基于盒维数的水系分维值估算

水系分维值反映河网的复杂程度。利用Arcgis平台及其ModelBuilder基于30和90 m精度DEM(Digital Elevation Model,数字高程模型)提取泗合水流域、韩江流域及子流域河网,采用盒维数法计算系列阈值下的可能水系分维值,并与实际河网计算的分维值比较。结果表明:①泗合水流域分维值相关系数R\+2大于0.98,韩江流域R\+2大于0.97,二者分别在无标度区间内统计自相似,表现出较好的分形特征;②DEM分辨率对盒维数法计算水系分维值影响小;③流域水系分维值随汇流阈值的初增而骤减,然后平缓减小至趋于1;④选择合适的汇流阈值使数字河网与实际河网吻合时,数字河网的分维值一定程度上可以代表实际河网的分维值;⑤流域水系发育均匀时,具有较强的统计自相似性,整个流域与各子流域分维值相近,水系分维值与流域面积不相关。     

基于DEM的丹江口水库水源区水系分形特征研究

为了分析河南省境内丹江口水库水源区的地形地貌特征,运用ARCGIS10.0软件和分形理论对该区域的ASTER GDEM数据进行提取,并将水系划分成11个子流域,应用网格法和河长比分叉比法分别计算了子流域和总水系的分维数,结果为:研究区各子流域的分维值相差不大,在0.998 6~1.057 6之间,总水系分维值为1.401 1,表明该水系在发育过程中存在着分形,流域地貌处于侵蚀发育的幼年期。     

泾、洛河水系与径流过程的分形特征及相互关系研究

为明确水系形态与径流过程之间的分形关系,以渭河支流泾河与北洛河为例,运用盒维数计算其水系的分维数,判断流域地貌发育阶段;借助Arc GIS软件计算分析泾河张家山站、北洛河状头站的年、月、汛期径流序列分维数,揭示不同时间尺度径流过程的分形特征与水系分形的变化与相互关系。研究发现:两河均处于流水地貌发育壮年期,流域侵蚀作用仍比较强烈;泾河水系分维数与张家山站的汛期径流序列的分维数最接近,显示水系形态主要受汛期(6-9月)径流影响;北洛河水系分维数与状头站年径流序列分维数接近,故北洛河水系形态主要由年径流塑造;8月径流对泾、北洛河河网水系的塑造作用比其他月份大。研究可为河道侵蚀防治提供参考,并进一步深化分形理论在河流水文研究方面的应用。     

基于DEM的西辽河流域河网水系提取研究

河网水系是对流域进行水文分析的重要数据,其生成的准确性会直接影响水文模型模拟的精度。以西辽河流域为研究区,在ARCGIS软件操作平台上对研究区的数字高程模型数据进行河网水系提取,设定不同的流域汇流累积阈值,分别计算出各模拟河网的分形维数及河网密度,取二者拟合趋势变化相同处阈值对应的河网与实际河网进行比较,发现此处的模拟河网与实际河网具有较高的拟合度,从而避免阈值确定的随机性、主观性等问题,有效地提高流域河网水系提取的精度。     

基于ArcGIS的丘陵山区局地水系提取及分维值估算

选取重庆市綦江河流域龙仓段为研究对象,通过洼地识别、填充、水流方向以及汇流累积量的计算等一系列过程,提取出不同集流阈值下的水系并讨论了水系的分形分维特征。结果表明:①集流阈值越小,提取出的水系就越密集,同时分维值和集流阈值有着良好的对数拟合关系,说明集流阈值和分维值都能体现河网分布的复杂度。②研究区中水系分维值的极大值≤1.6,表明该水系还处于侵蚀发育的幼年期。研究局地水系的分维特征,对于局部农业发展和灌排工程的合理布局具有一定的意义。     

