土壤样本分形几何特征的图像分析方法

土壤水分的持留与水分和溶质的运移,在很大程度取决于土壤孔隙的几何性质,而用数字图像处理方法能够较准确地加以识别。本文采用面积法和周长法分别计算了土壤样本图像的孔隙分形维数和多重孔隙轮廓线分形维数,并分析了它们同土壤质地之间的关系。结果表明,土壤孔隙空间在一定尺度范围内才存在明显的分形特征,土壤质地越细(粘粒含量越高)分形维数越大。与周长法相比较,用面积法计算的孔隙分形维数对土壤质地更为敏感。     

弃耕农田土壤分形特征研究—以内蒙古自治区伊金霍洛旗为例

对内蒙古自治区伊金霍洛旗不同弃耕年限农地土壤颗粒分维数的变化特征研究结果表明,土壤细颗粒含量越少,土壤分维数越低,表征农田沙漠化程度越高。土壤分维数与各粒级颗粒组分间的关系差异较大,分维数与<0.025mm组分的相关关系最大,<0.025mm粒径颗粒组分是农田土壤沙化的重要指示性粒径。土壤有机质和N含量与土壤分维数成指数关系,表明分维数可作为表征农田沙化演变中土壤结构和养分状况以及沙化程度,评价土壤沙化演变的综合性定量指标之一。     

土壤图像孔隙轮廓线分形特征及其应用

孔隙轮廓线分形维数是用来描述孔隙本身所具有的分形特征，它反映了土壤孔隙与固体颗粒接触界限的不规则性。该文采用数字图像处理技术研究了中国科学院封丘农业生态实验站内3种不同质地土壤样本图像的孔隙轮廓线分形特征。结果表明：土壤孔隙轮廓线分形特征与土壤质地之间存在着一定的相关关系，即土壤质地越细(黏粒含量越高)分形维数取值越大。同时，根据这3种土壤的孔隙轮廓线分形维数，结合不同分形方法分别预测了它们的水分特征曲线，并与实测的土壤水分特征曲线进行了比较。     

土壤孔隙质量分数维D_m二元图像分析及其影响因素研究

本文简要介绍了利用土壤切片的二元图像分析了土壤孔隙结构的质量分数维Dm 的方法 ,并研究比较了四类土壤类型的Dm 及其影响因素。结果表明Dm 可以较好地定量描述土壤孔隙的空间分布特征 ,Dm 与土壤孔隙面积、孔隙孔径分布、土壤深度以及土壤质地之间均具有一定的联系     

秸秆不同还田方式对土壤结构及土壤蒸发特性的影响

利用团聚体分形维数、孔隙分形维数等指标,对比分析了秸秆在经过粉碎、氨化及与无机土壤改良剂混合3种措施处理后加入土壤对土壤团聚结构、土壤容重、孔隙度及低吸力段土壤水分蒸发特性的影响,结果表明;粉碎并氨化处理过的秸秆施人土壤后,能显著改善土壤团聚结构,减小土壤容重.增加土壤孔隙度;秸秆加入土壤中会导致处理低吸力段土壤孔隙分形维数变小,孔隙分布均匀性、连通性变差.导致土壤蒸发速率过快,而无机土壤改良剂(氢氧化铁)能有效改善土壤孔隙分布.抑制土壤蒸发.当其与秸秆混合施用时,对雨水保蓄利用效果更好.     

三峡库区碎石含量对紫色土容重和孔隙特征的影响

土壤容重和孔隙分布特征是土壤重要的基本物理性质,但有关含碎石土壤的物理性质以及碎石含量对土壤结构影响的研究尚不多见。三峡库区紫色土中存在大量的碎石,为了深刻了解和评价土壤中碎石对容重与大孔隙形成的可能作用,通过野外调查、典型土样采集和室内分析实验,探讨了三峡库区典型土地利用类型下土壤中的碎石体积含量以及不同粒径碎石的基本物理性质及其对土壤容重和孔隙特征的影响。结果表明:土壤中碎石的孔隙度和饱和含水率随着碎石粒径的减小而增大,小碎石本身具有一定的持水、供水性能;碎石含量对土壤的总容重、细土容重有显著影响,随着碎石含量的增加,土壤的总容重逐渐增加,而细土容重与碎石含量呈线性负相关关系,土壤中碎石的存在有利于改善土壤的结构;土壤孔隙分布特征与碎石含量密切相关,随着碎石含量的提高,土壤总孔隙度和毛管孔隙度呈减少趋势,而非毛管孔隙度即大孔隙呈增加趋势,碎石的存在有利于改善土壤的透水性能。本研究为山区农用地灌溉与水分管理提供了科学依据。     

