基于數(shù)字圖像處理的風(fēng)蝕地表粗化信息提取研究.pdf

1、我國(guó)是世界上受荒漠化危害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，全國(guó)荒漠化土地約占國(guó)土總面積的28％。目前普遍采用的篩分法、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)法等監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法均破壞原始地表狀態(tài)、可重復(fù)性差、測(cè)定過程繁瑣以及受電力和環(huán)境條件的限制儀器設(shè)備不便在現(xiàn)地使用等缺陷。同時(shí)，由于在實(shí)地很難準(zhǔn)確測(cè)得地表風(fēng)蝕粗化層厚度，造成了目前土壤風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)手段精度低、誤差大、實(shí)用性較低，風(fēng)蝕地表粗化信息測(cè)定方法急待改進(jìn)開發(fā)。近年來，隨著攝影設(shè)備性能的逐步提高、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和遙感圖像分析處理技

2、術(shù)的發(fā)展，美國(guó)的D.J.MacKinnon和Pat S. Chavez, Jr.等科研人員國(guó)際首創(chuàng)性地開發(fā)了一套進(jìn)行沙表數(shù)字圖像三波段分析技術(shù)。鑒于此，本研究首次將該技術(shù)引進(jìn)到我國(guó)風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，并進(jìn)行了較大的改進(jìn)開發(fā)，在美方技術(shù)的基礎(chǔ)上拼接了地理信息系統(tǒng)軟件ARC-GIS進(jìn)行圖像矢量化和顆粒數(shù)量、幾何信息的檢測(cè)，改進(jìn)后的基于數(shù)字圖像處理的風(fēng)蝕地表粗化信息提取技術(shù)處理精度高，應(yīng)用范圍廣，能較準(zhǔn)確、快捷地把握當(dāng)?shù)仫L(fēng)蝕地表粗粒殘留量，為選

3、擇科學(xué)的防治荒漠化措施、實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)，在西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和防沙治沙實(shí)踐中具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文圍繞基于數(shù)字圖像處理的風(fēng)蝕地表粗化信息提取技術(shù)構(gòu)建和精度驗(yàn)證的核心以我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶典型地貌類型沙地、草地和農(nóng)地為研究對(duì)象開展了數(shù)字圖像采集條件篩選、處理技術(shù)探索、實(shí)地抗風(fēng)蝕能力評(píng)價(jià)三方面的研究，主要結(jié)論如下：
　　（1）建立了基于數(shù)字圖像處理的風(fēng)蝕地表粗化信息提取技術(shù)，其基本操作規(guī)程為：

4、r>　　①采集地表數(shù)字圖像；
　　②在ERDAS-IMAGE軟件中進(jìn)行預(yù)處理及圖像灰度信息統(tǒng)計(jì)分析；
　　③采用空間模型進(jìn)行顆粒類型分類處理；
　?、苓\(yùn)用ARC-GIS軟件轉(zhuǎn)化為矢量類型的圖像并進(jìn)行去除分析；
　?、萁⒚娣e補(bǔ)償方程進(jìn)行面積補(bǔ)償運(yùn)算，得到顆粒實(shí)際大小，進(jìn)行粒級(jí)劃分，進(jìn)而計(jì)算出地表粗粒殘留量，進(jìn)行風(fēng)蝕地表粗化程度的評(píng)價(jià)。
　?。?）處理精度驗(yàn)證試驗(yàn)表明該技術(shù)能提取風(fēng)蝕地表接近100%的顆粒數(shù)量

5、信息和90%以上的顆粒幾何信息，處理精度較高，誤差小，相關(guān)性分析顯示該技術(shù)提取得到的風(fēng)蝕粗化信息和地表5mm范圍內(nèi)的土樣篩分?jǐn)?shù)據(jù)具有較強(qiáng)的正直線相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)均在0.84以上，顯示水平為0，表明該技術(shù)應(yīng)用在我國(guó)風(fēng)蝕地表粗化程度評(píng)價(jià)中可行。
　?。?）提出了指示風(fēng)蝕程度的指標(biāo)—抗風(fēng)蝕能力，并給出了計(jì)算公式此處公式省略。
　?。?）實(shí)地抗風(fēng)蝕能力評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：毛烏素沙地沙丘不同坡向抗風(fēng)蝕能力差異顯著，其中，迎風(fēng)坡抗風(fēng)蝕能力最

6、強(qiáng)，左側(cè)脊線次之，右側(cè)脊線和背風(fēng)坡的抗風(fēng)蝕能力都很弱尤以背風(fēng)坡為最弱，基本為0，同一坡向內(nèi)不同坡位抗風(fēng)蝕能力差異也很明顯，各坡向均呈現(xiàn)出坡底抗風(fēng)蝕能力最強(qiáng)，坡中其次，坡頂最小的規(guī)律；希拉牧仁草原度假村的演藝區(qū)、住宿辦公區(qū)和跑馬射箭活動(dòng)區(qū)的抗風(fēng)蝕能力明顯高于草場(chǎng)區(qū)，平均高出兩倍，極端最大值的抗風(fēng)蝕能力為0.91，反映出受現(xiàn)代旅游度假經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響草原地區(qū)風(fēng)蝕的嚴(yán)重程度；武川縣西北部農(nóng)耕區(qū)棄耕地抗風(fēng)蝕能力最大，未耕地居中，最弱的是耕地，反映出