《黃土高原小流域侵蝕溝道網路的空間頻譜分析》是依託西北大學，由王雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：黃土高原小流域侵蝕溝道網路的空間頻譜分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王雷
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
黃土高原的侵蝕溝道網路在土壤侵蝕和侵蝕地貌研究中有重要的地位。對於溝道網路的量化研究，多集中在溝道網路的地貌學和侵蝕發育、溝道製圖、基於DEM溝道提取及總體和分級統計特徵分析等方面，而對溝道網路的空間格局與組合特徵缺乏有效的量化研究手段。本研究引入空間頻譜分析方法，將黃土高原地面形態視為具有不同頻率與周期的二維波譜的疊加，進行溝道網路的空間頻譜特徵分析。研究基於高精度和高解析度DEM，結合野外GPS高精度測量，在典型剖面及流域上分析各等級溝道的頻率特徵，確定各等級溝道對應的頻率閾值區間，提取不同等級溝道的頻域圖像，從而分析不同等級溝道的空間格局、組合關係，探索侵蝕溝道等級/頻率與DEM解析度及地形表達能力的關係。該研究將為各級侵蝕溝道在DEM上的多尺度表達和溝蝕預測研究提供支持，同時對發展流域侵蝕地貌學、促進DEM數據資源高效利用也具一定促進意義。
結題摘要
作為土壤侵蝕研究的主要數據源，數字高程模型（DEM）格網尺寸與地形的表達能力之間的關係仍不明確。本研究針對這一問題，基於陝西省綏德縣全數字攝影測量和野外實測的高精度DEM數據，以黃土高原侵蝕溝道為研究對象，套用傅立葉頻譜分析方法，分析了不同等級溝道的空間頻率特徵，總結了各侵蝕溝道的空間頻率範圍。將侵蝕溝道的空間尺度與DEM格網尺度對應起來，基本解決了DEM的格網尺寸與地形的表達能力之間的對應關係。主要研究結果包括： 1．DEM質量分析 DEM建立時，DEM的高程中誤差隨著原始數據密度的增加而不斷減小；在利用全數字攝影測量方法建立對應比例尺1:10000的DEM數據時，合適的解析度為2.5m左右；面柵格DEM會引起地形表達誤差，其主要表現為：上坡方向低估格網高程，下坡方向則高估，誤差值大小取決於地形坡度，其空間分布的複雜程度取決於格網尺寸大小。地形表達中誤差與格網尺寸存在近似線性的二次函式正相關關係。重採樣方法不會提高DEM數據質量。 2．DEM格網尺寸與溝道網路提取及其基本特徵的關係 DEM格網尺寸對溝道網路的提取主要體現在對水流方向的影響與水流累積閾值的影響兩方面。其影響主要表現在地形發生較為顯著變化的部位；當確定了適宜的水流累積閾值，格網尺寸的變化並不影響溝道網路的整體結構特徵。 3．基於剖面的溝道一維頻譜特徵 級別較高的侵蝕溝道，其空間頻率較低，周期較長，振幅較大；而級別較低的侵蝕溝道，其對應頻率較高，周期越短，振幅較小。頻譜分析結果可以清楚反映不同溝道的實際起伏情況。侵蝕溝道的主要空間頻率集中在較為低頻的部分。包括細溝在內微小的地形起伏，空間頻率大於0.1周/米；在約0.03——0.1周/米之間，基本對應坡面上的各種淺溝；在約0.015——0.085周/米之間，基本對應各種規模切溝；小於約0.015周/米的，主要是各種沖溝及更大規模溝道。利用傅立葉分析方法進行地形剖面特徵分析時，需儘可能採用較小格網尺寸DEM，並儘可能布設較長剖面。 4．二維頻譜特徵分析及DEM格網尺寸與DEM溝道信息表達能力的關係 二維頻譜能夠反映地表的各種尺度與規模的地形起伏，根據溝道延伸方向的統計結果，可將一維剖面頻譜分析結果通過頻率分解至水平與垂直方向，得出溝道的二維空間頻率範圍，並以此為依據設計二維頻域低通濾波器，可逐步濾掉包括細溝的微小起伏、淺溝及切溝信息。根據濾波結果可得出格網
