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黄土沟谷是黄土地貌中最有活力、最具变化、最富特色的对象单元,黄土高原千沟万壑的地貌形态以及触目惊心的侵蚀状态也让区域内沟谷地貌的形成、发育及演化问题成为研究中焦点及前沿性科学问题。近年来,诸多学者采用地学测年法、特征表达法、监测模拟法力图实现对黄土沟谷发育演化进程中“过去-现代-未来”的科学认知。这些研究在相当程度上丰富了黄土沟谷发育过程的认知。本文梳理了黄土高原沟谷地貌演化相关研究的现状,并从黄土高原地貌演化、黄土沟谷发育、基于DEM的沟谷信息提取与表达等研究进行了系统的回顾、梳理与分析。此外,本文提出“黄土沟道剖面群组”概念与方法,试图从新的视角审视黄土沟谷地貌发育演化过程。沟道剖面在黄土沟谷发育演化进程中传递物质能量和累积地形动力,并通过径流节点的串联实现剖面群的连接与组合,形成独特的剖面“群组”模式;该沟道剖面群组是集黄土沟谷地貌特征与过程于一体的综合信息集成体,其三维空间结构是对黄土沟谷地貌发育演化的高度抽象与映射,并可望进一步丰富黄土高原数字地形分析理论与方法体系,为黄土高原黄土地貌成因机理与空间分异格局带来创新的认识。 相似文献
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地貌识别,对于人类建设,地质构造研究,环境治理等相关领域都有着重要意义。传统的基于像素单元或面向对象的地貌识别方法存在局限性。由于流域小单元具有表面形态的完整性,在地貌演化中具有明确的地理意义,基于流域小单元的地貌识别成为了该领域的一个新热点。然而,基于传统地形因子的地貌识别方法使用的因子往往较为单一或者在地学描述上存在重复性,目前尚无针对流域小单元进行空间结构描述和拓扑关系特征量化的地貌识别研究。基于此,本文基于DEM进行水文分析并通过坡谱方法解决了小流域稳定面积难以确定的问题,在黄土高原样区提取了181个稳定小流域。根据复杂网络理论和地貌学原理提出了流域加权复杂网络的概念和相应的8个定量指标用于流域空间结构的模拟和量化描述。最后采用了基于决策树的XGBoost机器学习算法进行地貌识别,实验对于黄土高原主要地貌类型的识别显现出较好的效果,Kappa系数为86.00%,总体精度达到了88.33%。对于地貌形态特征明显的地貌,复杂网络方法其顾及空间结构和拓扑特征的特性导致了其较高的识别性能,精度和召回率都在90%~100%之间。通过与前人的研究进行对比,其识别结果亦呈现出较高的精度,这些都验证了流域加权复杂网络是一种基于流域小单元地貌识别的高精度且有效的方法。 相似文献
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黄土侵蚀沟的地形表达是开展黄土沟谷侵蚀研究的基础工作,利用数字高程模型(DEM)定量描述侵蚀沟特征有助于研究侵蚀沟的形态变化和发育过程。基于DEM数据计算多种指标对黄土侵蚀沟特征进行描述是目前侵蚀沟研究中最为常用的方法。但是,受到格网DEM数据结构的限制,其计算结果会存在一定的不确定性。在侵蚀沟地形表达时,对形态特征的表达会受到DEM数据分辨率的影响,进而造成表达结果的不确定性。尤其在黄土高原地区,地形特征更为破碎,地形要素更为复杂,其表达结果受DEM分辨率的影响更为明显。本文以黄土高原典型样区为例,基于点云数据建立不同分辨率的DEM数据集,通过不同地形因子对侵蚀沟特征进行表达,分析DEM分辨率在黄土侵蚀沟形态特征表达时的不确定性。结果显示,分辨率的降低对主沟支沟比和纵比降等侵蚀沟形态特征因子产生了较大影响,且指标与分辨率多呈现线性变化关系。但是,随着侵蚀沟的横向扩张,DEM分辨率对其特征表达的影响逐渐被削弱。此外,在使用固定分析窗口进行侵蚀沟特征计算时,由于分辨率的降低,格网尺寸增大,其实际分析半径随之增大,使得计算范围内地表形态变化增加,导致沟谷切割深度随着分辨率的降低反而增加。同时,侵蚀沟主沟道区域受分辨率影响较小,沟头区域指标与分辨率的关系较弱。 相似文献
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基于DEM的沟谷特征点提取与分析 总被引：2，自引：0，他引：2
沟谷特征点是反映沟谷地貌空间形态分布的重要点位,也是研究沟谷地貌演化过程与机理的关键要素。因此,对不同沟谷特征点的有效提取,是沟谷形态研究的重要基础。本文采用DEM及其在水文分析中的多种衍生数据,通过流向追踪、邻域特征判断等一系列方法,实现对径流节点、径流源点、汇流源点、潜在裂点与流域出口点的快速、准确提取。同时,对沟谷特征点进行有效分级,本文基于Strahler河流分级法建立了相应的分类标准,对沟谷特征点进行了自动分类。通过使用陕西省宜君典型样区5m分辨率的DEM数据进行实验,发现新算法计算效率高,结果准确,对潜在裂点也进行了有效探测,验证了算法的有效性。最后,对特征点提取的数据影响进行了详细分析。 相似文献
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黄土地貌形态特征、发育机理及演化过程等一直是地学研究的热点和前沿。选取黄土高原洛河流域作为研究对象,从坡面尺度、流域尺度、区域尺度分类选取14项地貌因子,较为全面地构建了流域地貌发育形态定量参数体系;提取646个小流域为分析单元,利用主成分分析法,获得了描述流域黄土地貌形态特征的4个主因子;这4个主因子分别反映了4种地貌形态空间格局,即南北渐变型、单中心扩散型、东西过渡型、多中心扩散型。结合流域地貌类型和地貌发育程度特征,认为黄土地貌地形起伏和垂直侵蚀特征反映了研究区的总体地貌空间格局,洛河流域黄土地貌主要是在多种因素影响下,随着水系由下游向上游不断地溯源侵蚀、下切扩展,最终形成了现今形态空间分异格局。 相似文献
