本文選題：河流 + 河谷�。� 參考：《廣西師范學院》2017年碩士論文

【摘要】：對河流地貌的研究是國內(nèi)外水文、地貌學家普遍關注的熱點之一。但在以往的研究中,對河流地貌的研究多以河流本身為研究對象,主要集中在對過水斷面面積、水系的提取、水流長度的計算等方面,未延伸到河谷形態(tài)。尤其是在對河谷橫斷面的研究過程中,需要沿流域截取較多的斷面,數(shù)據(jù)量較大,且形態(tài)特征比縱剖面更復雜。研究者多通過實地測量或基于地形圖手動描繪的方式獲取數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)河谷橫斷面參數(shù)提取方式工作量大,只能局限在較小研究區(qū)域內(nèi),并且存在較大的主觀性,因此對河谷橫斷面參數(shù)提取的方式需要進一步改進。針對當前河流分類[1]、河流管理等方面的研究不斷精細化的需求,都不同程度的需要河谷形態(tài)參數(shù),故亟需一種能自動化的快速提取河谷形態(tài)的算法服務于社會實踐。為此,本文設計了一種基于DEM的河谷橫斷面形態(tài)自動提取算法。該算法從河谷谷底與谷坡坡度值的差異性入手,選擇高精度DEM數(shù)據(jù),運用GIS空間分析算法原理,設計算法,實現(xiàn)了自動提取河谷橫斷面剖面圖、河谷谷底輪廓線及河谷谷底寬度值等功能�；谒惴ǖ脑O計原理與規(guī)范以及GIS數(shù)據(jù)結構的特點,將算法分為6個步驟。按照V形河谷及U形河谷兩種基礎形態(tài)河谷對算法進行測試,并結合真實河谷形態(tài),對算法的適用性進行了驗證。本論文的主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)設計了基于DEM的河谷橫斷面形態(tài)算法模型在河谷地貌特征及地理信息系統(tǒng)算法原理的基礎上,綜合考慮不同時期河谷橫斷面的形態(tài)特征,以及谷底與谷坡的坡度值的差異性,設計了基于DEM數(shù)據(jù)的算法模型。算法主要包括直線擬合、曲線分段、河網(wǎng)中心點坐標提取、河網(wǎng)垂線提取、坡度提取、探索點位置計算、谷底輪廓線提取、谷底寬度值計算及河谷橫斷面剖面圖繪制9個子算法。通過算法模型的構建,實現(xiàn)了從理論研究到實際應用的轉換,進而為河谷形態(tài)的研究提供了新的技術手段。(2)通過對V形、U形兩類河谷的實例研究,給出了擬合角度閾值、沿河流垂線方向探索距離閾值及河谷坡度閾值的建議取值。實例研究結果發(fā)現(xiàn):(1)該算法模型能夠較為準確的描繪谷底輪廓線;(2)通過與真實谷底寬度值做相關性分析可以發(fā)現(xiàn),該算法模型可較為真實的計算谷底寬度值,且U形河谷的準確性高于V形河谷;(3)該算法能夠繪制河谷橫斷面形態(tài)剖面圖,且與真實河谷橫斷面形態(tài)剖面圖一致性非常高。綜合分析算法設計過程中遇到的問題及實例研究結果,從數(shù)據(jù)精度的選擇、閾值的選取等方面提出了算法優(yōu)化及展望。(3)基于ArcGIS Engine,設計實現(xiàn)了河谷橫斷面形態(tài)提取的ArcGIS插件綜上所述,基于DEM的河谷橫斷面形態(tài)自動提取算法是提取谷底輪廓線、計算谷底寬度值、繪制河谷橫斷面的有效途徑。該算法具有繪制效果較好、計算準確性較高的優(yōu)點,在河谷形態(tài)研究領域,具有很強的應用價值及發(fā)展?jié)摿Α?br/>[Abstract]:The study of river geomorphology is one of the hot spots of hydrology and geomorphologists at home and abroad. However, in the previous studies, the study of river landforms mostly focused on the river itself, mainly focused on the cross section area, the extraction of water system, the calculation of water flow length and so on, and did not extend to the river valley shape. Especially in the process of studying the cross-section of the river valley, it is necessary to intercept more sections along the river basin, the amount of data is large, and the morphological characteristics are more complex than that of the longitudinal section. Researchers often obtain data through field measurements or manual mapping based on topographic maps. The traditional way of extracting cross-sectional parameters of river valley is very heavy, which can only be confined to a small area of study, and has more subjectivity. Therefore, the method of extracting cross-sectional parameters of river valley needs further improvement. According to the needs of river classification, river management and so on, the river valley shape parameters are needed in varying degrees, so an automatic and fast algorithm to extract river valley shape is urgently needed to serve the social practice. Therefore, an automatic extraction algorithm of river valley cross-section based on DEM is designed in this paper. The algorithm starts with the difference between valley bottom and slope gradient, selects high-precision DEM data, designs the algorithm by using GIS spatial analysis algorithm, and realizes automatic extraction of valley cross-section profile. Valley bottom contours and valley floor width value and other functions. Based on the design principle and specification of the algorithm and the characteristics of GIS data structure, the algorithm is divided into six steps. The algorithm is tested according to the V shape valley and the U shape valley, and the applicability of the algorithm is verified by combining the real river valley shape. The main research contents and results of this paper are as follows: (1) the algorithm model of river valley cross section based on DEM is designed. On the basis of the geomorphological characteristics of river valley and the principle of GIS algorithm, the morphological characteristics of river valley cross section in different periods are considered synthetically. The algorithm model based on DEM data is designed. The algorithm mainly includes straight line fitting, curve segmentation, coordinate extraction of center point of river network, vertical line extraction of river network, slope extraction, location calculation of exploration point, contour line extraction of valley bottom, The calculation of the valley floor width and the drawing of the river valley cross-section section are 9 subalgorithms. Through the construction of the algorithm model, the conversion from theoretical research to practical application is realized, and a new technical means for the study of valley shape is provided. The suggested values of distance threshold and valley slope threshold are explored along the perpendicular direction of the river. A case study shows that the algorithm model can accurately describe the outline of the bottom of the valley. By analyzing the correlation with the real value of the floor width, it can be found that the algorithm model can calculate the valley floor width more truthfully. Moreover, the accuracy of U-shaped valley is higher than that of V-shaped valley. The problems encountered in the design of the algorithm and the results of the case study are synthetically analyzed, and the selection of the data precision is given. Based on ArcGIS engineer, the ArcGIS plug-in is designed to extract the shape of the valley cross-section. In summary, the automatic algorithm of extracting the shape of the valley cross-section based on DEM is to extract the outline of valley bottom. It is an effective way to calculate the valley floor width and draw the cross section of the valley. The algorithm has the advantages of good rendering effect and high calculation accuracy. It has strong application value and development potential in the field of valley shape research.
【學位授予單位】：廣西師范學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P931.1;P208

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本文編號：1788667