黄土高原地貌形态分形算法三维表达应用

黄土高原是我国乃至全世界的一个十分独特的地貌单元,对其复杂多样的地貌形态的研究和可视化表达一直备受关注。本文概述了地形地貌的传统表达方法,之后介绍了曲面建模、DEM模型和分形技术等常用的三维地形地貌建模方法,重点介绍了分形技术。并使用分形地形建模算法中最常用的随机中点位移法模拟生成了几类主要的黄土高原地貌形态．取得了较好的效果。     

黄土高原地貌类型界线划定研究进展

区分地理实体最直接有效的方式在于对其界线作出划定。目前,黄土高原地貌类型界线划定多是在分类基础上按照分类界线、自然区划界线来界定。基于不同数据源及其表达方式,本文追踪前人对黄土高原地貌类型界线划定的研究进展,从形态成因的地貌分类、数字地貌分类等分类体系中总结了黄土地貌类型界线的内涵,分析了基于自然语言和数字环境下定量描述的优缺点和存在的问题;并梳理了黄土地貌类型界线的表示方法以及基于数字地形分析技术的地貌类型定量识别及其划分方法;从地貌界线确定与分类体系的关系、地貌界线划定的理论与方法参考、地貌界线划定的尺度效应3个方面对地貌类型界线做出了讨论分析与展望,以期为黄土地貌区划的相关理论研究提供背景基础,为当地实践工作等提供理论依据和支撑。     

中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析

中国陆地地貌基本形态类型由海拔和地势起伏度两个指标组合划分而成,其中海拔分4级,地势起伏度分7级,组合后的基本形态类型共25类。按照数字地貌分类体系,海拔和起伏度拥有全国普适性的分级指标,基于DEM数据可获得两指标的分级类型。试验表明,基于SRTM-DEM(水平分辨率90m,相当于1:25万比例尺)数据可得出全国普适性的采用单元为4km²,利用1:10万、1:400万等比例尺数据进行DEM试验,得出我国存在0.4、4、12、18、21km²五种不同规模的采样单元,并分别对应着不同的比例尺。因我国地貌复杂多样,仅利用DEM数据所获得的海拔和地势起伏度分级数据不能完全反映不同地域的地貌特征,故利用遥感等多源数据,综合多种信息获得的地貌类型,可很好地反映出我国的海拔4级分级特征和地势起伏度7级空间分布,进而获得全国陆地的25种基本形态类型的面积及空间分布格局。     

复杂网络理论在黄土高原沟谷地貌特征研究中的应用

沟谷侵蚀是塑造黄土地表侵蚀形态的主要动力,沟谷的发育过程深刻地影响着黄土地貌的发育及演化.本文在黄土高原选择6个典型地貌样区,以样区的数字高程模型为基本数据源提取沟谷系统.将沟谷系统中的沟谷节点、沟谷源点和流域出水口点作为网络节点,网络节点之间的空间拓扑关系为边,高程差为权值,构建黄土高原沟谷加权复杂网络模型.对黄土沟...     

黄土高原洛河流域地貌发育特征与形成演化

黄土地貌形态特征、发育机理及演化过程等一直是地学研究的热点和前沿。选取黄土高原洛河流域作为研究对象,从坡面尺度、流域尺度、区域尺度分类选取14项地貌因子,较为全面地构建了流域地貌发育形态定量参数体系;提取646个小流域为分析单元,利用主成分分析法,获得了描述流域黄土地貌形态特征的4个主因子;这4个主因子分别反映了4种地貌形态空间格局,即南北渐变型、单中心扩散型、东西过渡型、多中心扩散型。结合流域地貌类型和地貌发育程度特征,认为黄土地貌地形起伏和垂直侵蚀特征反映了研究区的总体地貌空间格局,洛河流域黄土地貌主要是在多种因素影响下,随着水系由下游向上游不断地溯源侵蚀、下切扩展,最终形成了现今形态空间分异格局。     

基于DEM与DLG的福建省地貌形态自动分类

以福建省1:10万的DLG(Digital Line Graphic,数字线划图)和DEM(Digital Elevation Model,数字高程模型)为基础,在ArcGIS软件支持下,依据坡度和面积组合指标,将福建省地貌形态单元分为平缓地和山丘地;提取地形图中水系与等高线的高程点交集,构建了福建省地方相对基准面,并以流域水文分析方法提取了山丘地地貌形态实体单元;把平缓地和山丘地貌形态实体单元分别与地方侵蚀基准面叠加,参照"中国1:100万地貌制图规范",将福建省地貌形态类型分为平地、台地、低丘、高丘、低山、中山。研究结果表明:该方法符合福建传统地貌分类体系,能够较好快速实现平缓地与山丘地、平地(平原)与台(阶)地的自动划分,有效地提取山丘地貌形态实体单元的界线。     

