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。     

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。     

不同分辨率DEM提取切沟形态特征参数的转化研究

选取黄土丘陵区岔巴沟流域不同位置和不同沟道级别的30条典型切沟为研究对象,基于三维激光扫描技术(LIDAR),建立了基于高分辨率DEM提取切沟形态特征的方法,对比分析了0.1m与5m2种分辨率DEM提取切沟形态特征参数的差异,实现对低分辨率DEM提取的切沟形态特征参数向高分辨率尺度转化。结果表明:基于三维激光扫描技术获取的0.1m高分辨率DEM提取的切沟形态特征值与手工测量的切沟形态特征值之间无显著差异,三维激光扫描技术提取的切沟长度、宽度、深度、表面积和体积分别是手工测量的94.0%,109.1%,107.7%,80.1%和109.0%,表明三维激光扫描技术获取的0.1m高分辨率DEM可较准确地描述切沟形态特征。0.1,5m2种分辨率DEM提取的切沟长度间无显著差异,但2种分辨率DEM提取切沟宽度、深度、表面积和体积间差异显著。5m分辨率DEM提取的切沟宽度、表面积和体积分别较实际值分别偏大28.6%,25.6%和19.7%;而其提取的切沟深度较实际值偏小37.0%。据此,通过模型筛选,分别建立了0.1m高分辨率DEM与5m分辨率DEM提取的切沟宽度、表面积和体积转换模型。模型验证结果表明,本研究所构建的切沟宽度、表面积和体积转换模型的决定系数均大于0.6,模型有效性系数均大于0.5,说明3个转换模型均具有较好的预报精度,为研究黄土丘陵区沟蚀特征提供了重要方法和手段。     

降水变化对不同下垫面的水土流失之分异影响

提出了一种基于DEM的沟缘线和坡脚线的提取方法,该方法以沟缘线和坡脚线的形态特征为基础.沟缘线作为梁峁地和沟坡地的分界线位于凸坡上,沟缘线象素以下的坡度应大于某一坡度值;坡脚线作为沟坡地和沟底地的交界线位于凹坡上,坡脚线象素以上的坡度应大于某一坡度值;沟缘线和坡脚线上的象素都具有局部最大的坡度变化.利用这种特性进行沟缘线和坡脚线的提取,易于实现.处理的速度快、效率高,提取结果较准确.     

黄土丘陵沟壑区切沟分布的遥感图像识别最优尺度研究

本研究提出了一种基于最优尺度分割和阈值统计优化的切沟提取新方法。首先,通过灰度共生矩阵（GLCM）内部对象方差和空间自相关系数,建立了一个最优分割尺度选择目标函数,经试验得到了研究区内农路、切沟、耕地（山坡地、梯田）、林地的最优分割尺度分别为24,31,36,42;在影像分割基础上,提出了切沟提取阈值统计优化方法,即结合NDVI、光谱亮度值（BRIGHTNESS）和纹理（GLCM）特征变量,通过K-means和两步聚类法（TwoStep Cluster）,分别确定切沟候选对象和假阳性对象的不同分类阈值,为切沟提取打下基础;经过t-statistics检验,显示光谱亮度值和纹理变量在95%的置信水平上均显著,从而表明提取阈值具有稳定性和可靠性。     

陕北黄土区退耕前（1976—1997）坡面切沟发育特征

以陕北黄土区坊塌流域内7条大切沟及其谷缘上的小切沟为研究对象,通过Arc GIS和MATLAB从基于1976、1997年1:10000比例尺地形图生成的数字高程模型(DEM)上提取沟沿线,进而获得1976、1997年大切沟的面积、周长和大切沟上小切沟沟头前进距离,并结合当时的土地利用图和植被覆盖图,定量研究了退耕前陕北黄土区切沟发育的速率,以及土地利用类型和植被覆盖度对切沟发育的影响.结果显示:在1976-1997年间,7条大切沟的面积、周长增长率分别为11.01%~180.46%和8.07%~86.75%,大切沟上小切沟沟头年均前进速率为0.26~0.84m;由溯源侵蚀导致的小切沟沟头前进是研究区内大切沟上的主要侵蚀方式,大切沟沟谷拓宽和形成新的小切沟分别是对大切沟的面积和周长增长具有较高贡献率的侵蚀方式;林草覆盖能控制切沟发育,集水区内覆盖度大于65%的植被能更加有效地控制大切沟内以沟谷拓宽为主的、多过程、多部位的综合切沟侵蚀,覆盖度大于45%的植被能更加有效地控制大切沟上小切沟沟头的溯源侵蚀.研究表明基于GIS技术和不同年份的地形图,可以确定切沟侵蚀的方式及速率,实现对切沟发育的动态监测.     

