和标度值点。     

基于计算网格的DEM空间分析系统

计算网格技术可以解决DEM空间分析中大数据量和高密度计算对计算资源的需求。计算网格平台Alche-mi给出了模型系统的架构设计和层次设计,将系统划分为DEM分析服务器、计算网格节点和空间数据库服务器;通过集中式空间数据库服务器和基于数据分解的方法设计了系统的并行算法。实例结果表明,应用网格技术可以显著提高大计算量DEM模型分析的运算效率,具有重要理论和现实意义。     

Arc Hydro Tools及多源DEM提取河网与精度分析——以洮儿河流域为例

本文简要分析了HYDRO1K、SRTM3-2、ASTER GDEM 3种数据源基本特征,对数据的水平空间分辨率、现势性、覆盖范围、误差来源进行了比较;阐述了Arc Hydro Tools提取数字河网、划分流域及子流域方法的关键步骤;并以洮儿河流域为研究对象,分析了有(无)河网辅助条件下,3种初始DEM在不同地貌类型中数...     

基于DEM数字河网提取时集水面积阈值与河源密度关系的研究

以研究区3030个流域水文数据为基础,利用数字高程模型（DEM）并运用非线性拟合法分析中小流域集水面积阈值与河源密度的相关关系,分析集水面积阈值与河源密度的幂函数关系可得,幂指数a近似为-1,拟合公式常系数k具有区域分布特征,反映了不同地区的河网发育程度,k值越大,河源密度越大,河网越密集,河网发育程度越高。对河源密度随集水面积阈值的变化趋势进行分析,发现2个具有统计意义的阈值临界点,分别为河源从坡面到沟道及从沟道到河道的集水面积分界点,在研究区内选择不同k值区间的贡曲流域、辰清河流域和藤条江流域作为样本流域,利用样本流域数字正射影像（DOM）手工提取其沟谷河网及主河道河网的图形信息和水文信息,并与分界点处阈值提取的河网作对比,将分析得出的河网密度相对误差率作为检验标准,对临界点的物理意义进行检验。     

图像分析计算水系分形维数的改进方法与应用

水系分形维数的计算与分析,有助于深入理解其与地貌发育、流域径流和侵蚀产沙等过程之间的关系。从分形维数的计算原理,提出了一种在MATLAB环境下,能够同时计算水系计盒维数和信息维数的方法,改进了现有通过图像分析计算分形维数的不足。采用已知分形维数的规则分形集进行验证,结果表明:该方法单独对图像载体上的目标图形(关注区域)进行处理,不受其与整幅图像的比例的限制能够自动确定最佳的对目标图形进行网格分割覆盖的递减等分条件,计算精度高利用元胞数组实现了网格的自动分割,程序紧凑,可读性增强。最后以泾河、北洛河水系为例,说明了该方法的应用过程。本研究为水系分形维数的科学计算提供了新的思路。     

广东省公路交通网络分形空间特征研究

基于分形理论,以GIS技术为支撑,利用回转半径法测算了广东省全域及其所辖21个地级市公路交通网络半径维数D_L、分枝维数D_b和对应相关系数R²。依据广东省公路交通网络的特点,将其辖区分为四个子区域:珠三角、东部沿海、西部沿海和粤北地区,分析其半径维数和分枝维数的空间分布特征。研究表明,珠三角地区为广东省公路交通网络密度最大、结构最复杂、功能最完善、连通性最优的区域;以珠三角为中心,广东省公路交通网络分形半径维数和分枝维数随距离增大而衰减,沿海衰减程度微弱,粤北衰减程度较大。结果显示,半径维数和分枝维数结合能够更为合理系统地分析交通网络分形特征的时空差异特性。     

