分形维数计算方法研究进展

分形理论作为描述自然界和非线性系统中不光滑和不规则几何形体的有效工具,如何将其应用到林学与水土保持等学科中去,是目前学术界正在研究的热点问题.为此,该文在对分形理论进行概述的基础上,列举了描述分形维数的一般形式及计算分形维数的主要方法,包括标尺法、半方差法、PSD法,以及根据测度关系、相关函数、分布函数等方法求分维.对每一种方法的含义、基本模型及在相关领域的应用进行了阐述,并对分形理论的应用前景做了简单的评述.     

不同地貌量化参数与流域降雨侵蚀产沙关联性模拟试验研究

由于不同地貌量化参数各具特色,流域土壤侵蚀预报模型中地貌因子量化参数选择目前还没有统一认识.从模拟试验人手,利用分形理论、灰色关联分析方法、GIS和高精度摄影测量技术,对小流域模型次降雨相对输沙模数及相对径流模数分别与地貌分形维数、平均坡度、沟壑密度、相对高差、地形起伏度和地面破裂度6个常用地貌量化参数的关联度进行研究.研究结果表明:地貌分形维数与小流域模型次降雨相对输沙模数及径流模数的关联度明显高于其他地貌量化参数,分别达到0.804和0.895;地貌分形维数与小流域模型次降雨侵蚀产沙的定量作用关系可用指数函数很好表达.对于促进地貌分形维数在流域土壤侵蚀预报研究中的应用,提高土壤侵蚀预报模型精度和适用性具有重要现实意义.     

基于小波分析的线粒体基因组分形维数提取

结合DNA游走方法和小波分析研究了不同物种的线粒体基因组序列的自相似分形结构,提取了线粒体基因组序列的AT Walk,AG Walk和AC Walk分维数指标.研究结果表明3种游走序列的分维数均大于1,并且在同类物种中的AG Walk的分维数间有一定的关系。证明线粒体基因组序列存在自相似分形结构,这种结构受到ATGC碱基在基因组中的排列结构影响。     

基于分形维数的图像纹理分析

利用分数维能够把图像的空间信息和灰度信息有机结合起来的特性,提出了一种基于分形维数的图像纹理分析方法.为了更准确地描述纹理表面的粗糙度,该方法首先将纹理图像进行6种灰度变换并计算其相应的分形维数,同时采用H lder指数作为描述图像纹理的奇异性特征,然后利用提取的纹理特征对图像进行纹理分割.实验结果表明:采用该方法所分割的图像能很好地体现图像的纹理分布.     

根系分形维数及其研究进展

系统介绍了分形理论的形成和实际内容,并综述了根系分形维数的计算方法以及分形维数在植物根系研究方面的重要作用。分形维数作为一种简便地描述植物根系形态、生理特性的方法,给根系的研究带来了很大的方便。     

基于数字图像的水果分形维数特征

为了定量描述仿球形水果表面轮廓间的差异,用周长-面积法研究水果的分形维数特征.取大小不同的温州蜜柑20个、麻阳冰糖橙17个和红富士苹果18个,设置3种水果花萼面和侧面2个方向上数字图像红色或蓝色分量阈值,将水果区域内外的红色、绿色、蓝色分量分别置为0和1,得到水果二值图像.以水果区域细化后的边界像素数和区域内像素数分别作为水果的周长和面积,以周长-面积法求得3类水果2个方向的分形维数.结果表明,3种水果花萼面的分形维数均比其侧面的分形维数小,花萼面分形维数间差异不明显,但侧面分形维数差异明显,表明仿球形水果的外形特征可用花萼面分形维数和侧面分形维数反映,但主要指标是侧面分形维数.     

预混料有机载体分形维数的研究

通过拍摄常用预混料有机载体玉米粉、全脂米糠粉、全麦粉、豆粕粉、膨化大豆粉颗粒不同放大倍数的扫描电子显微镜(SEM)图像,利用基于周界的周长-面积法的Matlab程序计算其周长-面积分形维数。结果表明,周长-面积双对数拟合线的相关系数都在0.99以上,且不同有机载体分形维数的均值存在显著差异。采用周长-面积法计算玉米粉、全脂米糠粉、全麦粉、豆粕粉等具有统计自相似结构的预混料载体是可行的,用以描述几何形体不规则程度的分形维数可以作为表征预混料有机载体的一个参量。     

