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）。     

面向高分卫星遥感共性产品真实性检验的无人机空港布局

针对高分卫星遥感共性产品真实性检验对无人机数据的需求,本文以已有野外台站为依托,开展无人机空港布局研究。首先,综合考虑影响卫星产品空间变异的因素,构建了地理背景覆盖率的物理模型;其次,基于地理背景覆盖率改进覆盖模型提出最大地理背景覆盖模型,并利用简单随机抽样中的样本容量确定方法确定合理的空港数量,分别利用本文提出的最大地理背景覆盖模型和已有最大面积覆盖模型进行空港布局的研究;最后,对两种模型下的空港布局结果进行对比,并利用MODIS EVI数据产品对布局结果进行验证。结果表明,在空港数有限的条件下（n = 60）,最大面积覆盖模型选择的空港,其服务范围内的地理背景覆盖率为26.66%,能代表70.37%的中国陆地区域,而最大地理背景覆盖模型选择的空港,其服务范围内的地理背景覆盖率为38.32%,能代表73.36%的中国陆地区域。最大地理背景覆盖模型比最大面积覆盖模型能获得更优的空港布局结果,可用于支撑中国区域面向高分卫星遥感共性产品真实性检验的无人机观测网络建设。     

基于不同算法等高线曲率的提取与分析

等高线曲率是一个重要的地形属性,反应了地形表面在水平方向的凹凸性,表达了地表物质运动的发散和汇合模式。基于安塞县县南沟小流域的矢量等高线数据和DEM,分别利用圆拟合算法(相邻三点法、间隔三点法和最小二乘法)和曲面拟合模型(E模型、S模型和Z模型)提取等高线曲率,通过对实地地形的对比分析,结果表明:(1)在矢量等高线数据的计算结果中,三点拟合法计算结果相比最小二乘法结果差异大,对等高线曲率空间格局分布描述更准确;(2)最小二乘法计算的结果频数分布集中程度最高,两种三点拟合法计算结果频数曲线差别微小;(3)在栅格数字高程模型的计算结果中,基于S模型计算结果在空间格局上较E模型和Z模型的结果差别大,基于E模型的计算结果对等高线曲率描述效果更好。结果能准确说明采用不同算法计算等高线曲率的差别,对在实际数字地形分析中有重要的意义,可为等高线曲率计算提供重要参考。     

一种基于机载LiDAR和离散曲率的建筑物三维重建方法

机载LiDAR作为一种获取地物空间信息的新技术已得到广泛应用,但从LiDAR数据中重建建筑物三维模型方法的缺乏,是制约其进一步发展的瓶颈.该文介绍了一种自动与人机交互建模相结合的建筑物三维重建方法,首先基于离散曲率分析自动提取建筑物3D轮廓信息,然后将建筑物轮廓信息作为约束条件,使用模型驱动的ATOP算法实现建筑物自动建模,并支持对复杂建筑物人机交互建模.     

基于DEM的山区气温空间模拟方法

气温作为一种农业资源是由太阳辐射到达大气形成的，在地球表面的分布地地表的地形特征密不可分（特别在山区）。数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）作为一种地表形态的描述方式，在利用空间信息进行各种专题分析研究和规划决策过程中具有很大的实用价值。研究提出了以地理信息系统（GIS）为支撑，在常规统计模型（CSM）的基础上，利用地形的坡度、坡向因子进行山区气温空间小尺工模拟的修正模型－－地形调节统计模型（TASM），并在环青海湖地区进行实际应用。研究结果表明，地形调节统计模型优于常规的统计模型，从而为山区任一地域单元气温空间分布的快速计算提供了一种可行的方法，对山区气温资源的专题应用具有重要的意义。     

A peak-cluster assessment method for the identification of upland planation surfaces

Residual upland planation surfaces serve as strong evidence of peneplains during long intervals of base-level stability in the peneplanation process. Multi-stage planation surfaces could aid the calculation of uplift rates and the reconstruction of upland plateau evolution. However, most planation surfaces have been damaged by crustal uplift, tectonic deformation, and surface erosion, thus increasing the difficulty in automatically identifying residual planation surfaces. This study proposes a peak-cluster assessment method for the automatic identification of potential upland planation surfaces. It consists of two steps: peak extraction and peak-cluster characterization. Three critical parameters, namely, landform planation index (LPI), peak elevation standard deviation, and peak density, are employed to assess peak clusters. The proposed method is applied and validated in five case areas in the Tibetan Plateau using a Shuttle Radar Topography Mission digital elevation model (SRTM DEM) with 3 arc-second resolution. Results show that the proposed method can effectively extract potential planation surfaces, which are found to be stable with different resolutions of DEM data. A significant planation characteristic can be obtained in the relatively flat areas of the Gangdise–Nyainqentanglha Mountains and Qaidam Basin. Several vestiges of potential former planation areas are also extracted in the hilly-gully areas of the western part of the Himalaya Mountains, the northern part of the Tangula–Hengduan Mountains, and the northeastern part of the Kunlun–Qinling Mountains despite the absence of significant topographical features characterized by low slope angles or low terrain reliefs. Vestiges of planation surfaces are also identified in these hilly-gully upland areas. Hence, the proposed method can be effectively used to extract potential upland planation surfaces not only in flat areas but also in hilly-gully areas.     

