基于双向地形阴影法的黄土侵蚀沟自动提取技术

沟蚀严重危害着土地资源和生态环境,研究高分辨率数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）的侵蚀沟自动提取技术进行侵蚀沟动态监测,以期望能替代目视解译提取。双向地形阴影法是一种兼顾提取精度和效率的侵蚀沟提取方法,但仅针对黄土台/塬地貌,在其他地貌下其提取结果会产生较多误提区和漏提区。为使其适应不同地貌,该研究以陕西吴堡县3.2 m DEM为试验数据,综合沟谷线缓冲区填充法、膨胀腐蚀法以及面积阈值法消除误提区和漏提区,并通过模块化编程及数据分块计算,实现侵蚀沟自动提取,最后在全县范围内均匀选取10个小流域为样本,使用0.65 m影像目视解译的结果进行精度验证。结果表明：1）实现了误提区和漏提区的自动消除,得到了吴堡县侵蚀沟分布图;2）在10个验证小流域中,该研究方法提取侵蚀沟的精度为81.1%～86.3%,平均精度为83.8%。该研究综合应用沟谷线缓冲区填充法、膨胀腐蚀法和面积阈值法消除误提区和漏提区,使该方法能适应非黄土台/塬地貌,并在此基础上研发了能实现大区域侵蚀沟提取的算法及软件。     

西藏中南部侵蚀沟形态无人机航测与传统地面测量的对比分析

[目的]分析无人机和传统地面方法测量侵蚀沟形态的差异,研究无人机影像提取西藏地区侵蚀沟形态的适宜性,以期准确、快速获取西藏地区沟蚀参数,为该地侵蚀沟快速调查与防治提供基础资料。[方法]选取6个研究地点20条侵蚀沟,对实地测量与无人机正射影像提取的沟长、沟宽进行对比分析。[结果]与实地测量相比,影像提取侵蚀沟沟长的平均偏差集中在2%～5%;沟宽的平均偏差集中在0～40%,其中实测沟宽范围在400～1 000 cm时,提取值和实测值的偏离程度最低。在6个研究地点中,影像提取值的偏离程度和侵蚀沟所处位置没有明显的关系。沟缘土质、沟缘线附近的植被及放牧对沟缘的踩踏是影响侵蚀沟形态提取的主要因素。[结论]无人机遥感可为西藏地区沟蚀监测提供便捷、可靠的数据源。     

东北漫川漫岗和山地丘陵黑土区侵蚀沟形态特征遥感分析

侵蚀沟形态特征反映其侵蚀发生发展的环境条件,探究侵蚀沟形态参数特征及空间分异规律对深入理解侵蚀沟的侵蚀进程具有重要意义。该文选择漫川漫岗和山地丘陵2个典型黑土地貌类型区,基于高分遥感影像(QuickBird(0.61 m)、GeoEye-1(0.5 m)及Worldview 2(0.5 m))和地形数据(ASTGTM2(30 m分辨率)),采用目视解译法提取计算侵蚀沟沟长、沟宽、周长和面积等形态参数值,分析侵蚀沟形态特征;探究地形因子影响下侵蚀沟形态参数的分异规律。研究结果显示:1)2个典型区的各形态参数间存在显著性差异,漫川漫岗区侵蚀沟各形态参数均大于山地丘陵区;2)侵蚀沟形态呈现"细长状",和漫川漫岗区相比,山地丘陵区侵蚀沟更细长,沟缘位置更复杂;3)侵蚀沟形态参数随坡度的增加总体上呈先增大后减小的趋势,在3°～6°范围内参数值达到最大,坡度越小侵蚀沟沟缘位置越复杂;坡向上,漫川漫岗区和山地丘陵区的侵蚀沟的形态参数值在SE或SW上值最大,说明阳坡或半阳坡侵蚀沟发育强烈。该研究结果对于侵蚀沟易发区确定及防治具有重要意义。     

基于物候参数和面向对象法的濒海生态脆弱区植被遥感提取

用遥感数据快速准确地提取植被信息对生态环境监测和发展气候模型具有基础性和关键性的意义。由于中国黄河三角洲地区植被类型插花分布,传统遥感提取方法精度较低。该文选取近代黄河三角洲典型生态脆弱区为研究区,基于MODIS和LANDSAT8数据,通过提取研究区的物候参数和不同分辨率遥感影像的融合处理,根据植被类型斑块大小确定分割尺度,根据典型植被类型的物候特征、光谱和空间等特征值构建分类规则,利用分区策略自上而下进行面向对象分类。结果表明,该方法总体精度为80.75%,Kappa系数0.79,高于传统物候和面向对象分类方法。广生态幅的棉田与其他植被的光谱混淆是传统面向对象分类方法植被分类精度低的主要原因,利用物候参数进行植被分区能规避棉田和自然植被的光谱混淆,有利于对植被类型的区分。分类结果与当地植被分布情况相符,可以用于研究区植被类型的精细提取。     

