基于DEM的黄土沟谷特征点簇研究

黄土沟谷特征点簇是指在黄土地貌区的沟谷体系中，由一组对该沟谷发育具有控制作用及对沟谷形态具有重要标定作用的点的集合。沟谷特征点簇的空间形态与结构在沟谷不同发育阶段的规律变化，在较高的层次上体现、抽象了黄土沟谷独特的发育过程，映射了黄土地貌的形成机理。沟谷特征点簇的定量指标在不同黄土地貌区的相似性与差异性，又从一个重要侧面揭示着黄土沟谷地貌形态的空间格局。本项目拟首先提出黄土沟谷特征点簇的基本定义，并通过分析其基本特征、影响因素、存在条件及类型，创建黄土沟谷特征点簇的概念模型；研究以多时空尺度DEM为基本信息源，建立与描述黄土沟谷特征点簇的方法；在此基础上，通过在黄土高原多样区和多期模拟小流域的实验，研究黄土高原不同地貌类型区沟谷特征的空间分异规律和发育演化过程，试图揭示黄土地貌沟谷的形态与组合的时空演化格局。该研究也是基于点模式GIS空间分析方法研究黄土地貌特征的一次创新探索。

本课题基于DEM、DOM等空间数据源，综合运用GIS空间分析、黄土地貌学、数学形态学、数理统计学等相关理论与技术方法，采取形态描述与机理解析、理论分析与实验模拟、定性表达与定量计算、流域尺度与区域尺度相结合、物理模拟与数值模拟相结合的研究手段，对黄土沟谷特征点簇的概念模型、建立方法及其在黄土高原地区的空间分异特征和发育演化规律进行了系统的研究。. 本课题研究内容的完成情况及取得的创新性研究成果总结如下：. 1、完成了“研究内容1：黄土沟谷特征点簇的概念模型与建立方法研究”的课题任务：系统分析了黄土沟谷特征点的基本类型及其空间结构、属性特征，提出并系统创建了黄土沟谷特征点簇的概念模型；依据不同类型黄土沟谷特征点要素的地形、水文和空间结构特征，提出了一套基于DEM的沟谷特征点自动提取方法；提出并创建了一种能够有效描述黄土沟谷特征点簇拓扑结构与存储专题信息的空间结构模型。. 2、完成了“研究内容2：基于黄土沟谷特征点簇的黄土沟谷分析方法研究”的课题任务：设计研发了基于点簇模型的黄土沟谷分析原型系统，实现了黄土沟谷特征点簇数据的可视化、空间结构分析、专题属性特征分析等功能；基于黄土沟谷特征点簇，重点研究了黄土坡面侵蚀动力点及其主导的坡面流水侵蚀潜能因子，从能量累积角度提出并设计了基于DEM的流水侵蚀潜能因子的计算方法，完成了多期模拟小流域的流水侵蚀潜能因子的计算，获取了侵蚀动力点的空间分布特征， 并初步讨论了黄土沟谷地形的发育演化规律。. 3、完成了“研究内容3：黄土高原沟谷特征空间分异规律研究”的课题任务：基于获取的黄土高原多地貌区的黄土沟谷特征点簇提取结果，建立了黄土沟谷节点数量、汇水累积量与级别之间的数学关系模型，研究得出了黄土沟谷节点等级结构模型在黄土高原的空间分异地学规律；以黄土沟头点为基础，提取了不同黄土地貌区完整小流域的沟头样本，计算得到了沟头特征指标值，分析了沟头特征指标在不同黄土地貌区的差异性和相似性特征，并初步推演了黄土沟谷的发育阶段及其演化进程；构建了基于元胞自动机的黄土沟谷发育模型，实现了黄土沟谷发育的动态过程模拟，分析了黄土沟谷发育与侵蚀变化的关系。. 综上所述，经过三年的研究，按照既定的研究方案和计划，完成了项目计划书中三个主要研究内容的工作任务，取得了相应的预期研究成果。