面向点云数据的黄土丘陵沟壑区沟沿线自动提取方法

基于点云数据地表建模中,沟沿线既是点云去噪的重要分割线,又是黄土丘陵沟壑区最典型的地形特征线。因此,本文提出了面向点云数据的基于多尺度格网采样和坡度分割的沟沿线自动提取方法,即在适宜格网尺度采样的基础上构建地表模型,利用沟沿线周围坡度陡变的特性提取缓坡面与陡坡面的分界线,从而生成沟沿线。通过对8个样区反复实验,确定了各自的最佳格网尺度,并发现格网尺度随点密度的增大而迅速减小,而后趋近平稳的幂函数关系,同时随机选取了另外5个样区验证了该关系的适用性。最后,通过全域分块计算得到了该地区的完整沟沿线。相比于人工识别的沟沿线,本文方法提取沟沿线的精度在0.5 m缓冲范围内为85%,效果较好,且位置更为精确。产生差异的原因主要是面向点云数据的沟沿线有更多的细节,沟沿线曲率更大,造成了其长度明显大于手动提取结果。该方法有助于提高丘陵沟壑区点云数据去植被处理和地形表面重建精度。     

基于DEM的黄土地貌类型提取与制图——以黄土高原丘陵沟壑实验样区为例

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基础 ,在地理信息系统平台软件 Arc View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。研究分析结果证明 :利用 DEM自动提取地貌类型是一种快速、高效的技术方法 ,对指导退耕还林、防治水土流失和进行土地利用动态监测都具有重要意义。     

黄土地貌区径流节点提取及其特征信息指数的DEM实验分析

径流节点是一种真实存在于流域单元中的地学实体对象,携带了大量的水文与地貌特征信息。针对当前研究中缺乏定量地度量径流节点所承载的地学特征信息量的相关探讨,本文结合径流节点的已有理论,总结了其地学特征信息,借鉴数学粗集理论提出了径流节点的特征信息指数（FIIRN）,并分析了相关的定义与计算方法。本文以黄土高原的7个典型黄土地貌样区5 m分辨率DEM数据为实验材料,提取了各个实验样区的径流节点,并计算了每个样区的FIIRN指数值。实验结果表明：（1）FIIRN指数可有效地映射流域单元的径流分级、发育状况等地学特征信息;（2）FIIRN指数可定量地表达流域单元的地学特征信息量;（3）FIIRN指数可作为挖掘流域地学特征信息的一个重要参数。     

基于随机森林的黄土地貌分类研究

地貌分类在指导人类建设活动的规模与布局中有着重要的意义。然而,传统的基于数字高程模型(DEM)的地貌分类方法使用的地形因子和考虑到的地貌特征往往比较单一。本文提出了一种基于流域单元的地貌分类方法,该方法考虑了流域单元的多方面特征,包括基本地形因子统计量、地形特征点线统计量、小流域特征和纹理特征。本研究首先基于DEM进行水文分析将研究区域划分成不同的小流域。然后利用数字地形分析提取29个不同方面的特征来表征流域的形态,并基于随机森林(RF)算法进行了特征选择和参数标定。RF是一种基于决策树算法的集成分类器,能有效地处理高维数据,分类精度高。最后选择训练集小流域对RF分类器进行训练,使用训练完成的分类器对整个研究区域的地貌进行分类,研究地貌分异的规律。该实验在我国陕北黄土高原典型黄土地貌区域的地貌分类中取得了较好的结果,结果表明不同的地貌之间存在明显的区域界线,特定的地貌类型在空间上表现出明显的聚集性。通过人工判读进行验证的分类精度达到了85%,Kappa系数为0.83。     

基于深度学习的甘蔗种植区域遥感提取方法研究

文章针对甘蔗种植区域提取的精度和效率等问题,提出了一种基于深度学习的高分辨率卫星遥感提取甘蔗种植区域的方法,设计了一种高效、准确、自动化的卷积神经网络(Sugarcane Extraction Convolutional Neural Network,以下简称SE-CNN).SE-CNN无需人为设计规则,能够自动学习甘...     

