坡面微地形DEM最佳分辨率的选择方法

【目的】研究坡面微地形DEM最佳分辨率的选择方法。【方法】以2种不同复杂程度的坡面微地形(微地形简单的裸坡小区、微地形复杂的翻耕小区)DEM作为研究对象,分析不同微地形DEM分辨率下坡度中误差(mS)、地表糙度(Cr)和微地形DEM生成时间3个参数的变化,从而确定坡面微地形DEM的最佳分辨率。【结果】采用坡度中误差法可以快速缩小分辨率的选择范围,增强了后续研究的目的性;随着分辨率的变化,2种微地形DEM地表糙度的变化趋势相似,并与分辨率呈幂函数关系;综合考量地表糙度和DEM生成时间,可以确定2种微地形DEM的最佳分辨率,且在源数据相同的情况下,最佳分辨率与微地形复杂程度并不相关。【结论】裸坡小区和翻耕小区DEM的最佳分辨率均为4mm,运用所建立方法选择微地形DEM的最佳分辨率是可行的。     

中分辨率水文地貌关系正确DEM建立方法研究——以黄土丘陵区为例

以陕北延河流域的县南沟小流域为样区,利用1∶5万数字地形图和ANUDEM软件,对黄土丘陵区中等分辨率水文地貌关系正确DEM的建立方法进行研究,并从建立的DEM与基础数据比较、DEM对地形的表现能力分析及水系网络分析3个方面对DEM的质量进行了评价。结果表明,利用ANUDEM和1∶5万地形图插值建立的黄土丘陵区DEM 3个主要参数分别为:分辨率10 m,迭代次数35,第二糙度系数0.7。从建立的DEM上提取的派生等高线与原始等高线符合度高;并且对地形形态的描述和对地貌与水文关系的表现,均更加准确和真实。     

赣南地区侵蚀地形因子研究

【目的】研究南方红壤区水土流失非常严重地区的土壤侵蚀地形因子,旨在为水土流失治理提供参考。【方法】以赣南地区为典型样区,将该地区1∶10万图幅及其周边的16个1∶5万图幅拼接,然后用1∶10万图幅向外扩展5km后重新切割的范围作为数据处理的单元,基于Hc-DEM提取地形因子,用50m×50m的邻域窗口对坡度进行均值滤波,将赣南地区划分为平原(包括盆地及周边缓坡丘陵)、典型丘陵、山地3种地貌类型区,对这3种地貌类型区的坡度、坡长、坡度-坡长因子(Length-Slope factor,LS)的宏观和微观格局进行分析,研究地形因子与土壤侵蚀的关系。【结果】在宏观尺度上,平原的坡度和LS因子均最小,典型丘陵次之,山地最大;平原和典型丘陵区坡长较小,而在山地较大。在微观格局上,坡度表现出与地形连续变化相适应的特性;坡长在典型丘陵和山地反映出与提取算法有关的、类似流域单元的图式;LS受坡度和坡长的共同影响,整体上与坡度的分布一致。地形因子与土壤侵蚀的关系表现为,随着侵蚀强度的增加,坡度、坡长和LS因子均呈增加趋势。【结论】在南方红壤区水土流失非常严重地区,地形属性(坡度、坡长)和LS对土壤侵蚀影响明显。     

利用中低分辨率DEM提取坡耕地坡度信息的误差分析(英文)

利用数字高程模型(DEM)实现坡耕地数据的自动提取和侵蚀状况调查,并与实地勘察及相关研究结果进行对比,分析利用中低分辨率DEM提取坡耕地坡度信息误差的来源及其对水土流失调查结果的影响。结果表明:利用忠县1∶50000地形图生成分辨率为25m的DEM,基于该分辨率DEM自动提取的坡耕地信息在评价其水土流失现状时与实地勘察和相关研究结果存在一定差异,其主要原因为:①该地区地貌特殊,平行岭谷地貌和出露的侏罗纪紫色泥(页)岩与砂岩互层结构共同作用形成的地形较为复杂,造成该区土地利用多以小地块为主的镶嵌结构,而分辨率较低的DEM对地形起伏的描述误差较大;②人为修建的梯田(水田)、坎田以及垄沟整地措施对坡耕地微观地形改变的影响较大。因此,在坡耕地水土流失现状评价中,单从中低分辨率DEM获取坡度信息来判断水土流失程度,将会产生较大误差。DEM分辨率越高,对与坡度有关的地貌和水文参数的描述越精确,提取的坡度信息越准确。中低分辨率坡度可以通过变换,使其接近较高分辨率坡度对地形起伏的反映能力。此外,还应加强实地勘察力度,并与计算机自动提取技术相结合,才是正确评价坡耕地水土流失的方法。     