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利用数字摄影测量方法估算半干旱区小流域沟谷侵蚀产沙 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤侵蚀不仅表现黄土高原强烈的现代地貌过程,也是其生态环境恶化的象征,其地貌演化和土壤侵蚀互为因果,现代研究表明黄土高原半干旱小流域的沟谷侵蚀产沙占其水土流失总量的重要部分,近年有关沟谷侵蚀的定量研究成果,加深了人们对沟道侵蚀危害的认识,为土地资源的合理利用、沟谷危害的评价等提供了科学依据。传统的沟谷侵蚀定量研究是采用实地量测的方法,现代的数字摄影测量技术的发展为估算沟谷侵蚀研究提供了一个经济高效方法。本研究采用的髙分辨率数字高程模型是由3期历史航空照片根据数字摄影测量方法制作而成,利用它对黄土高原半干旱区一个小流域的1959～1981年及1981～1999年两个时段内沟谷侵蚀产沙量进行估算,将流域侵蚀产沙的实测值与估算结果进行评价。并指出此方法在沟谷侵蚀产沙量估算方面的统计学意义及在未来应用时要注意的问题;根据流域侵蚀产沙结果分析历史时期人类活动的影响:人类活动在一定程度上改善了环境,绝大部分泥沙被拦截在流域里,同时沟道侵蚀加剧,如何采取措施减少流域坡面和沟道的侵蚀,是目前人们所面对的问题;此外,结合流域水沙统计数据的DEM的侵蚀空间分析,结果表明坡面流、重力侵蚀及沟谷的下切是导致流域土壤侵蚀的主要原因。 相似文献
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基于DEM的黄土地貌逼近度因子构建及特征分析 总被引：1，自引：0，他引：1
沟谷源点作为沟沿线上最为活跃的部位,其分别到上游分水线、下游沟谷线的流线空间比对关系,是表征三线空间结构的重要突破口。它在空间上向流域分水线逼近的程度,是量化黄土流域地貌系统发育程度的重要切入点。为探究黄土地貌区流域沟谷源点向流域分水线逼近的程度,揭示黄土流域地貌发育进程及该进程所表现的主要侵蚀方式,本文从水平和垂直2个维度,构建量化三线空间结构关系的核心因子--逼近度(PI),其中包括水平逼近度(HPI)和垂直逼近度(VPI),基于5 m分辨率数字高程模型,在陕北黄土高原遴选了包含16种地貌类型的42个样区,利用数字地形分析方法,探讨其平均值(MHPI, MVPI)的空间分异规律。另外,选择其中南北序列分别代表黄土塬、残塬、梁状丘陵沟壑和峁状丘陵沟壑区的淳化、宜君、甘泉和绥德4个地区,完备包含一至五级别沟谷的典型流域为重点实验样区,探讨陕北黄土高原流域尺度平均逼近度变异指数(MPIV)序列性特征。实验结果表明:①陕北黄土高原平均逼近度(MPI)存在强烈的空间自相关,MHPI在南北序列上先增大后减小,东西方向上逐渐减小,在黄河沿岸峡谷丘陵区MHPI达到最大;MVPI由西南-东北先减小后增加,由西北-东南逐渐减小,在渭北黄土台塬区达到最小;②在流域尺度上,MPIV值的正负与黄土塬区、丘陵沟壑区敏感相关;③4个重点样区MHPI、MVPI与其它地形因子存在南北序列上的一致性。104个外部汇流区平均水平逼近度与平均坡度相关性较好(P=0.43, a<0.001),平均垂直逼近度与面积高程积分强烈相关(P=0.75, a<0.001)。平均逼近度指标综合考量了黄土高原地区最典型的三条具有结构控制意义特征线的空间关系,对黄土地貌的发育程度有明显的指示性意义。 相似文献
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为研究“21世纪海上丝绸之路”海运航线网络特征,运用有向加权复杂网络方法,从拓扑结构和航运网络性能两个角度,设计基于港口/航线的仿真体系,进而探讨海运航线网络特征及其抗毁性。结果表明:①“海上丝路”航运有向加权网络节点强度分布近似满足幂指数分布,同时具有较小的平均最短距离和较高的加权聚类系数,边权分布不均衡,少数航线承担了该区域主要班次,航线趋于集中化。②网络表现出随机攻击模式下的抗毁性和蓄意攻击下的脆弱性,其中基于节点的蓄意攻击或边的随机攻击对网络的破坏性最大。蓄意攻击下,节点强度对网络鲁棒性影响较为明显,加权介数对度权指标影响较为明显;随机攻击下,边失效对网络鲁棒性和加权网络效率影响较大,不同攻击模式对抗毁性测度影响差别较大。 相似文献
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黄土高原地貌形态图谱三维符号指标体系与应用 总被引：2，自引：1，他引：1
长期以来,地貌学界和制图学界一般是采用文字、地图和图像等方式来描述黄土高原独特的地貌形态,故往往不够形象,缺乏系统性。采用地学信息图谱和三维可视化的方法,对挖掘揭示黄土高原地貌形态特征规律是一个有效的方法。黄土高原地貌形态图谱三维符号的指标体系,是将地貌学家和制图学家对黄土高原正负地貌类型的认知结果经过系统化、标准化和科学化的归纳和提炼,从中提取出的描述黄土高原地貌三维特征的参数集合。既是对黄土高原地貌形态图谱三维立体特征的充分概括,又是三维形式建模表达的参考和依据。根据黄土高原地貌类型的分类和侵蚀特征规律,该体系分为正地貌形态指标体系、负地貌形态指标体系和坡度一侵蚀特征谱系描述指标,采用定性和定量相结合的方法来制定指标体系的具体参数。最后通过实例来验证指标体系在构造三维符号时的应用。细致精确的描述单个地貌类型的三维形态,将有助于对黄土高原地貌特征的认识和研究,为水土保持和生态环境建设提供帮助,同时也为其他地貌类型的信息图谱研究提供借鉴。 相似文献
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点簇(即点的集合)具有特定的组织结构;沟谷作为一类自成体系的重要空间实体,表达其形态、结构、发育等关键属性特征的沟谷特征点簇,是有严密的组织结构、密切的空间关系和完整的属性描述的关键特征点的集合。建立沟谷特征点簇的空间结构模型,进行沟谷特征的空间分析与应用,具有重要的科学意义。本文在分析沟谷特征点簇的组成要素、空间与结构特征的基础上,确定了点簇的层次结构模型和非结构化文件存储方式,编程实现了沟谷特征点簇数据模型;然后,构建了点簇文件,并运用C# + AE的开发方式,研发建立了基于点簇的沟谷分析原型系统,实现了沟谷特征点簇数据的可视化、结构空间分析、专题属性特征分析等基本功能;最后,以特征点的沟谷路径追溯查找效率作了对比分析,验证了基于特征点簇模型的沟谷分析具有较高的处理效率。本研究构建的面向沟谷特征点簇的空间结构模型,研发的具有沟谷结构、形态与属性分析功能的沟谷分析原型系统,有一定的应用价值。 相似文献
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《山地科学学报》2021,(10)