基于分形维度法的都市区城市蔓延分析——以广佛为例

根据1957与1982年两个时期的地形图并结合1995与2008年的遥感卫星影像提取城镇建设用地专题信息,利用ArcGIS建立广佛都市区城镇建设用地数据库,采用分形维度的计算方法,对广佛都市区城市蔓延的情况进行测度和分析。结果表明广佛都市区三个发展阶段城镇建设用地面积增长速度并不均匀,具有加速发展的特点。四个测度年份的分形维数分别为1.645 4,1.628 5,1.558 6和1.527 0,均在1～2之间,分形维数呈递降趋势,总体下降了0.118 4,城市发展模式由紧凑型逐渐向松散型演变,存在城市蔓延情况,而且城市发展模式以年均0.14%的速度从紧凑型向松散型演变。广佛都市区城市蔓延的地域分异较为明显,具有较强的空间集聚性和中心向心性,广州和佛山毗邻地区以及中心城区是城市蔓延的活跃区和集中区,1982-1995年间研究区内蔓延速度比1995-2008年间要快。通过深入分析发现,经济快速发展、城市人口的持续增长、交通道路网络的建设是广佛都市区快速扩张和城市蔓延的基本动力因素之一,开发区土地扩张,进一步加剧了无序扩张和城市蔓延。     

遥感与GIS的青海湖岸线分维研究

讨论了TM图像以及分形几何学对青海湖岸线问题的求解算法,同时估算了不同像元尺度下,青海湖的岸线长度得出青海湖岸线的分形维数为1.0237,并探讨了其地学意义,研究表明,分形维数不仅是一种可行的表达岸线特征的方法,而且岸线分维数的计算可大大减少工作量和提高工作效率,可见遥感与GIS技术在岸线分维数的计算中,具有十分良好的应用前景。     

闽台建设用地图像数据空间特征分形对比研究

利用2002年闽、台ASTER影像数据,运用分形几何学理论、数理统计方法,对闽台建设用地分布的空间特征进行分析。研究结果表明,分维值是定量刻画土地利用类型空间格局的重要参数,对遥感影像中直接提取土地利用类型的图形因子进行不同区域土地利用分形结构的差异研究,具有快速、方便、准确的性质。闽、台建设用地斑块的空间分布具有分形特征,其空间形态受自然和人文两方面因素,特别是地形地貌和交通的影响十分明显。同时台湾建设用地的平均斑块面积、分维值和规模大的斑块比重均高于福建,反映了闽、台建设用地空间特征的区域差异,这对闽、台两地,特别是福建省加强建设用地规划,合理配置空间资源,及福建省加强中心城市建设和交通规划等方面具有重要的指导意义。     

基于道路交通网络的武汉市养老机构空间可达性研究

十二五期间,中国人口呈现出老龄化、高龄化、空巢化加速发展的特征,老龄化形势日益严峻,导致养老、医疗等服务设施的社会需求量急剧增加,中国现有的养老产业发展水平难以适应需求。养老机构是社会化养老服务的重要组成部分,加强对养老机构空间布局的研究对于保障老年人生活水平、促进城市发展等具有重要意义。基于此,本文以道路交通网络为基础,利用Arc GIS网络分析法和最短距离模型对武汉市养老机构的空间可达性进行了测算,以期为养老机构的合理优化配置提供科学参考。     

九龙江流域生态环境质量遥感评价与分析

由图像TM、ASTER和“北京一号”等多时相遥感数据,建立了容纳土壤侵蚀、植被指数、土壤亮度指数、高程指数、坡度指数、降雨量指数、湿度指数和积温指数8个二级环境影响因子的指标体系和权系数,采用加权求和的方法进行运算,首次获取了1989~2003年约15年间三个时期九龙江流域生态环境质量等级及变化状况。结果表明:九龙江流域1989、1998、2003年三个时期生态环境质量总体较好。从1989年到1998年再到2003年两个阶段中,九龙江流域生态环境总体质量出现先下降再改善的特点。其变化主要表现在九龙江口周边地区,人类经济活动是影响九龙江流域生态环境质量演变的重要驱动力。