鲁中山区小流域不同土地利用类型的土壤分形及水分入渗特征

为探讨坡耕地土壤入渗性能退化特征与分形机制,对鲁中山区选择典型小流域,运用土壤分形和水文学原理与方法,通过测定坡耕地、弃耕地、生态林地和经济林地4种土地利用类型的土壤分形特征与入渗性能,探讨土壤人渗速率与土壤颗粒分维及孔隙分维的定量关系。结果表明：1）不同土地利用类型土壤稳渗速率表现为坡耕地〉弃耕地〉生态林地〉经济林地,土壤颗粒分维数与孔隙分维数表现为生态林地〉经济林地〉弃耕地〉坡耕地;2）研究区土壤颗粒分维与孔隙分维数之间显著正相关,二者与土壤黏粒及粉粒体积分数显著正相关、与土壤入渗速率显著负相关;3）霍顿入渗模型和幂函数模型比较适用于拟合研究区土壤入渗过程与入渗速率,而菲利浦模型的适用性较差。因此,研究区土壤具有粗骨性砂土的物理特性,坡耕地耕作会加剧土壤中粉粒和黏粒等细粒物质流失,降低土壤颗粒分布与孔隙分布的均匀性及其分维数,导致土壤入渗性能增强但水肥保蓄性能降低。     

利用计算机断层扫描技术研究土壤改良措施下土壤孔隙

为探明不同土壤结构改良措施（秸秆覆盖、免耕、有机肥、保水剂）对土壤孔隙特征及分布的影响,采用计算机断层（computed tomography,CT）扫描法定量分析了土壤孔隙的数目、孔隙度及孔隙在土壤剖面上的分布特征。结果表明：不同措施均提高了土壤总孔隙数、大孔隙数及0.13～1.0 mm孔隙数,且其孔隙度也相应提高。同时孔隙成圆率也得到了改善。各处理中以有机肥和免耕处理效果较佳,其次为保水剂和秸秆覆盖,对照最低。此外,不同措施显著提高了土壤的田间持水量和＞0.25 mm 水稳性团聚体含量,降低了土壤容重,且各处理中,仍以有机肥和免耕处理效果最佳,其田间持水量分别较对照提高了15.9%和16.4%,而土壤容重较对照降低了6.8%和8.8%。相关分析表明：田间持水量、容重和＞0.25 mm水稳性团聚体含量与土壤总孔隙度和大孔隙度呈显著或极显著正相关;而土壤容重对于总孔隙度和大孔隙度及孔隙成圆率呈显著负相关。     

土壤粒径分布单重分形与孔隙单重分形

土壤颗粒大小的分布是重要的土壤物理性质,对土壤水、气、热传导特性有着显著的影响。鉴于土壤颗粒分形在分析和描述岩土介质多孔结构的优势,本文通过对5种不同质地的土样进行颗粒分析与水分特征曲线的测试。结果表明:土壤结构定量化表征的方法就是确定土壤结构的分形维数,针对不同地区的土壤,可以通过土壤粒径分布分形维数体现土壤粒径分布的情况,分形维数越大,颗粒粒径越小,细粒含量越高,质地越发呈现不均匀性;且可利用土壤粒径分形维数估算土壤孔隙分形维数。为建立土壤粒径分布模型提供数据支持,同时也为推进土壤结构的研究进展提供了新的方向。     

新疆三工河流域土壤类型复杂性研究

运用分形理论,选取斑块形状指数,在对三工河流域土壤斑块的标度-频度分形关系进行定量分析的基础上,结合土壤斑块面积-周长分维数,讨论了流域内土壤斑块空间分布的复杂性。结果表明:三工河流域内土壤斑块标度-频度分形关系及土壤类型斑块面积-周长分形关系客观存在;流域内土壤类型分维值具有一定差异,其中潮土的分维数最大,硫酸盐草甸盐土最小。复杂性指数与分维数和形状指数之间具有很好的相关性,能较客观地反映土壤类型斑块在空间分布上的复杂性;流域内高山寒漠土的复杂性指数最大,空间分布最复杂(K=2.403),半固定风沙土的复杂性指数最小,空间分布最简单(K=1.259)。     

牛肉大理石花纹计盒维和信息维的测定

对牛肉大理石花纹几何特征进行定量描述，是牛肉大理石花纹等级自动判定系统的关键技术。通过对牛肉大理石花纹图像分形特征的分析及分形维数的测定，试图以分形维对牛肉大理石花纹的分布特征进行定量描述。作者以中国及美国牛肉分级系统中的大理石花纹标准图版为研究对象，通过图像预处理，将其转化为二值数字图像，然后根据变粗视化程度的像素点覆盖法，编写出计盒维和信息维的测定程序，计算出上述每一幅图像在不同标尺下的非空盒个数及信息量，再根据标尺与非空盒个数及信息量的关系，分析图像的分形特征；通过回归分析的方法，测定出图像的计盒维数和信息维数。试验结果显示，在一定的标度范围内，牛肉大理石花纹标准图像具有分形性，并且显示出多重分形特征；图像的计盒维数和信息维数均呈现出随着牛肉大理石花纹等级的增加而增大的变化趋势。     