基于DEM的黄土地貌逼近度因子构建及特征分析

沟谷源点作为沟沿线上最为活跃的部位,其分别到上游分水线、下游沟谷线的流线空间比对关系,是表征三线空间结构的重要突破口。它在空间上向流域分水线逼近的程度,是量化黄土流域地貌系统发育程度的重要切入点。为探究黄土地貌区流域沟谷源点向流域分水线逼近的程度,揭示黄土流域地貌发育进程及该进程所表现的主要侵蚀方式,本文从水平和垂直2个维度,构建量化三线空间结构关系的核心因子--逼近度(PI),其中包括水平逼近度(HPI)和垂直逼近度(VPI),基于5 m分辨率数字高程模型,在陕北黄土高原遴选了包含16种地貌类型的42个样区,利用数字地形分析方法,探讨其平均值(MHPI, MVPI)的空间分异规律。另外,选择其中南北序列分别代表黄土塬、残塬、梁状丘陵沟壑和峁状丘陵沟壑区的淳化、宜君、甘泉和绥德4个地区,完备包含一至五级别沟谷的典型流域为重点实验样区,探讨陕北黄土高原流域尺度平均逼近度变异指数(MPIV)序列性特征。实验结果表明:①陕北黄土高原平均逼近度(MPI)存在强烈的空间自相关,MHPI在南北序列上先增大后减小,东西方向上逐渐减小,在黄河沿岸峡谷丘陵区MHPI达到最大;MVPI由西南-东北先减小后增加,由西北-东南逐渐减小,在渭北黄土台塬区达到最小;②在流域尺度上,MPIV值的正负与黄土塬区、丘陵沟壑区敏感相关;③4个重点样区MHPI、MVPI与其它地形因子存在南北序列上的一致性。104个外部汇流区平均水平逼近度与平均坡度相关性较好(P=0.43, a<0.001),平均垂直逼近度与面积高程积分强烈相关(P=0.75, a<0.001)。平均逼近度指标综合考量了黄土高原地区最典型的三条具有结构控制意义特征线的空间关系,对黄土地貌的发育程度有明显的指示性意义。     

基于高分六号宽幅影像的油菜种植分布区域提取方法

油菜作为我国主要的农业经济作物及食用油的主要来源,及时、准确地获取其种植分布信息,是全面掌握油菜种植状况、加强生产管理、优化作物种植空间格局的重要依据。高分六号（GF-6）的宽视场（Wide Field View,WFV）传感器在可见光-近红外波段基础上增设了2个红边波段、1个黄波段和1个紫波段,为油菜遥感识别提供了更加丰富的光谱信息,进而相较于蓝、绿、红、近红外4个“传统波段”的识别精度有所提升。本文以油菜开花期内两景不同时相GF-6 WFV影像拼接图像作为数据源,选择油菜生产优势区的河南省固始县为研究区,针对油菜同其他地物的“异物同谱”现象以及不同生长阶段油菜的“同物异谱”现象,利用油菜开花期独特的反射光谱特征,结合均值间标准化近距离提出了NDSI₂₈、S₃₄、NDSI₂₃和NDSI₄₆共4个光谱指数,并由此构建油菜种植区域提取的决策树模型。研究结果表明,基于4个指数组合构建的决策树模型对油菜种植分布信息的提取达到了较好的效果,总体精度为96.17%,与随机森林、支持向量机、最大似然法相比分别高出0.31%、0.88%和1.24%;制图精度方面,决策树法为98.15%,比随机森林、支持向量机、最大似然法分别高4.72%、4.21%和5.59%;对于用户精度,决策树法为86.89%,较随机森林、最大似然法分别低2.2%和1.63%,比支持向量机高0.11%。由此说明,GF-6 WFV数据中的新增波段极大地丰富了其光谱信息,使其在包括油菜在内的农作物种植分布信息提取中具有独特的优势和巨大潜力。     