The gully is the most dynamic and changeable landform unit on the Loess Plateau, and the characteristics of gully landforms are key indicators of gully evolution. Different gully profiles are connected and combined through runoff nodes. Thus, it is necessary to cluster gully profiles into a gully profile combination(GPC) to reveal the spatial variation in gully landforms throughout the Loess Plateau. First, the gradient and gully evolution index(GEI) of two sample areas in Changwu and Suide in Shaanxi Province, China are calculated and analysed based on GPC. Then, the gradient and GEI are calculated by using 90-m-resolution digital elevation model(DEM) data for the severe soil erosion area with the basin as the research unit. On this basis, the spatial variation in the development degree is analysed with Getis-Ord Gi*. The results show that the degree of gully undercutting decreases from southeast to northwest under the influence of rainfall. Due to the soil properties, the loess in the northwest is more prone to collapse, resulting in the decrease of GEI from northwest to southeast. The development degree of gullies is closely related to rivers. The strong erosive capacity of rivers leads to greater differences in gullies within the basin. At the same time, the skewness and kurtosis of the gully index in the basin are correlated; when the distribution of the gully index in the basin is less normal, the distribution of the gully index is more concentrated. These results reveal the spatial variation characteristics of the Loess Plateau based on GPC. 相似文献
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A land surface region can be decomposed into a series of watershed units with a hierarchical organizational structure. For loess landform, the watershed is a basic spatial–structural unit that can express natural landforms, surface morphology characteristics, spatial organization and developmental evolution. In this research we adopted the concept of node calibration in the watershed structure unit, selected six complete watersheds on China Loess Plateau as the research areas to study the quantitative characteristics of the hierarchical structure in terms of watershed geomorphology based on digital elevation model(DEM) data, and then built a watershed hierarchical structure model that relies on gully structure feature points. We calculated the quantitative indices, such as elevation, flow accumulation and hypsometric integral and found there are remarkably closer linear correlation between flow accumulation and elevation with increasing gully order, and the same variation tendency of hypsometric integral also presented. The results showed that the characteristics of spatial structure become more