平缓地区地形湿度指数的计算方法

地形湿度指数( topographic wetness index) 可定量模拟流域内土壤水分的干湿状况, 在流域 的土壤及分布式水文模型等研究中具有重要的意义。但现有的地形湿度指数计算方法在应用于 地形平缓地区时会得到明显不合理的结果, 即在河谷地区内, 地形湿度指数仅在狭窄的汇水线上 数值较高, 而在汇水线以外的位置则阶跃式地变为异常低的地形湿度指数值。本文针对此问题对 地形湿度指数的计算方法提出改进: 以多流向算法MFD- fg 计算汇水面积, 相应地以最大下坡计 算地形湿度指数, 再基于一个正态分布函数对河谷平原地区内的地形湿度指数进行插值处理。应 用结果表明, 所得地形湿度指数的空间分布不但能合理地反映平缓地区坡面上的水分分布状况, 并且在河谷地区内地形湿度指数值也都比较高, 其空间分布呈平滑过渡, 因而整个研究区域的水 分分布状况得到了比较合理的反映。     

基于网格细分技术的三维地质模型光滑方法研究

针对粗糙的三维地质模型,利用网格细分技术,生成加密光滑的三维模型。分析网格细分技术在三维地质建模中的应用需求以及Loop细分和改进的蝶形细分技术,为保持地质体之间公共面数据的一致性,对"改进的蝶形细分法"做了进一步改进,增加了对边界约束的处理。探讨利用细分技术生成多分辨率模型,通过试验验证了该方法的有效性。     

大尺度分布式水文模型数字流域提取方法研究

构建大尺度分布式水文模型是当前大气水文模型耦合研究的一项重要内容。本文介绍一 种根据1km DEM 生成更大网格尺度DEM 数据, 同时可以保持流域河网信息并减缓高程、坡度 等地貌参数信息量衰减速度的有效方法———ZB算法。利用该方法和常规的网格平均法生成黄河 唐乃亥以上流域的5km、10km、15km 和20km 两套DEM 数据, 分别提取高程、坡度、地形指数、河 网密度、主河道长度、流域面积等流域特征参数, 并与1km DEM 提取的上述参数进行比较, 对两 种方法作出评价。结果显示, 随着网格尺度的增大, ZB 算法获得的DEM 数据可以保持河网的连 续性, 提取出合理的流域范围, 减缓地形信息量的衰减速度。该方法满足构建大尺度分布式水文 模型提取数字流域的需要。     

山区河流准三维水沙输运与河床演变模拟

在渠道水力学和河流动力学研究的基础上，对不规则河流形态下的纵向流速分布和弯道水流进行了讨论，并分析了任意断面和垂线位置的流场计算公式。在综合各种泥沙动力学研究成果基础之上，探讨了在天然河流中的悬移质输沙能力与沉积条件，分析了河床质起动的控制性因素及推移质输沙方程。提出了受冲淤影响的河床质粒径组成和动态递推公式。结合这些流场与泥沙计算方法及河床形态调整技术，作者提出一个准三维河流动力学模型。该模型只需要河流几何形状、人流条件以及泥沙级配参数，能够模拟出不规则几何形态的河道断面流速分布及平面流场分布，并且对于弯道水流特征与泥沙输送一沉积特征也能得到较好的表现。该模型是对有关河流演变理论和实验成果的综合应用，为研究山区高含沙水流下的河床变形以及洪水演进提供了强有力的工具。     

基于空间推理的巷道三维拓扑建立

基于空间关系和空间推理理论,结合MGIS领域的需求建立巷道三维拓扑网络模型,研究巷道三维空间关系推理的算法及业务逻辑实现;开发巷道三维拓扑自动生成系统,实现了巷道空间与属性数据管理、三维拓扑自动处理、多尺度成果输出及基于三维拓扑的路径查询,为基于巷道的通风、运输、避灾、多尺度变换等应用奠定了基础。     

一种改进的自适应蝴蝶细分算法及其在三维地质建模中的应用

改进的蝴蝶细分算法因过原始控制点的特性,在三维地学建模中广泛应用,但细分后的巨大数据量使其必须采用自适应细分的思路。该文在分析常规自适应蝴蝶细分算法缺陷及其产生原因的基础上,提出根据各个细分块体的实际情况动态扩大细分区域的新自适应细分算法。在保持低数据量的条件下,大大改善了细分后整体光滑程度和对细节的表达效果。     

动态柔性地物三维模拟理论与方法新探

针对地学动态柔性物体建模,提出GIS流素与柔性体元(GIS Flow Element and Soft Voxel)的概念,作为动态柔性地物的基本模拟单元。当忽略体积时,称为GIS流素(FE);当强调体积时,则称为GIS柔性体元(SV)。GIS流素与柔性体元三维模拟基于计算机图形学中的粒子与元球技术,区别在于GIS流素与柔性体元具有明确的地学意义,并基于地学模型突出反映地学规律。现实世界中,水流、泥沙、雪花、云雾、泥石流、熔岩流、草原等均可用(7)IS流素进行模拟,而构造运动中岩层的挤压、扭曲变形、生物体、树木随风摆动等可用GIS柔性体元进行模拟。该文以水流与土壤模拟为例,论证该方法的应用前景。     

城市地下空间开发地质环境质量三维评价方法研究--以合肥市滨湖新区为例

城市地下空间开发地质环境质量评价可为城市地下空间规划和工程建设提供重要决策支持。该文以合肥市滨湖新区为例,构建城市地下空间开发地质环境质量三维评价方法:利用三维隐式建模方法融合多源数据进行三维地质建模,从工程地质、水文地质、地质构造和不良地质体等方面构建三维评价模型,利用三维距离场分析、三维空间统计分析等方法对三维评价因子进行分析、提取,最后基于确权和综合评价方法得到地下空间开发地质环境质量三维综合评价结果。实例研究表明:该方法能够显著提高评价结果的深度方向分辨率,相关成果可为城市地下空间精细规划及可持续开发利用提供方法参考。