基于SRTM_DEM的泾河流域特征信息提取研究

流域特征信息的提取对于水文地理信息分析、模拟技术和水文模型建立具有重要意义。基于STRM_DEM数据,在ArcGIS9．3环境下,提取泾河流域坡度、坡向等地形特征,以及河网、流域边界和面积等水文要素,并划分子流域。分析表明,当闽值取5000（40．5km^2）时,生成的流域河网能够较好地反映该地区水系。根据河网分级、低级集水区域生成结果和流域地形特征,可划分为32个子流域,为流域分布式水文模型的构建提供了基础地理信息。SRTM_DEM提取泾河和部分支流流域面积误差均较小,说明提取结果与实际非常接近。结果表明,SRTM_DEM数据和ArcGIS9．3提取流域特征信息方便快捷,具有较高的精度和准确性,应用前景广阔。     

流域土壤重金属分布式运移模型研究

为利用遥感信息提取技术实现流域大尺度范围的土壤重金属运移估算,对大夏河流域进行采样调查,通过分析大夏河流域及其支流的土壤和水体样品,测定重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb的含量和分布特征,结果表明,5种重金属含量从大到小依次为Cr、As、Cu、Pb、Cd。根据流域河网分形特征,提出采用分布式运移模型估算大夏河流域的重金属运移量。应用GIS技术,采用网格法对大夏河流域及其子流域进行分维数提取并修正,其水系分维值为1.0163,小于1.6,判定大夏河流域地貌处于幼年期。对流域的相似性进行了建模验证与分析,并根据相似流域分维值和径流数据拟合关系,研究子流域径流量,进一步估算分布式重金属运移量,通过对比SCS-CN模型估算量进行验证。大夏河流域重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb的运移量估算结果为0.6710、0.2099、6.2816、1.7465、1.8377t/a。     

基于GIS和DEM数据的流域水系提取与优化分析

相比野外测量和大比例地形图为主的流域水系提取方法,运用GIS技术和DEM数据的数字化提取更为便捷、高效.基于ArcGIS中的3D Analysis和Hydrologic Model模型,研究山区地形条件下的DEM数字流域水系提取.结果表明,研究区提取水系总长度为350.05 km,结果较好,尤其大中型河道长度的偏差仅在...     

基于HYDRO1K、SRTM3和ASTER GDEM的韩江流域水文地形信息对比

基于HYDRO1K、SRTM3和ASTER GDEM 3种DEM数据,对BTOPMC地形子模型提取的韩江流域地形信息进行了对比分析。结果表明:SRTM3最能精微地反映流域地形特征和土壤水分空间分布格局,ASTER GDEM次之,低分辨率的HYDRO1K则过度坦化了流域地形,使得基于地形指数的流域土壤水分分布趋于均匀,在产流表现上易于饱和,从水文意义上达不到刻画像韩江这一尺度流域的山地、丘陵地形。当水平分辨率达到一定精度时,与水平分辨率相比,DEM的垂直精度对提取地形信息的真实性起控制作用。ASTER GDEM的水平分辨率虽最高,但垂直精度不如SRTM3,所以提取的地形信息不如SRTM3精确。地形信息提取精度与DEM的填洼算法和流向算法有关。BTOPMC采用随区域地貌倾斜度而变化的小高程增量逐步填洼,填洼过程对区域地形信息的扰动较小。在采用D8单流向算法确定栅格水流方向时,沿最陡坡度流向比沿最大落差流向更容易产生水平和垂直流向。但由于HYDRO1K DEM生成时融合了DCW河网信息,2种流向算法对地形指数的影响只限于那些不具有河网信息的源头区域。     