stable, and the intensity of spatial aggregation gradually enhances with increasing gully order. In summary, from the view of gully node calibration, the China Loess watershed structure shows more significantly complex, and the developmental situation variation of the loess landforms also exhibited a fairly stable status with gully order increasing. So, the loess watershed structure and its changes constructed the complex system of the loess landform, and it has the great significance for studying the spatial pattern and evolution law of the watershed geomorphology. 相似文献
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Characteristics and influencing factors of proximity distance index on the northern Shaanxi Loess Plateau in China 总被引：3，自引：0，他引：3
《山地科学学报》2019,(12)
Topographic feature points and lines are the framework of topography, and their spatial distance relationship is an breakthrough in the study of topographical geometry, internal structure and development level. Proximity distance(PD) is an indicator to describe the distance between the gully source point(GSP) and the watershed boundary. In the upstream catchment area, PDs can be expressed by the streamline proximity distance(SPD), as well as by the horizontal proximity distance(HPD) and the vertical proximity distance(VPD) in the horizontal and vertical dimensions, respectively. The series of indicators(e.g., SPD, HPD and VPD) are important for quantifying the geomorphological development process of a loess basin because of the headward erosion of loess gullies. In this study, the digital elevation model data with 5 m resolution and a digital topographic analysis method are used for the statistical analyses of the SPD, VPD and HPD in 50 sample areas of 6 geomorphic types in the Loess Plateau of northern Shaanxi. The spatial characteristics and the influencing factors are also analysed. Results show that: 1) Central tendencies for the HPDs and the VPDs for the whole study area and the six typical loess landforms are evident. 2) Spatial patterns of the HPDs and the VPDs exhibit evident trends and zonal distributions over the whole study area. 3) The HPDs have a strong positive correlation with gully density(GD) and hypsometric integral. The VPDs also correlates with GD to an extent. Vegetation cover, mean annual precipitation and loess thickness have stronger effects on the VPD than on the HPD. 相似文献
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Extraction and analysis of gully head of Loess Plateau in China based on digital elevation model 总被引：4，自引：1，他引：3