基于变分法的流域地貌形态分形特征量化研究

分形理论为流域地貌形态等复杂体系的定量化研究提供了一种有效T具.以室内流域模型人工模拟降雨试验和高精度摄影测量获得的模型流域不同发育时段的数字高程模型(DEM)数据为基础,采用变分法计算了流域地貌形态分形维数,并对分形维数与地貌因子沟谷密度和地面割裂度的关系进行初步探讨.结果表明:流域地貌形态在无标度区间内具有良好的分形特征,分形维数准确的反映流域地貌表面的复杂程度;流域地貌形态在流域发育的不同时段具有不同的分形维数,并且与沟谷密度和地面割裂度之间存在显著的线性关系:分形维数作为流域地貌形态分形特征的量化指标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选择提供了一种新的思路.     

大麦发芽过程中外观形态分形维数的变化特性

大麦的发芽过程是高度复杂的生理过程,其内部和外观变化具有很强的自相似性,可以用分形维数描述大麦发芽过程的结构和生理变化.分别用自来水、1%和2% NaCl溶液浸泡培养大麦,每24 h取样检测大麦内部成分含量,对大麦进行拍照,图片处理后用分形软件测定其分形维数.结果显示大麦发芽期间大麦胚部的分形维数变化不大,而大麦胚乳部分和大麦边缘的分形维数有趋于集中的趋势,并呈现均匀化.在自来水培养条件下,这种变化最明显,随着盐浓度的增加,大麦边缘分形维数变化趋于不明显.在2% NaCl溶液培养条件下,大麦分形维数基本不会呈现均匀化的变化.麦芽中还原糖和α-氨基酸含量变化趋势与大麦图像的分形维数呈现正相关性,而β-葡聚糖含量变化与大麦图像的分形维数呈负相关性.     

基于小波分析的线粒体基因组分形维数提取

结合DNA游走方法和小波分析研究了不同物种的线粒体基因组序列的自相似分形结构,提取了线粒体基因组序列的AT Walk,AG Walk和AC Walk分维数指标.研究结果表明3种游走序列的分维数均大于1,并且在同类物种中的AG Walk的分维数间有一定的关系.证明线粒体基因组序列存在自相似分形结构,这种结构受到ATGC碱基在基因组中的排列结构影响.     

基于DEM的黄土高原典型流域特征参数分析

以山西吉县蔡家川流域为研究对象,提取其流域特征及河道特征,统计分析各特征值随流域面积尺度大小而变化的规律。结果表明:随流域面积增大,河道干流长度、干支流总长度、河道弯曲系数、流域形状系数均增大,河道不对称系数、流域平均高程均减小,河网密度、河道比降、平均坡度均先减小后趋于稳定;研究地区虽对洪水具有微弱的自我调节能力,但河道比降应该控制在6.1%以下,河网密度应控制在0.58 km/km2以下,故面积小于10 km2的小流域应为研究区水土流失治理的核心区域;坡度在25°以上的土地面积约占整个流域面积的52%左右,易发生洪水,需大力加强水土保持。      

基于ArcGIS环境下DEM流域特征提取及应用

该文详细介绍了ArcGIS9.2中的水文分析工具箱的使用方法,包括从原始DEM数据提取河网的步骤、应注意的问题等。研究区域选取位于北京山区的红门川小流域,采用1∶10000的比例尺、10m分辨率的DEM作为基本的地形数据,应用ESRI公司开发的ArcGIS9.2地理信息系统软件进行流域水文信息特征的提取;并利用SWAT模型运行水文响应单元(HRUs)的生成,共生成了25个子流域和92个HRUs。经分析,得到的研究区域河网特征以及研究区其他常用的流域特征信息,与实际河流水系特征基本吻合,因此应用DEM划分的流域结果是合理的。     

玉米应力裂纹的分形研究

玉米应力裂纹具有近似的自相似性,可用分形理论进行研究,利用盒维数的定义测量并计算了整个剖面上单裂,双裂和龟裂的平均分维值,提出了当量分维概念,计算并分析了不同干燥条件下得到的玉米样品的当量维数。     