一种基于生态流量的水资源开发利用率阈值估算方法

水资源开发利用率阈值是进行水资源开发利用、安全评价、风险调控与综合管理的控制性指标。尽管国际上常以年取水量与年可获得水资源量的比值40%作为水资源开发利用率阈值，但该阈值的确定依据和合理性并未明晰，同时该阈值为固定值未能考虑水资源禀赋的时空变化，给通常面对水资源时空分布不均的管理实践带来挑战。根据水资源开发利用率阈值与河道内生态流量之间的互补关系，在利用SWAT分布式水文模型模拟流域天然径流的基础上，通过基于多层次生境条件的改进Tennant法（MTMMHC法）计算了汉江流域各子流域各月份在丰、平和枯年份的不同等级生态流量，并确定了相应的水资源开发利用率阈值，体现了水资源开发利用率阈值在不同河段和不同季节的变化情况。结果表明：MTMMHC法能同时考虑流量的年内和年际变化并反映流量在丰、平和枯年份的差异性。在汉江流域，各子流域各月份在丰、平、枯年份的水资源开发利用率阈值均不同，且各子流域各月满足最适宜生态流量所对应水资源开发利用率阈值大多在20%以下，低于现行的国际上40%的标准。因此，该阈值估算方法不仅明晰了水资源开发利用率阈值与河道内生态流量之间的互补关系，而且考虑了水资源禀赋的时空...     

Y形交汇口冲淤特性的数值分析

以Y形交汇口水沙运动为研究对象,利用平面二维水沙运动数学模型,对河床冲淤进行了模拟。通过水位、流速、流场、河底高程模拟值与物理试验值的比较,表明所建立的二维水沙模型能够较好的模拟Y形交汇口的水沙运动,分析得出河床冲淤特性随汇流比、交汇角和河床高差的变化规律。研究结果可以完善交汇河道冲淤理论,也可以用于指导河道整治、河网和河道设计等领域的实际工作。     

基于数字高程模型的淤地坝地区河网提取方法

淤地坝作为黄土高原水土流失严重地区重要而独特的治沟工程，具有滞洪、拦淤、蓄水等作用，但在该地区利用数字高程模型(DEM)进行流域水系分析时，提取的河网会受淤地坝的干扰出现河网偏移、错位问题。本文提出一种通过对淤地坝进行检测并修正DEM的自动化方法来实现河网的有效提取。该方法先利用区域生长和形态学算法提取河道中心线，以缩小淤地坝检测范围，再基于改进的直线段检测(LSD)算法以及角度滤波确定淤地坝候选轮廓直线，然后构建十字模型定位淤地坝，最后对淤地坝所在栅格高程进行修正以提取河网。该方法在黄土高原两个典型样区中检测淤地坝的F1值分别为86.67%和86.95%,相比于仅使用填充、裂开的两种河网提取方法，本文方法能有效解决河网偏移问题。结果表明，本文方法提取的河网结果更符合真实地形，可为黄土高原淤地坝地区的流域数字地形分析技术提供有益补充与支持。     

基于AGREE算法与BURN-IN算法的平原灌区DEM河网提取问题剖析

基于数字高程模型(DEM)的区域水系提取应用较为广泛,当提取对象为平原灌区时存在突出问题,如河道断裂、平行河道的出现以及末端支流的提取未果等造成的子流域划分结果与实际轨迹不符等现象,数字化河网的精确程度直接影响后续的区域水文分析,故该问题值得关注。【目的】优化DEM河网提取结果。【方法】基于Agree算法和Burn-in算法下的提取河网,并从浅表、DEM因子与河网提取的相关关系等方面进行原因分析,进一步提出解决方法。【结果】2种算法下平原灌区河网提取问题的主要原因是DEM离散误差、栅格像元值的真实程度、栅格像元的精度以及地表的无渗漏假设;提出的解决方法为栅格像元水平分辨率的提高与主河道断裂部分的栅格重计算。对于坡度范围为0°～10°的平原灌区,坡度对地表水流方向的形成影响较小,不具备影响河网提取问题的能力;栅格像元水平分辨率提高10 m×10 m时,平原灌区2种算法下数字河道提取首要问题成功解决;主河道断裂部分的栅格重计算虽成功提取原断裂部分河道,但有新的断裂部分生成,未从根本解决。【结论】Agree算法和Burn-in算法下的基于DEM的平原灌区河网提取问题,经一系列原因剖析和解决方法的提出与应用,提取结果较为满意,提倡学者能够结合2种方法思路作为解决类似平原灌区的提取数字河网出现的问题。     