基于DEM的榆林市降水空间插值方法分析

【目的】比较4种空间插值方法的插值效果,为分析榆林市降水空间分布特征奠定基础。【方法】采用榆林市45个水文及雨量站点35年(1970-2004年)的降水量观测资料,结合GIS技术,以榆林市1km×1km网格DEM(Digital Elevation Model)数据为基础,建立35年各月平均、年平均降水量与站点坐标、高程之间的回归方程。选取反距离加权法、张力样条函数法、普通克里金法及协同克里金法等4种空间插值方法,对榆林市35个站点的多年平均降水量进行空间插值计算,采用10个站点的降水量数据对插值结果进行验证,并进行对比误差分析,根据插值结果,进一步分析榆林市降水空间分布特征。【结果】考虑了地形因素的协同克里金法插值效果最好,且较为真实地反映了榆林市降水空间分布特征,普通克里金法次之,反距离加权法和张力样条函数法较差。总体而言,4种插值方法均达到了较高的分析精度。插值结果表明,榆林市降水呈现明显的纬度地带性分布特征,且降水受地形、地貌以及季节因素影响较大。【结论】应用GIS空间插值技术,综合考虑地形因素,可以提高研究区域降水空间插值结果的精度,并可为分析该区域降水时空结构特征提供更为精细的数据。     

自1:10000比例尺DEM提取地形起伏度——以陕北黄土高原的实验为例

地形的起伏是反映地形起伏的宏观地形因子,是比较适合区域水土流失评价的地形指标,在区域性研究中,利用DEM数据提取地形起伏度能够快速、直观的反映地形的起伏特征.1∶10000比例尺DEM具有越来越广泛、重要的应用,系统探讨基于其提取地形起伏度的方法具有重要的理论和实践意义.本研究以陕北黄土高原不同地貌区的DEM数据为实验数据,依据地貌发育的基本理论,GIS的窗口递增分析方法结合自然地理单元--小流域划分方法,通过对比分析,确定不同地貌区的地形起伏度.通过对实验结果的对比分析证明,该方法是一种比较通用、有效的方法.     

一种高质量的数字高程模型（DEM）建立方法 ——ANUDEM法

建立高质量的数字高程模型(DEM)是正确计算坡度、坡向、提取流域地形特征、进行水文分析 的前提,因而在研究土壤侵蚀、植被建设和土地利用规划与评价中都具有重要意义。ANUDEM采用迭 代有限微分内插技术和地形强化算法,自动去除伪下陷点和生成输入数据错误文件,便于查错改善 DEM质量,并减少了去除伪下陷点的编辑或DEM的后处理过程。本文以黄土高原丘陵沟壑区典型 小流域为例,利用大比例尺(1:10000)数字化地形图,利用ANUDEM建立DEM,从DEM光照模拟图、 回放等高线、提取水系、坡度等方面对建立的DEM的质量进行了评价。研究表明,ANUDEM建立的 DEM表面光滑;回放等高线与原等高线符合度高,能更准确地表现地形起伏;由其提取的坡度准确; 水系连续完整与地形图上河流一致,适宜水文分析,是一种建立高质量DEM的优良方法。     

南小河沟流域土壤水力特性参数的试验研究及特征分析

【目的】研究土壤水力特性参数及其特征,为土壤水力特性参数的选取和确定及水分运动和污染物迁移的预测奠定基础。【方法】对甘肃省南小河沟流域不同地貌、不同土地利用方式的土壤进行分层取样,采用离心机法测定各地类的土壤水分特征曲线,运用Gardner模型对试验结果进行分析。【结果】Gardner模型的对数形式能较好地反映各地类的土壤水分特征曲线。对全流域及划分地类后得到的模型参数的关系分析表明,它们具有较好的线性关系,因此可将模型进一步简化为单一参数模型。对单一参数模型参数统计特征的分析表明,单一参数A随着地貌类型的变化而表现出一定的变化特征,可以作为土壤水分特征曲线空间变异的变异系数。【结论】可以用参数A作为反映地貌类型的指标,并可应用于区域土壤水分特征曲线的估计。     