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。     

使用高分遥感立体影像提取黄土丘陵区切沟参数的精度分析

为了研究高分立体像对测量黄土丘陵区切沟参数的适用性,选取陕北黄土区合沟小流域,以三维激光扫描全站仪获取的数据为参照值,分析使用GeoEye-1高分遥感立体像对测量切沟参数的精度,得到如下研究结果.1)刃沟面积、周长、沟长和沟宽等线状和面状参数平均测量误差分别为3.58 m2,0.55 m,0.13m和-0.10 m,其中面积、周长和沟长的百分误差主要集中在5％以内,沟宽百分误差主要分布在10％以内.2)切沟三维参数沟底宽、最大沟深、平均沟深的平均测量误差分别为-0.67、0.14和-0.46 m.截面积和体积的平均误差分别为-6.30 m2和-54.01 m3.最大沟深的百分误差主要集中在30％以内,沟底宽、平均沟深、截面积和体积的百分误差则主要分布在50％以内;相较于三维激光扫描的切沟,立体像对提取的切沟沟底形态误差较大,主要是沟底宽和平均沟深偏小.3)切沟规模越大,切沟体积、截面积和沟底宽的测量值偏小的幅度越大.但是,切沟体积测量误差与切沟体积之间可以建立较好的线性回归模型,在缺少其他测量手段时,可以使用该模型对测量误差进行校正.总体上看,高分立体遥感为切沟线状和面状参数测量以及切沟体积测量提供了新的方法,为黄土丘陵区沟蚀监测提供了便捷、且相对可靠的数据源.     

基于DEM提取黄土丘陵区沟沿线

黄土丘陵区的沟沿线，是反映该区地形地貌特征的重要的地形结构线。以陕北绥德县韭园沟流域为实验样区，探讨利用数字高程模型(DEM)实现自动提取沟沿线的原理方法，并以航片及地形图等高线为依据，对所提取沟沿线的精度进行了对比分析。实验结果证明，利用DEM自动提取沟沿线是一种快速、有效的技术方法。     

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。     

东北典型黑土漫岗区切沟侵蚀空间格局分析

旨在充分认识东北典型黑土漫岗区切沟分布的空间特征,为水土保持工作提供依据,以黑龙江省宾县漫岗区为研究区,结合实地调查,以SPOT 5遥感影像为数据源,基于人机交互方式提取切沟信息,并分析其分布特征。主要研究结论如下:5°～7°的漫岗坡面更易形成切沟侵蚀;切沟密度随海拔高度的增加呈现出先迅速上升后缓慢下降的趋势,在坡面的中下部更易发生切沟侵蚀;由于地理位置及地貌特征、土地利用方式、开垦时间早晚和治理措施等不同,研究区不同乡镇的切沟密度存在着较大差异。     

切沟侵蚀定量研究进展

切沟侵蚀是一种常见的土壤侵蚀现象,切沟侵蚀定量研究可以进一步揭示切沟侵蚀规 律,为建立切沟侵蚀预报模型、切沟侵蚀危害的评估与治理提供科学的依据.介绍了近 年来有关切沟侵蚀定量研究的主要进展,对目前主要方法的适用范围、优点及局限性进行了讨论,并指出切沟侵蚀定量研究中亟待解决的问题和研究方向.     

人工胁迫下细沟侵蚀初始化规律研究

细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的主要形式之一.在华蓥山天池土地整理研究区选取有代表性的细沟,详细测量了其数量特征,对细沟在人工胁迫下的侵蚀过程和特征进行了研究.结果表明：由于有水泥硬化地块的存在,使细沟初始化速度大大加快;平均沟宽表现为先增后减,平均沟深表现为先减后增再减,平均宽深比表现为先增后减再增.该研究对于正确认识人工胁迫下坡面细沟侵蚀的发育特征及其防治具有重要的意义.     

电力工程中遥感提取侵蚀沟参数的方法探讨

侵蚀沟勘测一直是电力工程水文勘测的难点。在分析不同类型侵蚀沟对电力工程影响的基础上,提出电力工程需要提取的侵蚀沟类型,结合目前遥感数据可能达到的精度,提出遥感图像解译技术和DEM技术相结合的侵蚀沟参数提取方法。将该方法应用于某750 kV变电站的水文勘测,实现了侵蚀沟稳定性判读、沟壑参数提取等。应用结果表明,该方法可弥补常规水文勘测方法的不足,能提高水文勘测的精度。     

基于RS和GIS的六道沟流域土地利用动态变化研究

以位于水蚀风蚀交错带的六道沟流域为研究区,应用遥感和GIS相结合的方法,提取不同年份的土地利用信息进行动态分析,并且计算了六道沟的退耕影响系数.结果表明:与1990年相比,2002年水浇地、林地类、草地类面积分别增加了43.45%、28.43%、5.83%,坡旱地减少了60.81%,土地利用结构不断优化.土地利用转换主要以耕地、林地、草地和工矿用地为主,"八五"期间土地利用变化受退耕还林影响的程度大于1995年后的影响.科技试点研究促进了当地的土地利用结构调整,1995年后采煤业的兴起,则进一步促进了土地利用结构的优化.     