基于MSSA的区域GPS站点季节性信号提取

基于MSSA同时提取多个GPS站点高程时间序列中的季节性信号,主要包括1 a项与0.5 a项。MSSA利用重建成分进行信号重构时,可从原始时间序列中提取有用信号,并剔除干扰噪声。将MSSA与SSA各自获取的前10个奇异谱方差所占百分比和重构信号进行对比,MSSA重构曲线中只包含多个站点的时变与具有共性的季节性信号,有效消除了单个站点特有的噪声与局部现象的影响。     

基于形态学与区域生长的机载LiDAR点云数据滤波

针对形态学滤波存在的地形过度腐蚀以及区域生长滤波需要大量地面种子点的问题,提出一种点云数据由粗到精的两级滤波策略。对机载LiDAR点云数据进行多尺度形态学滤波得到粗略DEM("粗滤波"),由此可提供大量的地面种子点用于区域生长,进而得到精细DEM("精滤波")。利用ISPRS提供的滤波数据进行测试,结果表明,该滤波算法对地形适应性较强,可有效保证地形特征,具有更好的稳健性。     

基于改进U-Net的壁画颜料层脱落病害区域提取

颜料层脱落区域的提取是壁画科学保护和修复的重要环节,由于标准U-Net在传播过程中低维的细节信息逐渐减弱,使得病害区域提取精度受到限制.因此,本文提出一种改进型U-Net网络,用于壁画颜料层脱落病害区域提取.首先,通过影像裁剪和预处理得到青海省瞿昙寺壁画图像数据集.其次,在编码层中引入空间金字塔池化层,构建一种低维特征...     

黄土高原沟壑区原状土壤氮素迁移

以中国生态系统研究网络CERN长武王东沟实验站的坡耕地和塬耕地为供试土壤,研究了黄土高原沟壑塬区旱耕地原状土壤氮素迁移和时空变异。结果表明:耕作土壤NO3--N为23.1~33.8 mg/kg,NH4+-N为0.23~0.50mg/kg,DOC为9.17~13.38 mg/kg,P为0.18~0.23 mg/kg;坡耕地和塬耕地的NO3--N和NH4+-N主要集中在0~20 cm的上层土壤,中下层土壤NO3--N和NH4+-N起源于上层淋溶迁移和累积;高含量时养分淋溶溶出呈指数衰减型;NO3--N、NH4+-N、DOC向下层的迁移塬耕地慢于坡耕地。     

弯线地震技术在黄土高原区煤田中的应用分析—以山西省河东煤矿为例

黄土高原地区一直是地震勘探攻克的难点,主要原因是黄土层较厚、干燥松散,潜水位较深,地震波被强烈的吸收衰减,激发和接收条件极差,难以获得信噪比较高的地震剖面,达不到解决地质问题的能力。通过在山西河东煤田石楼普查区采用避开巨厚黄土层,沿沟谷布设炮、检波点弯线地震方案,不但获得质量较高的地震剖面,达到地震勘探的效果,而且提高施工效率节约了勘探成本,但是弯线地震勘探受沟谷走向及弯曲程度影响,造成地下共反射点离散,影响剖面叠加效果,易产生地质假象,为保证地震剖面的真实性,需从采集和处理2方面控制炮、检波点的分散范围。     

近20年来黄土高原地区的经济增长时空分异特征

 经济不均衡增长是区域发展的一种常态。分析区域经济增长时空差异及成因,对于认识和加快落后地区的经济发展具有重要的意义。本研究在GIS技术的支持下,对黄土高原地区近20年来以县市为单元的经济增长时空分异特征进行了系统的分析。主要结论有:改革开放以来,黄土高原地区的GDP水平呈现出持续的快速增长态势。近20年来,陕北和内蒙古鄂尔多斯地区增长最为迅速;人均GDP的空间分布整体上呈现出"两高一低"的带状分布格局,且这种格局明显地受到极化增长的扰动和重塑;经济增长表现出显著的极化增长特征,且经济增长极的极化作用与增长极之间地位的调整是同时进行的;与常态化的城市产业集聚推动型经济相比,机遇性的资源开发拉动型经济对人均GDP的拉动速度更快,但可持续性较差。未来,黄土高原地区应走以中心城市带动为主,以能矿产资源开发拉动为辅,两者相互促进,共同带动整个区域经济更快、更好、更可持续地发展的道路。     