基于GIS的渭北黄土高原立地类型划分的研究：以永寿县永平乡为例

【目的】基于GIS技术,快速、准确地实现渭北黄土高原小流域范围内立地类型的划分。【方法】以地处黄土高原南缘残垣沟壑区复杂地形的永寿县永平乡为试验区,采用相对位置指数法提取地形部位信息,利用数字高程模型(DEM),对研究区地形部位在空间上的相对位置进行了定量化,结合坡向和坡度因子进行立地类型划分,最后利用现地立地因子信息样点对分类结果进行验证。【结果】利用上述方法将地处黄土高原南缘残垣沟壑区复杂地形的永寿县永平乡划分成19种立地类型,并对其面积进行了统计;经与实地立地类型划分结果进行比对,显示本研究方法的划分结果精度达92%。【结论】借助GIS技术不仅能快速地在小流域内实现该区域立地类型划分,而且精度高,能够为当地林业生产信息化提供技术支撑。     

梯田对土壤侵蚀地形因子扰动特征研究

地形因子是影响土壤侵蚀的重要因素,包括坡度、坡长等,通常基于DEM来提取,但目前构建的DEM总是局限于反映连续光滑的自然坡面,无法表现出梯田等人工地形的信息。在黄土高原地区,通过多年的治理,修筑了大面积梯田,极大地改变了地表微形态,影响了坡度和坡长,进而影响土壤侵蚀定量分析。以安塞县的梯田为实验对象,采用基于真实田坎的方法,构建嵌入梯田信息的DEM(梯田DEM),并对原始DEM与梯田DEM提取的坡度、坡长等地形因子以及计算得到的坡度坡长因子进行对比分析。结果表明:(1)基于真实田坎方法构建的梯田DEM,能较好地反映田坎位置及形态;(2)与样区原始DEM相比,加入梯田信息后,地形因子的栅格数大幅度增加且基于梯田DEM提取的坡度、坡长、LS因子明显减小,对土壤侵蚀定量分析有一定影响。该研究对地形因子提取和土壤侵蚀评价具有重要意义。     

基于ARCGIS计算SRTM数据DEM坡度的最优方法探讨

【目的】在对SRTM DEM数据的处理过程中,不同的地貌类型,适用的坡度算法是不一样的。本文拟根据不同的地貌类型采用不同的计算法,通过比较分析,筛选出适合于研究区的坡度计算模型。【方法】对于丘陵、山地、高山等地貌类型,一般采用三阶反距离平方权差分算法精度最高,而对于平原、台地等地貌类型,则采用三阶不带权差分算法精度最高。本文采用太原市的SRTM DEM影像,采用3种算法计算其坡度并进行精度对比。【结果】通过判断3种坡度栅格模型的坡度起伏度值是否在阈值范围内,按照精度评判标准进行评价,表明通过混合算法坡度精度最高,三阶不带权算法精度次之,三阶反距离平方权算法精度最低。【结论】根据区域不同的地貌类型,选择不同的坡度计算方法,再将计算所得的各类型坡度栅格图进行镶嵌处理,才能做出最精确的坡度栅格图。本文根据研究区地形地貌特点,所筛选的混合算法是最适合于研究区地貌类型的计算方法。     

基于决策树的典型荒漠草地遥感分类策略

【目的】在遥感影像和地形图基础上对干旱半干旱地区天然荒漠草地进行分类,旨在为干旱半干旱地区草地分类及监测提供参考。【方法】采用基于决策树的天然草地分类方法,以天山北坡新疆阜康地区的TM遥感影像(2010-09-24)多光谱波段特征为主要分类变量,结合研究区数字高程模型(DEM),辅以影像目视解译结果,构建了对天然荒漠地区草地进行分类的决策树分类模型,对研究区主要地物类型进行了分类,并对分类精度进行了评价。【结果】综合考虑了遥感图像植被指数(NDVI)特征、DEM特征的分类策略,可以忽略山区的地形影响,简化分类过程,提高分类精度;与传统的非监督分类精度评价结果相比,基于专家知识的分类方法中总分类精度提高了37.4%,Kappa系数提高了78%,错分误差和漏分误差大幅减小;调整NDVI和DEM阈值可以使分类结果更加精准,模型适用区域更加广阔。【结论】基于决策树的典型荒漠草地遥感分类模型适用于荒漠区天然草地类型的提取与划分,可以提高利用遥感图像进行荒漠草地类型分类的精度。     