黄土丘陵沟壑区地表过程响应单元划分及其地形特征提取

地表过程解析与调控是保障人与自然和谐相处的重要途径,高效、合理地划分地表过程响应单元则是开展地表过程研究的重要前提.针对黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀的地形地貌分异特征,提出在小流域内以沟谷线、山脊线、分水线和沟缘线相互交叠,构成具有相对均一坡向、坡度与坡位的地表过程响应单元,在ArcGIS9.2中,以Hc-DEM为基础数据,通过确定沟谷线、山脊线、分水线和沟缘线的提取方法,以及响应单元平均坡度、整体坡向、面积与周长等地形特征的测算技术,实现地表过程响应单元的快速划分及其地形特征的高效提取.研究结果对促进黄土丘陵沟壑区以土壤侵蚀为代表的地表过程研究具有重要的基础意义.     

基于LIDAR和GIS技术的坡面侵蚀沟空间发育分析

三维激光扫描技术（LIDAR）和地理信息系统（GIS）技术的综合应用是土壤侵蚀定量研究的重要手段,结合LIDAR和GIS技术,将LIDAR动态监测的连续4场次模拟降雨实验数据导入GIS数据处理软件并生成DEM,采用断面分析方法,提取坡长方向上单位长度侵蚀沟断面的宽度和深度,分析坡面侵蚀沟发育特征。结果表明,坡面3.5～5.5 m坡长处是沟蚀发育最为活跃的区段,且随着降雨过程的进行,沟蚀发育活跃区向坡面上部移动。侵蚀沟发育早期以溯源侵蚀为主,后期以沟壁侧蚀和崩塌为主。断面分析方法能够比较准确地分析坡面沟蚀发育的时空分布特征,为土壤侵蚀的定量研究提供了一种新的研究方法。     

黄土高原丘陵沟壑区小流域浅沟和切沟侵蚀区的界定

验证了国外发生浅沟侵蚀和切沟侵蚀判定式在黄土丘陵区的适用性。通过GPS实测数据并结合GIS空间分析与统计回归方法,建立了适用于黄土高原丘陵区的发生浅沟侵蚀和切沟侵蚀判定式。研究结果表明,在黄土高原丘陵沟壑区,随着坡度的增大,发生浅沟侵蚀和切沟侵蚀的临界值a增大,高强度降雨致使判定式中汇水面积（A）的指数b值减小,从而降低了汇水面积的影响作用。在假定其它因素相同时,浅沟形成只需较小的汇水面积,而切沟形成则需要相对较大的汇水面积;当单位汇水面积相同时,发生切沟侵蚀比浅沟侵蚀需要更大的坡度。利用国外研究结果预测提取的浅沟侵蚀和切沟侵蚀发生区,明显夸大了研究区的沟蚀发生区;而用作者所建立的判定式提取的浅沟和切沟侵蚀分布区与野外实际相当吻合。即浅沟侵蚀主要发生在15°～35°的沟间地上,其分布面积占整个沟间地面积的60％,切沟侵蚀主要发生在大于35°的沟坡地上,其分布面积占整个沟坡面积的93％。     

东北黑土区沟蚀现状及其与景观格局的关系

调整土地利用结构改善景观要素的数量比重,以及优化景观斑块的空间配置是控制土壤侵蚀的有效措施之一,该文选择典型黑土区内的克东县为研究区,以SPOT5影像为基础数据源,获取了研究区的沟蚀现状及景观格局分布现状.运用ArcGIS的水文分析模块提取研究区55个子流域作为基本分析单元,运用GIS空间分析能力和FRAGSTAT软件...     

基于“3S”技术的水土流失信息提取与评价

在阐述"3S"技术特点的基础上,以四川木里藏族自治县的梭罗沟和如米沟为研究区,介绍了"3S"技术在水土流失信息提取中的技术要求、数据收集和工作流程,并对研究区水土流失信息提取的结果进行了评价。实例研究证明,"3S"技术作为研究水土流失的重要技术手段之一,可以准确、快速、连续地提取研究区水土流失的特征指标,能够满足研究区水土流失现状信息提取的要求,使研究区水土流失信息得到有效的分析和使用。