LS因子尺度變換及其在土壤侵蝕抽樣調(diào)查中的應用
發(fā)布時間：2021-07-29 23:40
中低分辨率DEM提取的LS因子并不能完全反應地形與土壤侵蝕的關系,故對中低分辨率DEM上提取的LS因子進行降尺度變換,是區(qū)域土壤侵蝕評價、DEM數(shù)據(jù)資源高效利用所需解決的重要問題。本研究從不同黃土高原侵蝕分區(qū)選取6個樣區(qū),根據(jù)ANUDEM生成20個不同分辨率DEM（2.5m-90m）,利用地理信息系統(tǒng)的技術方法（包括數(shù)字圖像處理、數(shù)字地形分析和數(shù)字地圖制圖）,從統(tǒng)計分布和空間格局上分析不同分辨率坡度、坡長和LS因子的變化,再結(jié)合直方圖匹配原理,對中低分辨率提取的地形因子進行降尺度變換,并將降尺度模型運用到土壤侵蝕抽樣調(diào)查單元中,分析LS因子降尺度變換前后對土壤侵蝕評價的影響。主要研究結(jié)果如下:（1）地形因子的尺度效應:隨著DEM分辨率的降低（2.5m到90m）,坡度平均值逐漸減小,其頻率的峰值向低坡度范圍移動,坡度值域縮小且集中于較小坡度段,主要在溝坡上出現(xiàn)坡度衰減;坡長平均值和標準差逐漸增大,頻率和累計頻率曲線均向長坡長范圍移動,坡長值變化范圍增大但更加分散,主要在細小溝道的坡面上發(fā)生擴張;LS平均值和標準差先增大后減小,在分辨率為10-20m之間達到最大,LS主要在坡面上發(fā)生變化,...
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)陜西省
【文章頁數(shù)】：106 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
樣區(qū)選取分布圖
芯炕?∈?菔歉鞲鲅??:1萬地形圖，包括等高線、高程點和河流，用ANUDEM[119,120]生成多種分辨率的DEM[19]。按照前期研究中率定的相關參數(shù)（迭代參數(shù)30、第二糙度系數(shù)為0.8、高程容差為等高距的一半）[121]、將用于尺度效應的分辨率分別設置為2.5m、5m、7.5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m、55m、60m、65m、70m、75m、80m、85m、90m運行ANUDEM。輸出ArcGIS兼容的ASCII格式的DEM文件，然后在ArcGIS下轉(zhuǎn)化為ESRI-grid格式的DEM。以陡坡樣區(qū)1（王茂溝流域）為例顯示其5m、10m、30m、90m分辨率的DEM（圖2.2a-2.2d），可見，隨著DEM分辨率變粗，DEM高程值范圍逐漸減小，對地形表達能力逐漸減弱。圖2.2陡坡樣區(qū)1中2.5m、10m、30m、90m分辨率DEMFigure2.22.5m,10m,30m,90mresolutionDEMinsteepslopestudyarea12.2.2DEM數(shù)據(jù)預處理數(shù)據(jù)預處理主要是目視檢查是否存在高程異常值，然后做濾波除噪和填洼處理。（1）濾波：在DEM的建立過程中，會產(chǎn)生一些隨機誤差，將導致DEM表面有噪音存在，可以通過濾波除噪來處理。本研究中使用應用較廣泛的均值濾波
第二章基礎數(shù)據(jù)和研究方法17圖2.4坡度降尺度原理示例圖Figure2.4Rescalingcoarserresolutionslopebyhistogrammatching從兩個方面說明上述降尺度模型的可用性：（1）從統(tǒng)計分布上分析：包括統(tǒng)計特征值（平均值、標準差、值域）和變換前后坡度、坡長和LS頻率和累計頻率曲線圖。（2）引入遙感數(shù)字圖像中的直方圖相似指數(shù)衡量變換前后坡度、坡長、LS與高分辨率坡度、坡長、LS頻率曲線的相似度。直方圖可以很好的反映圖像灰度的總體分布信息，本文在前人研究方法上加以改進，采用兩張圖像的累計頻率直方圖面積差相對指數(shù)表示直方圖相似度（HS），計算公式（2.9）如下：HS=100100|高低|高（2.9）式中S高表示高分辨率數(shù)據(jù)累計頻率曲線的面積，S低表示低分辨率數(shù)據(jù)累計頻率曲線的面積，根據(jù)微積分計算得到。HS取值范圍為[0,1]，其值越大，兩幅圖像越相似。2.4.4坡度和坡長尺度變換對區(qū)域土壤侵蝕評價的影響利用CSLE作為土壤侵蝕評價方法，在6個樣區(qū)周圍各選取4個泛第三極典型抽樣調(diào)查單元，將同一抽樣單元內(nèi)有相同投影、相同范圍、相同分辨率的R、K、L、S、B、E、T各因子相乘獲得抽樣調(diào)查單元土壤水蝕流失速率，具體方法詳見文獻[34,106]和技術文件1。分別計算降尺度變換前后不同LS因子所對應的土壤水蝕流失速率以及差值，分析LS因子在不同樣區(qū)對土壤水蝕流失速率的影響。2.5技術路線本研究基礎數(shù)據(jù)為多種分辨率的DEM數(shù)據(jù)，根據(jù)求取的坡度、坡長以及LS1水利部水土保持監(jiān)測中心.水土流失普查技術規(guī)定.2017.09.