基于R-V GIUH的临界雨量计算研究

【目的】建立基于地形地貌的地貌瞬时单位线汇流模型(R-V GIUH),为提高临界雨量计算精度提供参考。【方法】基于流域数字高程模型(DEM),经水文分析后计算得到地貌参数,并结合水动力参数建立R-V GIUH,利用实测的洪水过程对模型进行参数率定和验证;然后基于汇流模型的计算结果,采用水位流量反推法进行临界雨量的计算,并以陈家河流域为例进行临界雨量的实例分析。【结果】利用建立的R-V GIUH,计算得到陈家河流域的霍顿(Horton)河数率为4.20,河长率为2.66,面积率为3.11。利用建立的汇流模型计算得到1%,2%,5%,10%,20%频率对应的洪峰流量分别为436.7,340.3,233.0,163.2和99.5m~3/s,在地貌瞬时单位线法得到的频率-洪峰流量(P-Q_(mp))关系曲线上推求出成灾频率为1.75%,进而计算得到土壤含水量50mm、降雨历时为1,3,6,12,24h时对应的临界雨量分别是52,90,104,125和152mm。【结论】R-V GIUH建立在DEM的基础上,能够很好适用于资料匮乏地区的汇流计算,并且有效提高了临界雨量的计算精度。     

渭北黄土高原刺槐林健康评价指标体系的构建

【目的】构建一套科学实用的森林健康评价指标体系,对渭北黄土高原刺槐水土保持林进行健康评价,为该区森林健康经营提供理论依据。【方法】以渭北黄土高原刺槐水土保持林为研究对象,分别对陕西省永寿县槐坪林场、扶风县野河林场和白水县方山林场的刺槐林选设样地进行调查,共设置样地79块。遵循科学性与实用性兼顾的原则,从林分结构、植物多样性和林分稳定性3个方面遴选林分健康状况评价指标,采用模糊数学综合评价模型对刺槐林进行健康评价,并利用水土保持评价模型对评价结果进行验证。【结果】在调查的刺槐林中,健康林占46.84%,亚健康林占13.92%,不健康林占39.24%,整体上处于不健康状态;通过验证,该评价结果是正确合理的。【结论】建立的指标体系及评价方法科学实用,能够比较客观地反映渭北黄土高原刺槐水土保持林的健康状况。     

基于分形的中低分辨率坡度降尺度变换方法研究

【目的】针对中低分辨率数字高程模型(DEM)提取坡度的尺度效应问题,建立一种能够对中低分辨率坡度进行降尺度变换的方法。【方法】利用地形分形特性和半变异函数理论,可知坡度是分辨率和分维数的函数,从而对县南沟流域设立的建模区和检验区的坡度进行降尺度变换,并对变换结果进行精度评价。【结果】在0.2～1.0倍的原始分辨率坡度范围内,100,50和25m分辨率坡度分形变换后,与目标较高分辨率坡度在统计意义上相似,并且空间分布格局基本一致,其中0.2～0.25倍的原始分辨率坡度为最佳变换范围。【结论】分形变换可以为坡度的降尺度变换问题提供理论支持,对坡度变换方法的完善有重要意义。     

不同地貌类型及土地利用方式下土壤粒径的分形特征

【目的】研究不同地貌类型及土地利用方式下土壤粒径的分形特征,为黄土高原沟壑区土壤侵蚀的防治和种植业结构调整提供理论指导。【方法】对甘肃省南小河沟流域不同地貌(塬面、坡面、沟道)、不同土地利用方式(耕地、林地、荒地等)的土壤进行分层(0~20,20~60(或20~40,40~60),60~100 cm)取样,采用筛析法和吸管法相结合的方法,对样品的土壤颗粒含量和质量分形维数进行测定,利用土壤粒径分形原理,研究土壤分形维数与土壤质地、地貌类型和土地利用方式的关系。【结果】粘粒含量对土壤质量分形维数有显著影响,砂粒和粗粉粒含量的影响较小。土壤粘粒含量与土壤质量分形维数在不同地貌类型及土地利用方式的土壤剖面上表现出相同的变化规律。土壤质量分形维数与地貌和土地利用类型有关。【结论】土壤质量分形维数和土壤粘粒含量可以作为反映土壤物理性质和质量的潜在性指标。     