利用COST-G GRACE时变模型反演黄土高原陆地水储量变化

综合利用COST-G GRACE时变重力场模型、降水、气温、GLDAS模型中地表水、实测浅层地下水和NDVI等多源数据,分析2002-04~2016-12黄土高原陆地水储量的时空变化特征,并利用偏最小二乘回归方法定性分析黄土高原陆地水储量变化的驱动因素。结果表明：1)研究时段内黄土高原陆地水储量具有上升-下降-平缓下降的变化特征,山西省陆地水储量亏损趋势明显;2) 2004~2009年采煤用水、人类生活用水和植被作用是黄土高原陆地水储量下降的重要因素,2010~2016年工业用水、人类生活用水和气温上升是黄土高原陆地水储量下降的重要因素。     

基于DEM的黄土高原地貌分形美学图案研究

为进一步探索黄土高原千沟万壑、支离破碎的自然景观特征中蕴含的分形美学价值,本文基于黄土高原6个不同地貌类型区的数字高程模型,在分形图案设计软件Ultra Fractal中,利用多种标准化分形变换和Newton分形公式,设计并对比使用原始DEM数据提取出的地貌因子数据与不同分形变换集合得到的分形美学图案.结果 表明,对蕴...     

Extraction and analysis of gully head of Loess Plateau in China based on digital elevation model

In China′s Loess Plateau area, gully head is the most active zone of a drainage system in gully areas. The differentiation of loess gully head follows geospatial patterns and reflects the process of the loess landform development and evolution of its drainage system to some extent. In this study, the geomorphic meaning, basic characteristics, morphological structure and the basic types of loess gully heads were systematically analysed. Then, the loess gully head′s conceptual model was established, and an extraction method based on Digital Elevation Model(DEM) for loess gully head features and elements was proposed. Through analysing the achieved statistics of loess gully head features, loess gully heads have apparently similar and different characteristics depending on the different loess landforms where they are found. The loess head characteristics reflect their growth period and evolution tendency to a certain degree, and they indirectly represent evolutionary mechanisms. In addition, the loess gully developmental stages and the evolutionary processes can be deduced by using loess gully head characteristics. This study is of great significance for development and improvement of the theoretical system for describing loess gully landforms.     

基于密度的线数据分组算法研究

目前,地理空间数据面临着由于数据量膨胀和计算量高速增长而引起算法效率低的问题,采用"分而治之"的数据分组策略提高运算效率已成为研究的热点。面向分布不均匀的线数据,本文提出了基于密度的线数据分组算法(简称LGAD)。首先,算法通过查找高密度区提取样本线段,保证了分组算法的起点落到高密区;其次,考虑线空间拓扑关系的复杂性,引用水平、垂直和夹角距离度量线段间距离,创建样本线段与其他线段的距离矩阵;最后,以距离矩阵和最优选择方法实现数据负载均衡分组。实验结果显示,对数据分组和分组后数据进行线段聚类的2个过程中,该算法体现了较好的时间优势,与串行计算相比,在分组数为2-12 时,平均比率达4.3,提高了应用的响应速度,具有较好的实际意义。     

黄土高原地区公路路基土性参数统计分析

选取黄土高原地区公路路基黄土的物理力学参数为研究对象,采用统计分析的方法,分析了黄土物理力学参数在太原—潼关、靖边—铜川和兰州—西安公路一线的变化,得出了粒度组成自西北向东南逐渐变细,ω、ρd、Ipc、逐渐增大;e、a、sδ、φ逐渐减小的变化规律;对黄土的物理力学参数进行了统计,得出了各区路基土性参数的统计表,从而为黄土高原地区的公路建设提供了最基本的科学依据。