沟蚀监测研究现状及发展展望

介绍了国内外常用的沟蚀监测方法中传统皮尺侵蚀针监测法、遥感监测法、GPS监测法、树木断代法、塘库淤地坝回溯法、三维激光扫描监测法的研究与应用成果,讨论了各种方法的优缺点及适用范围,指出提高监测精度、降低监测工作难度是沟蚀监测方法发展的趋势,认为监测精度高的三维激光扫描、无人机遥感等新兴技术在沟蚀监测领域的应用是今后一段时间的研究热点。     

基于面向对象的SPOT卫星影像梯田信息提取研究

梯田信息准确和快速提取是区域水土保持动态监测和评价的核心技术之一,运用遥感技术进行地物信息提取是一种有效手段。该研究以燕沟流域为研究区,采用高分辨率的SPOT5遥感影像数据,基于面向对象分类技术,通过影像分割构建影像对象,在分析影像对象的光谱特征、纹理特征和空间特征的基础上,建立了梯田信息的遥感提取规则,实现了梯田的自动提取。最后用手工勾绘结果对梯田的遥感提取结果进行精度评价,从田块边界的吻合度评价位置精度,并通过比较该结果与人工目视解译结果进行面积精度评价。结果表明,基于面向对象分类的遥感方法可以较好地从原始影像中提取复杂地貌区梯田的位置信息,面积提取正确率达到78.38%,该方法可为黄土高原地区梯田信息遥感提取提供借鉴。     

开发建设项目土壤侵蚀监测方法体系探讨——以福银高速公路联合段为例

以福银高速公路尤溪联合段为研究区域,探讨开发建设项目土壤侵蚀的监测方法。研究表明,遥感监测、实地建立径流小区、人工模拟降雨法、水文观测和实地调查测量法的综合集成是进行开发建设项目土壤侵蚀监测较好的方法体系:通过遥感法来监测项目建设前后土壤侵蚀、土地利用的动态变化,通过径流小区法、水文观测法和侵蚀沟法以获得项目土壤侵蚀量,结合实地调查和测量法进行监测土壤侵蚀造成的影响监测。     

水土流失治理背景下小流域泥沙来源初探——以皇甫川流域西五色浪沟小流域为例

以皇甫川流域西五色浪沟小流域为研究区,以高分辨率遥感影像为信息源,通过GIS技术,提取小流域沟缘线,将小流域分为沟谷地、沟间地2大地貌类型。基于沟蚀和面蚀及其影响因子切割裂度、水土保持措施及土地利用方式、坡度、植被覆盖度等数量和分布以及通过项目布设的雨量站、把口站和径流场观测资料2种方法对在水土流失治理背景下小流域泥沙来源进行比较。结果表明,2种方法均显示,西五色浪沟小流域泥沙主要来源于沟谷地,沟谷地土壤侵蚀量约占流域侵蚀量的73%,是沟间地侵蚀量的2.73倍。     

沟蚀发生的地貌临界理论计算中数据获取方法及应用

沟蚀发生是一种地貌临界现象,与沟头处局地坡度及上方汇水面积有关,而沟蚀发生地貌临界理论能够预测沟头可能发生的位置。该文从沟蚀发生地貌临界理论起源、数据获取方式、参数计算方法、影响因素及应用等方面综合评述了该理论的发展及近年来国内外的有关研究。数据获取方式主要包括野外实测、高清遥感影像及地形图测量。参数计算方法包括目视(下限值)法、正交回归(95%置信区间下限)、正交回归(下限值)及分位数回归等。相对剪切力指数值反映区域主要的沟蚀发生机制,临界常数值反映当前特定外界环境下的沟蚀发生临界条件。将相对剪切力指数固定后,临界常数的时间序列变化能够表征外界环境改变对沟蚀发生的影响。人类活动改变了沟头上方汇流环境,进而影响临界条件。沟蚀发生地貌临界理论可获取沟道侵蚀风险较大的区域,为沟道侵蚀防治措施布设提供参考。结合高分辨率地形图,增加表征人类活动影响汇流过程的参数能够丰富沟蚀发生地貌临界理论。该理论与已有沟道侵蚀发展模型结合,可将沟头发生位置和沟道发展过程统一,促进沟道侵蚀全过程的模拟。     

细沟侵蚀量测算方法的探讨

本文评价了量测细沟侵蚀量的填土法和容积法。认为容积法简单易行,适于野外调查,但精度较低。为了提高容积法估算精度,通过资料分析,提出了野外调查量测细沟侵蚀量时的样方选择方法及具体量测和计算方法,并进一步通过资料分析,给出了根据容积法估算细沟侵蚀量的方程式。用这个方法量测和估算细沟侵蚀量简单、易行,精度也较高。     