利用地形、土壤和作物信息辅助提高东北漫岗地数字高程模型精度的新方法

【目的】SRTM DEM是可免费访问公开可用的数字高程模型,但是当前SRTM DEM的垂直精度不能满足精细农业对地形数据的需求,提高其垂直精度,为精准农业等领域提供数据基础。【方法】以黑龙江省海伦东兴农机合作社为研究区,采集实际地面高程数据,获取SPOT-6、Sentinel-2A遥感影像和SRTM DEM。提取归一化湿度指数（NDMI）、归一化植被指数（NDVI）、土壤亮度（TCB）、潜在太阳辐射（PSR）等变量分析地形对其影响关系。利用极限学习机（ELM）和反向传播神经网络（BPNN）提高SRTM DEM水平空间分辨率和垂直精度。使用实际地面高程点进行精度验证,与基于无人机和光学立体像对（ZY-3）生成的DEM进行对比。【结果】SRTM、NDVI、NDMI、TCB与改进后高程的灰色关联度在90%以上,是改进SRTM DEM的重要辅助信息。在整个研究区,BPNN方法的RMSE_P为0.98,R²_P为0.98,ELM的RMSE_P为1.00,R²_P为0.90。在平坦区,BPNN方法的RMSE_P为0.84,ELM的RMSE_P为1.00;在起伏区,BPNN方法的RMSE_P为0.99,ELM的RMSE_P为0.94。该方法获得的DEM的垂直精度高于ZY-3光学立体像对生成的 DEM的垂直精度,为提高SRTM的水平空间分辨率和垂直精度提供了新思路。【结论】引入SRTM、NDVI、NDMI、TCB辅助信息有利于提高SRTM DEM的空间分辨率和垂直精度,获得高精度的DEM。BPNN方法获得的数字高程模型的精度整体上高于ELM方法, BPNN方法更加适用于平坦区高精度DEM的获取,ELM方法更加适用于起伏区。     

基于GIS的黄土台塬区县域耕地生产潜力评价研究

【目的】对黄土台塬区县域耕地生产潜力现状进行评价。【方法】针对陕西合阳县耕地资源现状,选取立地条件(地貌类型、坡度、海拔)、耕层土壤速效养分(碱解氮、速效磷、速效钾)、理化性质(土壤pH、有机质)、剖面性状(土壤剖面构型、土壤结构)、农田管理(农田基础设施、灌溉能力、障碍类型)5个方面的13个因子,建立耕地生产潜力评价体系,利用层次分析法和模糊评价法对合阳县耕地生产潜力进行定量分析。【结果】在陕西合阳县87 316.93hm2耕地中,1～6级耕地面积分别为872.23,13 124.13,25 365.18,30 323.57,16 440.34,1 191.48hm2。其中1～3级耕地主要为水浇地,集中分布在沿黄滩区或低台塬区;4级耕地多为旱地,主要位于平缓高台塬区;而5级和6级耕地则主要分布在坡度较陡的高台塬区和山地坡脚,地形破碎,土层较薄,速效养分含量低,且常伴有土壤侵蚀作用。【结论】成功建立了基于GIS的黄土台塬区县域耕地生产潜力评价体系,这为该地区耕地资源可持续利用及农业结构调整提供了理论依据,同时也为我国西北黄土台塬区耕地生产潜力评价体系构建与评价方法进行了有益探索。     

陕西省粮食安全水平评价及预测研究

【目的】为解决陕西省粮食供需日益突出的矛盾找出对策。【方法】在分析陕西省人口变动及粮食供需现状的基础上,通过计算2004—2020年陕西省耕地赤字率,对当前陕西省粮食安全水平进行评价。在此基础上,运用灰色预测模型GM(1,1)对未来10 a陕西省粮食安全水平进行预测。【结果】随着人均粮食消费量的增长,陕西省耕地赤字率持续增长;未来10 a陕西省粮食供需剪刀差不断扩大。【结论】加强耕地保护力度,优化土地资源利用;强化农业科技创新;稳定粮食价格;完善粮食储备体系有利于改善陕西省粮食供需矛盾日益突出的问题,保障粮食安全。     

基于 GIS 的秦岭山区县域耕地地力调查与评价研究

【目的】通过建立秦岭山区县域耕地地力评价体系,为该区土地利用的合理规划、保持生态平衡、确保耕地资源的可持续发展利用提供重要理论依据。【方法】以陕西省商洛市商南县为研究区域,选取耕地基础设施、灌溉水平、土壤结构、类型、质地、地形地貌、全氮含量、速效钾含量、有机质含量、有效磷含量、海拔高度和坡度等12个参评因子,应用ArcMap10.2软件,对商南县土地利用现状图、土壤图、行政区划图进行叠加,确定评价单元,采用层次分析、专家经验等方法计算所选因子权重,对研究区耕地地力进行评价。【结果】商南县耕地总面积24 848.26 hm~2,1～5级耕地面积分别为2 286.97、4 666.79、8 733.13、6 320.22和2 841.16 hm~2。其中一、二级耕地主要集中分布在河谷川塬和浅山丘陵上,三、四级耕地多分布在浅山丘陵和中山地貌上,而五级地所处的坡度较大,土壤表层质地疏松,土体厚度、腐殖质层厚度均较低。【结论】灌溉能力、地貌类型、有机质、坡度为影响商南县耕地地力评价的主要因子,改善这些因素是提高耕地生产地力主要途径。