土地利用类型分维数及稳定性研究——以陕西省蒲城县为例

以陕西省蒲城县土地利用空间数据库为基础,应用GIS技术及分形理论对土地利用类型的分形及稳定性进行了分析研究。将土地利用类型划分为6类:耕地、园地、林地、草地、工矿居民地和其他用地,并进行各土地利用类型图斑分形维数分析。结果表明,土地利用类型的分布具有分形结构,各土地利用类型分维数(D)介于1.344～1.522。根据分维数对各土地利用类型稳定性排序:林地>工矿居民地>其他用地>耕地>草地>园地。复杂的地貌类型对土地利用类型分维数有重要影响,分维数能较好地反映各土地利用类型复杂程度及稳定性,表明分维数成为土地利用类型结构相关研究的有用指标。     

广元市不同土地利用类型土壤的分形特征

以8个植被类型、2个农地和2个退耕地的土壤颗粒组成数据为基础，运用分形模型计算这12个土地利用类型土壤颗粒的分形维数，研究了土壤颗粒分形维数与土壤性状的关系。结果表明：（1）12个土地利用类型表层土壤颗粒的分形维数介于2．8185～2．9249之间。与退耕地和玉米地相比，各林地土壤颗粒分形维数小；与1990年的2．8633相比，2006年土壤颗粒分形维数（2．8592）减小；各团聚体分形维数规律不明显。（2）决定土壤颗粒分形维数大小的首先是〈o．002mm的含量，其次是0．05～0．25mm和0．0020．02mm的含量；决定团聚体分形维数大小的粒级含量由大到小的顺序是：2～5mm，0．5～1mm和1～2mm，其余粒级含量对分形维数影响较小。（3）土壤颗粒分形维数与团聚体分形维数可作为侵蚀指标，前者与土壤可蚀性因子相关关系显著，后者也可作为渗透蓄水指标。（4）在坡耕地基础上的退耕地比生态退化后的营林地具有更有利于水土保持的土壤分形特征。     

泥石流粒度分维值的初步研究

运用分形理论,提出泥石流粒度分维的概念及其计算方法。根究泥石流粒度分析结果,分别求解泥石流形成区原始土体粒度分维、流体粒度分维和堆积物粒度分维,并分析它们与泥石流体颗粒机械组成和流体性质方面的相互关系。泥石流粒度分维值为泥石流形成、运动和堆积特征以及流体性质提供了可供参考的指示意义。     

岔巴沟流域地貌形态分形特征量化研究

分形理论和方法为地貌学的非线性研究开辟了新的思路。本文基于分形基本理论和GIS技术,对地处黄土高原丘陵沟壑区第一副区的岔巴沟流域地貌形态分形特征进行了量化研究,提出了流域地貌形态特征分形信息维数的计算模型和方法,并依此获得了岔巴沟流域及各支流域的地貌形态特征分形信息维数。研究表明,岔巴沟流域及各支流域的地貌形态特征分形信息维数均小于1,且与流域面积保持很强的正相关;分形信息维数揭示了流域地貌形态复杂本质的量化特征,为黄土高原小流域侵蚀产沙预报模型中宏观地貌形态因子的量化提供了新的思路和方法。     

基于扫描电镜图像分析的菜籽仁饼孔隙结构分形研究

以冷态压榨条件下菜籽仁饼为对象,研究油料饼孔隙结构,探讨油料饼孔隙结构的分形特性以及压榨压力对油料饼孔隙结构的影响.运用扫描电镜和Image-pro图像分析技术分别测试分析6种压榨压力下的菜籽仁饼孔隙的微观结构,采用小岛法对图片进行了孔隙截面边界和孔隙尺寸分布分形维数的测定,并采用回归分析方法建立了孔隙截面边界和孔隙尺寸分布分形维数与压榨压力的经验公式.结果表明,菜籽仁饼的孔隙结构存在明显的分形特征,分形维数越大,孔隙截面边界越不规则、孔隙尺寸分布越大;压榨压力越大,分形维数越大,压榨压力与分形维数满足明显的线性关系.     

基于颜色分形的水果计算机视觉分级技术

通过对不同着色等级的水果分析,以各色度在水果表面分布的分形维数为特征进行分级,该特征值不仅考虑了各色度点的累计特性,而且考虑了色度点空间分布特性,使颜色分级更符合实际情况。将各色度域分形维数作为模式处理,建立了人工神经网络识别模型。学习后的模型分级正确率高,达到95%,能够满足计算机视觉实时分级水果生产线的要求     

泥石流流域地貌形态的统计分形

流域面积、主沟长度和沟床比降等地形地貌要素,在泥石流的发育和形成中起重要作用,研究证明三者与泥石流沟分布之间存在非线性关系,具有明显的分形特征。回顾了泥石流流域地貌的分形研究,并通过大量的资料分析,对原来泥石流流域地貌的分维计算进行了改进,得到的分维结果更具有关联性。同时,建立了泥石流流域地貌的统计分形模型,对泥石流流域地貌分维的意义进行了详细论述。这为泥石流发育、形成和分布的非线性研究提供了一条定量化途径。