基于DEM的数字地形分析

该文在对数字高程模型（DEM）数据来源及结构、数字地形分析及其应用、基于DEM的地形分析中的不确定性和误差分析的基础上,以日本东北地区岩手县早池峰山为研究对象,美国MicroImage公司开发的TNTmips地理信息系统为工具,日本国土地理院发行的“数字地图25000”为基础数据,研究基于DEM的数字地形特征提取与分析方法,以及DEM精度对地形特征的影响. 研究结果表明:①以DEM为基础可提取多种地形特征,如坡度、坡向、坡面形态、流域边界、水流路径等,这些特征在地理信息系统的支持下均可用图形和属性数据来表示;②DEM水平精度对基于DEM提取的数字地形特征影响表现为:低精度的DEM将导致研究区平均坡度变小、坡度标准差变大;同时,DEM精度对不同坡度区域表现为不同的影响,其结果按坡度大致可划分为3种不同类型,即0°～10°、10°～35°以及大于35°; DEM精度对坡向的影响除平坡外变化较小,其中平坡面积随DEM精度的降低而增大;低精度的DEM将导致水文地形信息受损,这将严重影响流域水文模型参数的确立及水文过程模拟分析的精度.      

哈尼梯田核心区麻栗寨河流域水系结构特征及分维数分析

运用ArcGIS的水文分析工具、数据管理工具,定量分析哈尼梯田核心区麻栗寨河流域水系的结构特征;并利用网格计算法以及基于Horton理论计算了其水系分维数,对比分析得出阈值为400时与实际最符合。结果表明：麻栗寨河流域河网密度整体较大,随流域流向逐渐减小,大小河流发育程度差异较大,水系结构发育完整;分维数均在1.6<D≤1.89内,流域处于地貌侵蚀发育的壮年期,并向老年期发展,河流下蚀作用逐渐减弱,侧蚀成为主要侵蚀类型。     

集群式影像处理系统的技术研究

随着经济社会的快速发展,国家基础建设对基础地理信息的需求量越来越大,需要一种能够在少量人工干预的条件下,经过一系列自动化处理,快速输出包括数字表面模型(DSM)、数字高程模型(DEM)、正射影像(DOM)等产品,并能生成一系列其他中间产品的系统设备.该系统采用多种先进算法,包括原始图像增强、快速自动生成和滤除连接点、自动提取密集DSM、传统几何校正、由DTM自动生成等高线、自动生成镶嵌影像等.通过对系统的多次测试,能够高质量地完成基于POS数据的无地面控制点空三加密、自动DEM匹配、自动DOM生产以及影像地图自动切片等任务.     

基于LIDAR数据的林冠层三维信息模型的提取与应用

该文应用机载激光雷达数据,获得了高精度的树冠底部地形信息及树高信息,提取了包含植被冠层高度的数字表面模型,即林冠层三维信息模型(DCM),结合研究区的数字高程模型(DEM)可以获得用常规方法很难准确获取的森林植被参数,如冠层垂直结构、森林高度、郁闭度等.在此基础上,制作了研究区的林木高度图,具有直观、形象等特点,有助于林业部门及时、准确地掌握森林资源相关信息,并可利用DCM获得森林密度、胸高断面积、蓄积量(生物量)及单木参数等森林植被参数.     

基于维数特征的园林植物林冠线和色彩分析

为提高园林植物配植水平,从植物群落林冠线和色彩2个方面对景观外貌进行量化分析。研究选取3处居住区中心绿地,测算样本材料的林冠线分形维数和色彩信息维数。研究发现,所选样本植物群落林冠线分形维数组内变异差别较大而组间较小,样本景观塑造以植物群落为主搭配园林建筑分形维数较高,完全以植物造景林冠线较连续,更具自然韵味,群落内部不同层次植物的林冠轮廓分形维数变异性较大,林冠线不连续且以建筑轮廓线为主的景观分形维数较低;色彩的信息维数体现了色彩分布的复杂和不均匀性,维数较高是园林植物群落接近自然群落的特征之一。3个样本植物种类的雷同性较高,样本内部植物配植的层次和龄级较单调,需加强乡土景观植物资源开发和植物配植水平,以营造近自然人工植物群落。     

粘土颗粒群粒度分布分形维与土壤透气性关系

采用数字显微系统测定了部分华南地区土壤中粘土颗粒群粒径分布分形维数值,提出了土壤中粘土颗粒群粒度分布分形维数的几何法计算模型,并就这种分形维数与土壤比表面积和土壤透气性等性质的关系作了初步探讨。