本文編號：3310277
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)陜西省
【文章頁數(shù)】：106 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
樣區(qū)選取分布圖
芯炕?∈?菔歉鞲鲅??:1萬地形圖，包括等高線、高程點和河流，用ANUDEM[119,120]生成多種分辨率的DEM[19]。按照前期研究中率定的相關參數(shù)（迭代參數(shù)30、第二糙度系數(shù)為0.8、高程容差為等高距的一半）[121]、將用于尺度效應的分辨率分別設置為2.5m、5m、7.5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m、55m、60m、65m、70m、75m、80m、85m、90m運行ANUDEM。輸出ArcGIS兼容的ASCII格式的DEM文件，然后在ArcGIS下轉(zhuǎn)化為ESRI-grid格式的DEM。以陡坡樣區(qū)1（王茂溝流域）為例顯示其5m、10m、30m、90m分辨率的DEM（圖2.2a-2.2d），可見，隨著DEM分辨率變粗，DEM高程值范圍逐漸減小，對地形表達能力逐漸減弱。圖2.2陡坡樣區(qū)1中2.5m、10m、30m、90m分辨率DEMFigure2.22.5m,10m,30m,90mresolutionDEMinsteepslopestudyarea12.2.2DEM數(shù)據(jù)預處理數(shù)據(jù)預處理主要是目視檢查是否存在高程異常值，然后做濾波除噪和填洼處理。（1）濾波：在DEM的建立過程中，會產(chǎn)生一些隨機誤差，將導致DEM表面有噪音存在，可以通過濾波除噪來處理。本研究中使用應用較廣泛的均值濾波
第二章基礎數(shù)據(jù)和研究方法17圖2.4坡度降尺度原理示例圖Figure2.4Rescalingcoarserresolutionslopebyhistogrammatching從兩個方面說明上述降尺度模型的可用性：（1）從統(tǒng)計分布上分析：包括統(tǒng)計特征值（平均值、標準差、值域）和變換前后坡度、坡長和LS頻率和累計頻率曲線圖。（2）引入遙感數(shù)字圖像中的直方圖相似指數(shù)衡量變換前后坡度、坡長、LS與高分辨率坡度、坡長、LS頻率曲線的相似度。直方圖可以很好的反映圖像灰度的總體分布信息，本文在前人研究方法上加以改進，采用兩張圖像的累計頻率直方圖面積差相對指數(shù)表示直方圖相似度（HS），計算公式（2.9）如下：HS=100100|高低|高（2.9）式中S高表示高分辨率數(shù)據(jù)累計頻率曲線的面積，S低表示低分辨率數(shù)據(jù)累計頻率曲線的面積，根據(jù)微積分計算得到。HS取值范圍為[0,1]，其值越大，兩幅圖像越相似。2.4.4坡度和坡長尺度變換對區(qū)域土壤侵蝕評價的影響利用CSLE作為土壤侵蝕評價方法，在6個樣區(qū)周圍各選取4個泛第三極典型抽樣調(diào)查單元，將同一抽樣單元內(nèi)有相同投影、相同范圍、相同分辨率的R、K、L、S、B、E、T各因子相乘獲得抽樣調(diào)查單元土壤水蝕流失速率，具體方法詳見文獻[34,106]和技術文件1。分別計算降尺度變換前后不同LS因子所對應的土壤水蝕流失速率以及差值，分析LS因子在不同樣區(qū)對土壤水蝕流失速率的影響。2.5技術路線本研究基礎數(shù)據(jù)為多種分辨率的DEM數(shù)據(jù)，根據(jù)求取的坡度、坡長以及LS1水利部水土保持監(jiān)測中心.水土流失普查技術規(guī)定.2017.09.
本文編號：3310277
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