基于DEM小流域复杂网络的黄土高原地貌自动识别研究

地貌识别,对于人类建设,地质构造研究,环境治理等相关领域都有着重要意义。传统的基于像素单元或面向对象的地貌识别方法存在局限性。由于流域小单元具有表面形态的完整性,在地貌演化中具有明确的地理意义,基于流域小单元的地貌识别成为了该领域的一个新热点。然而,基于传统地形因子的地貌识别方法使用的因子往往较为单一或者在地学描述上存在重复性,目前尚无针对流域小单元进行空间结构描述和拓扑关系特征量化的地貌识别研究。基于此,本文基于DEM进行水文分析并通过坡谱方法解决了小流域稳定面积难以确定的问题,在黄土高原样区提取了181个稳定小流域。根据复杂网络理论和地貌学原理提出了流域加权复杂网络的概念和相应的8个定量指标用于流域空间结构的模拟和量化描述。最后采用了基于决策树的XGBoost机器学习算法进行地貌识别,实验对于黄土高原主要地貌类型的识别显现出较好的效果,Kappa系数为86.00%,总体精度达到了88.33%。对于地貌形态特征明显的地貌,复杂网络方法其顾及空间结构和拓扑特征的特性导致了其较高的识别性能,精度和召回率都在90%～100%之间。通过与前人的研究进行对比,其识别结果亦呈现出较高的精度,这些...     

风蚀地貌形态与过程研究进展

辨析了雅丹、风蚀坑等主要风蚀地貌的概念,雅丹是典型的风蚀正地貌形态,通过回顾雅丹地貌形态与过程的研究历史与进展,发现目前对其发育过程的认识尚不清楚,并且只关注了对残存土墩的观测和分析,没有充分重视凹槽的形态动力学过程;风蚀坑是典型的风蚀负地貌形态,特别是草原景观转变为沙地景观的临界阈现象,目前已经对独立风蚀坑的形态、气流特征、沉积物粒度以及植被演替过程等方面进行了初步研究,但由于风蚀坑形态是多因素共同作用的结果,需要由单因素观测转向综合分析其形态动力学过程.认为对风蚀过程机理及其模拟的研究中,在利用风洞模拟实验、野外观测等手段对风蚀过程微观尺度进行研究的同时,也需要加强通过遥感和GIS手段从景观尺度对风蚀地貌发展变化过程进行分析.     

现代地貌制图学的发展与展望——纪念陈述彭先生诞辰100周年

陈述彭先生是中国地理学家、遥感学家、地理信息系统学家,是我国现代地图学、遥感与地球信息科学的一面旗帜。在纪念陈先生诞辰100周年之际,通过梳理先生对我国地貌制图学发展的贡献,传承他的科研经验,感悟他的科研精神等。通过对陈先生在地貌制图学研究成果的归纳,进一步梳理国内外地貌制图学的发展历程,总结我国地貌类型图、地貌区划图、数字地形分析与制图等方面取得的成果。展望现代地貌制图学的发展,将在区域精细地形表达、中国精细地貌类型与区划制图、全球地貌类型与区划制图、行星形貌制图、地貌过程数值模拟等方面继续探索,努力将中国的地貌制图学发扬光大。     

黄土高原沟谷地貌发育演化研究进展与展望

黄土沟谷是黄土地貌中最有活力、最具变化、最富特色的对象单元,黄土高原千沟万壑的地貌形态以及触目惊心的侵蚀状态也让区域内沟谷地貌的形成、发育及演化问题成为研究中焦点及前沿性科学问题。近年来,诸多学者采用地学测年法、特征表达法、监测模拟法力图实现对黄土沟谷发育演化进程中“过去-现代-未来”的科学认知。这些研究在相当程度上丰富了黄土沟谷发育过程的认知。本文梳理了黄土高原沟谷地貌演化相关研究的现状,并从黄土高原地貌演化、黄土沟谷发育、基于DEM的沟谷信息提取与表达等研究进行了系统的回顾、梳理与分析。此外,本文提出“黄土沟道剖面群组”概念与方法,试图从新的视角审视黄土沟谷地貌发育演化过程。沟道剖面在黄土沟谷发育演化进程中传递物质能量和累积地形动力,并通过径流节点的串联实现剖面群的连接与组合,形成独特的剖面“群组”模式;该沟道剖面群组是集黄土沟谷地貌特征与过程于一体的综合信息集成体,其三维空间结构是对黄土沟谷地貌发育演化的高度抽象与映射,并可望进一步丰富黄土高原数字地形分析理论与方法体系,为黄土高原黄土地貌成因机理与空间分异格局带来创新的认识。     