近50年来王茂沟流域侵蚀沟变化及其影响因素

基于1968年、2004年和2018年3期高分遥感影像,以王茂沟流域为典型研究区,提取了3个时间点的沟沿线、土地利用、水土保持措施、植被覆盖度和LS因子,对近50年侵蚀沟时空变化特征及其影响因素进行了分析。结果表明:(1)用遥感方法采集的信息,可基本满足侵蚀沟中长期变化分析;(2)50年来王茂沟流域侵蚀沟一直处于变化中,时间上变化速度逐渐减缓,前期和后期沟头年均前进速率分别为0.30,0.27m/a,沟壁年均扩张速率分别为0.009,0.004 m/a;空间上2个时期年均侵蚀沟变化密度大于200 m/(km^2·a)的值分别占比26.89%,7.07%,且多分布在流域中下游;(3)1968—2004年侵蚀沟变化主要受到土地利用变化和水土保持措施增加的影响,2005—2018年,侵蚀沟变化主要受到植被覆盖度进一步提高和土地利用多样性的影响。研究有助于量化分析多年治理过程中侵蚀沟的变化及其影响因素,能对退耕还林还草工程实施前后侵蚀沟治理的生态效益评价提供重要参考。     

辽宁土石山区侵蚀沟道综合治理技术模式研究

辽宁土石山区传统的侵蚀沟治理多以经验性方案为主,缺乏系统的治理技术模式。依据辽宁省水土保持四级区划,结合侵蚀沟分布特点,将土石山区侵蚀沟划分为土石山区-东部区域和土石山区-西部区域,并针对不同分区不同类型的侵蚀沟提出了六种治理模式。技术推广实践表明,该系列治理模式治理成效显著,可为辽宁土石山区的侵蚀沟治理提供重要的技术支撑。     

多源遥感降水数据在辽宁西部水文模拟中的应用研究

选用雷达遥感降水数据和卫星遥感降水作为水文模型的降水输入,以辽宁西部区域为研究区域,分析多源遥感降水数据在水文模拟中的适用性和精度。研究结果表明:经过修正后的雷达遥感降水数据和实测降水数据之间的误差值要小于卫星遥感降水数据;雷达遥感数据在水文模型中的模拟精度要好于卫星遥感降水数据,更适用于辽宁西部区域水文模拟。研究成果对于区域多源遥感数据在水文模拟中的应用提供相关参考。     

黄土高原切沟关键参数提取方法探讨

基于黄土高原切沟形态特征、切沟影响因子分析，在归纳、总结、梳理切沟相关研究成果基础上，初步探讨了黄土高原切沟关键参数提取方法，介绍了基于无人机摄影测量、QuickBird影像目视解译法、SFM摄影测量法、最优尺度分割和阈值统计优化、高分遥感立体影像的切沟关键参数提取方法，希望能为黄土高原水土流失综合防治提供可借鉴的方法和技术保障。     

不同质地重塑土坡面细沟侵蚀形态与水力特性及产沙的关系

土壤质地对坡面侵蚀产沙与细沟形态具有重要影响。为明确不同质地土壤坡面的细沟形态与侵蚀产沙特征的关系,该研究以土沙混合配制不同颗粒组成的重塑土坡面为研究对象,采用室内放水冲刷动床试验,选取了平均沟深、平均沟宽及断面宽深比等作为细沟基本形态参数,分析了坡面细沟形态与水力学特性、侵蚀产沙的定量关系,并建立坡面侵蚀经验预测方程。结果表明:1)沟深随坡度增大而增大,沟宽随坡度增大而减小,两者随流量的变化不明显,细沟断面宽深比随坡度和流量的增加逐渐减小;2)同一试验条件下,坡面含沙量的增加使细沟断面形态整体由"窄深式"趋向"宽浅式";3)单位水流功率、水流功率与坡面细沟形态参数的关系最为密切(r0.784,p0.01),平均沟宽与水力学参数关系不显著;4)平均沟深与细沟形态综合量化参数对坡面产沙有较好的预测效果(R20.747,NES0.755,p0.01);5)引入坡面土壤黏粒含量参数后,基于细沟形态参数与坡面土壤黏粒含量的坡面侵蚀经验预测方程可信程度与预测精度显著提高(R20.879,NES0.887,p0.01)。该研究为坡面侵蚀预测与侵蚀机理研究提供参考依据。     