分形在土壤空间变异性评价中的应用研究

针对土壤空间变异性问题,研究了分维数和土壤空间变异性的关系。应用Green-Ampt入渗模型模拟出十种土壤的下渗湿峰深度值,它们的大小依次是:壤质砂土、沙壤土、沙质黏壤土、壤土、粉砂壤土、砂质壤土、黏质壤土、粉砂黏壤土、黏土、粉砂黏土,然后计算出十种土壤随机组合构成的100种土壤剖面的湿峰形状分维数,用这些分维数来描述土壤空间变异性。同时用反距离加权法和相邻两参数平方均值法算出土壤区域属性值,并与分维数进行比较,再通过对土壤空间变异性(用土壤饱和水力传导度来表示)的统计分析和分维数关系的分析,得出湿峰的分形维数与KS具有较明显的分带关系,而且这种关系在实际流域中会更明显。总的来说,土壤空间变异性越大,分形维数df越大。因此可以看出,用分形来评价土壤空间变异性是可行的,并取得了不错的效果。     

DEM分辨率对SWAT模型水文模拟的影响研究

以灞河流域为研究区,以DEM的分辨率(30~500 m)作为变量,进行了DEM空间分辨率对SWAT模型水文模拟的敏感性研究。首先,不同分辨率DEM作为输入数据构建SWAT模型并进行模拟,其后将模拟结果与灞河流域马渡王、罗李村水文站的实测流量比对进行相对偏差计算,最终采用均值变点统计方法,以模拟结果的相对偏差为研究对象,探讨分析了DEM尺度效应的最佳尺度拐点。结果表明,DEM分辨率的变化深刻影响着水文模型流域特征的提取,其分辨率的降低会导致流域的最大坡度、平均坡度、河道长度均发生衰减,同时流域形状、子流域数量也会发生不同程度的改变;随着DEM分辨率的逐渐降低(30~150 m),径流模拟的结果与实际流量的相对偏差逐渐增大,但增长幅度不超过11%。当DEM空间分辨率低于150 m时,相对偏差变化并不显著。均值变点法能够很好地识别拟合曲线发生明显变化的拐点,通过统计分析发现DEM分辨率为150 m时即为模拟结果相对偏差变化趋势逐渐由陡变缓的变化最佳拐点。     

花生联合收获机秧蔓夹持输送系统载荷谱编制

花生联合收获机夹持输送系统存在经常堵塞问题,对其液压系统的工作载荷进行研究极为关键。为得到反映花生秧蔓夹持输送系统的典型作业载荷谱,根据多次田间试验结果,选取花生秧蔓夹持输送系统液压马达输出轴转速为310、360、410r/min时的工况,进行系统液压马达田间作业载荷测试试验。针对大量的测试数据,采用转折点提取方式将载荷数据压缩至原来的1/50左右;随后利用雨流计数将时域内的载荷转换为雨流域内的均值、幅值载荷;再根据极大似然参数估计法分别对均值、幅值载荷数据进行统计分析。基于拟合检验结果分析得到,当花生秧蔓夹持输送系统液压马达输出轴转速为410r/min时,系统压力载荷均值和幅值分别满足分布均值为7.28、标准差为0.81的正态分布以及阈值为0.32、尺度参数为0.30、形状参数为0.90的三参数威布尔分布要求,可作为系统载荷谱编制的典型田间作业工况。由于室内台架试验以及花生秧蔓夹持输送系统机械零部件测试及产品结构优化设计的需要,将系统液压马达的压力信号转换为扭矩信号。根据均值、幅值的独立性,建立典型作业工况载荷的联合概率密度函数,采用载荷外推法得到液压马达输出轴扭矩的二维载荷谱,同时,结合实际试验加载的需求,进行二维载荷谱的降维操作,根据变均值法得到一维扭矩程序谱。     