In China′s Loess Plateau area, gully head is the most active zone of a drainage system in gully areas. The differentiation of loess gully head follows geospatial patterns and reflects the process of the loess landform development and evolution of its drainage system to some extent. In this study, the geomorphic meaning, basic characteristics, morphological structure and the basic types of loess gully heads were systematically analysed. Then, the loess gully head′s conceptual model was established, and an extraction method based on Digital Elevation Model(DEM) for loess gully head features and elements was proposed. Through analysing the achieved statistics of loess gully head features, loess gully heads have apparently similar and different characteristics depending on the different loess landforms where they are found. The loess head characteristics reflect their growth period and evolution tendency to a certain degree, and they indirectly represent evolutionary mechanisms. In addition, the loess gully developmental stages and the evolutionary processes can be deduced by using loess gully head characteristics. This study is of great significance for development and improvement of the theoretical system for describing loess gully landforms. 相似文献
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崾岘是将要被切穿的鞍部,是正负地形矛盾斗争的结果,也是重要的地形控制点。典型的崾岘多位于黄土高原黄土地貌区,又称黄土崾岘,其对识别沟间地与沟谷的斗争程度有一定的指示作用。本文以黄土高原样区为例,基于1:1万DEM（5 m分辨率）和影像分辨率为0.95 m的遥感影像,利用流域边界算法和缓冲区标定,分析窗口选择5×5,实现了崾岘点位的半自动化提取。并对各崾岘点位求取坡度等地形因子,总结崾岘的空间格局和地形特征。结果显示,崾岘多分布在主流域边界和垂直于主沟道的最宽部分,地形控制作用明显。崾岘的坡度、起伏度、切割深度等值均大于鞍部值,同时,高级流域区的崾岘值大于低级流域区的崾岘值,反映出崾岘具有侵蚀程度强、表层完整性低、地表破碎度高的特点。总体而言,崾岘受沟道蚕食度高,从侧面反映了黄土地貌的发育阶段,是黄土地貌发育到中期的标志性产物。 相似文献
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坡谱信息熵尺度效应及空间分异 总被引：4，自引：0，他引：4
选取陕北黄土高原48个不同地貌类型区,以其对应的1∶10000及1∶50000数字高程模型(DEM)为数据源,运用比较分析与数理统计的方法,分析了坡谱信息熵在陕北黄土高原的空间分异特征及尺度效应。结果显示,坡谱的信息熵在一定程度上可以反映地表的复杂度,坡谱信息熵和沟壑密度间有较好的幂函数关系,随着坡谱信息熵的增大,样区沟壑密度也增大。坡谱信息熵的空间分异和陕北黄土高原的黄土地貌形态在空间上的变异是相关的,可将其作为地貌类型划分的判别因子之一。 相似文献
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区分地理实体最直接有效的方式在于对其界线作出划定。目前,黄土高原地貌类型界线划定多是在分类基础上按照分类界线、自然区划界线来界定。基于不同数据源及其表达方式,本文追踪前人对黄土高原地貌类型界线划定的研究进展,从形态成因的地貌分类、数字地貌分类等分类体系中总结了黄土地貌类型界线的内涵,分析了基于自然语言和数字环境下定量描述的优缺点和存在的问题;并梳理了黄土地貌类型界线的表示方法以及基于数字地形分析技术的地貌类型定量识别及其划分方法;从地貌界线确定与分类体系的关系、地貌界线划定的理论与方法参考、地貌界线划定的尺度效应3个方面对地貌类型界线做出了讨论分析与展望,以期为黄土地貌区划的相关理论研究提供背景基础,为当地实践工作等提供理论依据和支撑。 相似文献
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黄土高原“千沟万壑”的地貌形态,在多尺度空间下表现出显著自相似性,具有“局部无规则,宏观有规律”的纹理特征。目前,黄土高原地形纹理的提取方法及应用已经得到初步发展,但依然缺乏在理论层面的框架体系。本文在已有学者研究成果的基础上,限定黄土高原为研究范围,明确提出黄土高原地形纹理的概念模型,即内涵、特征、分类及表达。将内涵进行扩展,除已有的宏观形态地形纹理外,提出黄土典型地貌单元（黄土塬、梁、峁等）特征组合形成的地形纹理,以及黄土坡面坡度特征形成的地形纹理;指出以数字高程模型为主的数据表达将更有利于地形纹理的量化,特别是基于DEM派生的坡面地形因子能够扩展地形纹理的特征空间,丰富地形纹理分析的数据源;明确地形纹理的基本特征,分别是区域差异性、成因复杂性和尺度依赖性;构建划分体系,以地形纹理的基元显著性、纹理成因以及可视化形态进行类别划分。本文以期构建面向黄土高原的地形纹理概念模型,推动纹理分析方法在黄土高原的应用和发展。 相似文献