应用高分辨率卫星影像提取水土保持措施信息的分类后处理技术研究

在应用高分辨率卫星影像进行水土保持措施信息的提取过程中,遥感分类图像后处理方法对不同类别的水土保持措施信息的提取精度具有重要影响。采用空间分辨率为2.5 m的卫星影像数据,针对黄土丘陵区水土保持措施的信息提取,用不同大小的聚类处理参数对各类型的措施面积精度进行了检验,在综合考虑水土保持措施的空间特征与图像特征基础上,确立了采用Spot5高分辨率卫星影像进行水土保持措施信息的遥感分类时,宜选用最小图斑为6×6个像元的参数值。     

黄土丘陵区小流域分布式水文和侵蚀模型建立和模拟

基于黄土丘陵区复杂地理环境和土壤侵蚀物理过程,建立了水文过程和侵蚀过程数学模型,水文过程包括降雨入渗和产汇流计算模型;侵蚀过程包括溅蚀-片蚀带侵蚀子模型、梁坡中上部细沟侵蚀带侵蚀子模型、梁坡中下部细沟-浅沟侵蚀带侵蚀子模型、切沟侵蚀带侵蚀子模型、沟道侵蚀带侵蚀子模型;选择黄土丘陵区黑矾沟小流域10场侵蚀性降雨事件作为参数率定,其径流量和侵蚀量模拟精度分别达到了81.8%和70.8%;纸坊沟小流域2场侵蚀性降雨事件用来对模型进行检验,其径流量和侵蚀量模拟精度分别达到了75%和69.3%,与实测结果基本符合,较好地反映了小流域的地表径流过程和侵蚀产沙过程。     

QuickBird影像目视解译法提取切沟形态参数的精度分析

为了研究QuickBird影像提取切沟形态参数的精度,该文选取陕北黄土区吴起县合沟与绥德县桥沟小流域,分别利用同时相的三维激光扫描全站仪和QuickBird影像数据源提取切沟形态参数,分析QuickBird影像提取切沟形态参数的精度,探究误差产生原因。研究结果表明:与三维激光扫描全站仪相比,QuickBird影像目视解译合沟和桥沟小流域切沟面积、周长的平均相对误差都在5%左右;沟缘线边界偏差大于0.6 m(相当于QuickBird影像的一个像元值)的面积百分比的均值都能控制在4%以内;2个小流域中沟长的平均相对误差分别在2%和5%左右,沟长的平均绝对误差分别在0.5和0.75 m左右;目视解译面积、沟长的平均相对误差、最大相对误差、不同解译人员的最大误差与参数值之间都具有显著地负相关,即切沟越大,误差越小;沟缘线附近的植被类型影响目视解译精度,与灌草植被覆盖的小流域相比,草本覆盖的小流域中切沟参数的解译精度更高。总体上来看,QuickBird影像为小流域尺度上监测切沟发育提供了便捷、可靠地数据源。     

基于多时相遥感数据的农田分类提取

为深化遥感解译在农田类型自动提取研究中的应用,了解研究区内农业资源的现状,该文以镇赉县为试验区,设计了基于多时相遥感数据的农田分类提取方案。该方案通过计算地表植被指数时序变化的变程(主要分类变量),结合研究区影像纹理局部方差、修正土壤调整指数和地表水体指数构建多维特征空间数据,对研究区内的水田和旱地进行分类提取。结果表明:1)该算法的总体分类精度为94%,Kappa系数为0.87:2)水田的遥感提取精度为98.3%,旱地为98%;3)水田占全区总面积的13.26%,旱地为20.12%,旱地是研究区内的主要农田类型。该文研究成果为未来农业发展的政策和规划提供一定的参考依据。     

林农间作模式下和田绿洲特色林果结构遥感信息提取

实时准确地获取林农间作模式下的果树结构信息对推进新疆特色林果业的提质增效，增加农民收入，稳定脱贫攻坚成果，实现乡村振兴具有重要意义。该研究以新疆和田绿洲林农间作区为研究对象，提出一种综合高分遥感数据的纹理和光谱特征以及中分遥感数据的时序物候特征的果树提取方法。基于GF-2遥感数据利用面向对象方法提取高分辨率的林田地块空间信息；基于多时相Sentinel-2遥感数据构建植被归一化指数（Normalized Difference Vegetable Index，NDVI）时间序列产品，并依据果树物候特征建立决策树模型，提取间作核桃、纯核桃、枣树和葡萄4种类型；最后将多时相的分类结果与高分的林田地块叠加，获取和田绿洲特色林果作物分布信息。该方法对2020年和田绿洲核桃、枣树和葡萄提取结果的用户精度和总体分类精度均在90%以上，Kappa系数为0.95，能够满足县市级尺度的林果遥感监测精度需求。基于遥感提取的和田绿洲主要林果作物面积为4.28×105 hm2，以核桃（间作和纯核桃）为主，间作核桃面积占比63.80%，其次为枣树（19.38%）和葡萄（3.30%）。该方法可为林农间作立体种植模式下的果树类型和面积精确信息提取研究提供参考和借鉴。