福建生态环境信息图谱数据库系统设计与实现

本文在福建省生态环境基础信息图谱,各类型单元的归并与属性信息的提炼,定量指标确定的基础上,设计研制了福建生态环境综合信息图谱数据库系统。同时探讨了生态环境综合信息图谱和属性数据双向查询与检索, 以及在不同尺度下显示图谱空间格局与属性数据的关联查询。     

Review of Digital Elevation Model （DEM） Based Research on China Loess Plateau

Introduction The Loess Plateau is located in the upper and middle reaches of the Yellow River, among the western Taihang Mt, eastern Riyue-Helan Mt, northern Qinling Mt, and southern Yinsan Mt (from 100°54′to 114°33′E and 33°43′to 41°31′N; Figure 1). It covers a total area of 624,000 km2. The Loess Plateau of China has drawnworldwide attention in geographical research for its unique morphological features, abundant nature resources, most serious soil erosion, as well as its pot…     

Application of SCS model in estimation of runoff from small watershed in Loess Plateau of China

Soil Conservation Service （SCS） model, developed by U. S. Soil Conservation Service in 1972, has been widely applied in the estimation of runoff from an small watershed. In this paper, based on the remote sensing geo-information data of land use and soil classification all obtained from Landsat images in 1996 and 1997 and conventional data of hydrology and meteorology, the SCS model was investigated for simulating the surface runoff for single rainstorm in Wangdonggou watershed, a typical small watershed in the Loess Plateau, located in Changwu County of Shaanxi Province of China. Wangdonggou watershed was compartmentalized into 28 sub-units according to natural draining division, and the table of curve number （CN） values fitting for Wangdonggou watershed was also presented. During the flood period from 1996 to 1997, the hydrograph of calculated runoff process using the SCS model and the hydrograph of observed runoff process coincided very well in height as well as shape, and the model was of high precision above 75%. It is indicated that the SCS model is legitimate and can be successfully used to simulate the runoff generation and the runoff process of typical small watershed based on the remote sensing geo-information in the Loess Plateau.     

Automatic extraction of valley boundary from dems in the hilly Loess Plateau

1 INTRODUCTION The most remarkable topographical features in the severely eroded hilly Loess Plateau are positive (inter valley residual tablelands) and negative (valleys) landforms. They are separated by valley boundary. Topographic features above the boundary are called plateau (yuan) and narrow hillock. Below the boundary are gully walls and valley bottoms. This boundary lies along rapidly developing rills, grooves and gullies. The dynamic variation in valley boundary is indicative …     

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。     

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。     

黄土高原生态退耕的时空分异特征

生态退耕是调整陆地生态系统结构与功能以应对土地利用过度干扰的重要途径之一,因此科学掌握退耕格局与耕地格局演变对黄土高原生态环境治理与生态修复具有深远意义。本文以位于黄土高原的延安市为典型区,从生态退耕的整体特征、地形因素及区域差异等角度,探究生态退耕以来其耕地变化及退耕状况的空间分异特征。结果表明：生态退耕致使延安市耕地面积由2000年的11 752.80 km²减少为2013年的9149.93 km²,退耕面积为2756.85 km²,退耕指数为22.15%,且退耕耕地主要转化为林地、草地,占退耕面积的95.29%;耕地与退耕面积主要分布于6~15°、15~25°坡度及第II级（925~1115 m）、第III级（1115~1275 m）,且2005-2013年的生态退耕速率均高于2000-2005年的生态退耕速率;县域退耕面积及退耕程度均呈现由北向南依次递减的分异特征,而退耕重心与耕地重心均在延安市几何中心以北的安塞县与宝塔区边界,且生态退耕的重心由东北向西南方向迁移,耕地重心则由北向南迁移。本文通过对延安市生态退耕的时空分异特征分析可为黄土高原更加科学合理地推进生态保育与生态文明建设提供参考。     

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.     

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。