基于GF-1影像的山区河道丰、枯水期水体提取方法改进

丰、枯水期山区下垫面地物特征如植被覆盖度呈显著季节性变化,因此同种水体提取方法在应用于不同水期会获得不同的提取效果;同时,山区河道水体位于峡谷内,易受山体阴影的影响,而且河道狭长细小,水体提取结果容易出现断线现象。为解决上述问题,本文使用国产GF-1遥感影像,首先对比单波段阈值法、NDWI水体指数和SWI阴影水体指数在丰、枯水期典型月对山区河道水体提取的应用效果,分别确定在丰、枯水期最适用的提取方法。然后以DEM数据为基础,考虑遥感成像时太阳高度与辐射角度,生成山体阴影图层,与前述方法获得的水体叠加,消除山体阴影的影响;然后再次以DEM数据为基础,提取河网水系,与遥感提取的水体叠加,以消除零散水体小斑块（如堰塘等）的影响。最后应用膨胀滤波和Pavlidis异步细化算法填充水体断线处。结果表明,丰、枯水期典型月水体提取的最适方法分别为单波段阈值法、SWI阴影水体指数法。通过山体阴影消除、零散水体消除、应用膨胀滤波和Pavlidis异步细化算法进行水体断线填充等综合改进处理后,丰、枯水期水体提取结果总体精度分别达到99.52%、99.27%,Kappa系数分别为0.98、0.97,精度达到...     

基于机器视觉的半干枣病害和裂纹识别研究

研究提出了一种基于机器视觉的病害和裂纹的识别方法。在H分量图中,依据半干枣在病害和非病害区域色调值差异提取病害区域,以提取的病害区域与枣表面积的比作为阈值确定较高的病害面积识别精度,可正确识别的感兴趣病害面积为16.87mm2,占枣投影面积的3.3%。为进一步提高在该病害面积识别精度的正确率,依据已确定的病害面积比阈值,将病害面积比值二值化,结合红枣区域颜色特征值H的均值和均方差,用SVM方法建立枣病害的识别模型,训练集和测试集的识别正确率分别为9 5.7 7%和9 5.7 9%。在I分量图中,对红枣区域进行Otsu’s阈值分割、图像局部属性统计和形态学处理,提取裂纹二值图像,依据裂纹图像不变距方法建立裂纹识别模型,训练集和测试集的识别正确率分别为94.90%和94.55%。     

基于空地多源信息的猕猴桃果园病虫害检测方法

针对现有检测方式难以大面积准确检测果园单株猕猴桃病虫害信息，且仅凭地面或者遥感数据获取信息不全的问题，通过搭建地面数据采集设备，配合无人机采集遥感图像，从空地两个角度获取了更全面的猕猴桃冠层叶片病虫害信息。选取Pytorch深度学习框架，使用YOLO v5s算法进行病虫害叶片的目标检测。计算单株果树被害率时，通过图像处理统计被害叶片与冠层叶片的像素数来代替数量统计。在冠层像素数计算过程中，对比K-means聚类分析与大津法阈值分割算法，后者用时更少，操作更加简单。最终得到每株果树冠层不同部分的病害率和虫害率，结果表明，该检测模型精确率为99.54%,召回率为99.24%,验证集目标检测和分类损失值均值分别为0.084 69和0.000 83。同时，分别选取无人机和地面病害和虫害数据20个，将检测模型获得的病虫害叶片数量的预测值与人工标注的真实值进行比较，遥感和地面的病害与虫害检测模型的平均绝对值误差分别为3.5、2.5、0.9和0.45。地面数据检测效果好于遥感数据检测效果。本研究可为建立猕猴桃果园病虫害检测系统提供依据，同时为猕猴桃果园的精细化管理提供指导。