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内容简介

　　《黄土高原数字地形分析探索与实践》是南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室DEM课题组多年以来对黄土高原数字地形分析研究的成果总结。课题组通过多次野外实地考察与计算机模拟相结合、典型样区研究与整体研究相结合、微观分析与宏观分析相结合、理论研究与应用拓展相结合等一系列研究方法，提出了一系列有关基于DEM的黄土高原数字地形分析的新理论与新方法，取得了一批有影响的研究成果。
　　《黄土高原数字地形分析探索与实践》以专题为线索组织内容，从DEM构建、尺度、地形信息图谱、地形特征要素提取、地形演化模拟等方面对已有成果做了较为全面的介绍。
　　《黄土高原数字地形分析探索与实践》可供地理、地质、地貌、测绘、环保等专业的研究人员和专业技术人员阅读参考。

内页插图

目录

序
前言

第1章 概论
1．1 黄土高原数字地形分析的方法体系
1．1．1 坡面地形因子分析
1．1．2 特征地形要素分析
1．3 面向对象的地形分析方法体系
1．2 黄土高原数字地形分析的研究内容
1．2．1 黄土高原DEM精细建模
1．2．2 黄土高原地形特征要素提取与分析
1．2．3 黄土高原地形信息图谱研究
1．2．4 基于DEM的黄土地貌发育机理研究
1．3 研究展望
参考文献

第2章 研究样区与实验数据
2．1 黄土高原地貌基本特征
2．2 实验样区
2．3 模拟小流域
参考文献

第3章 黄土高原DEM构建及信息特征研究
3．1 特征嵌入式数字高程模型研究
3．1．1 引言
3．1．2 F-DEM的提出
3．1．3 特征地形的类对象表达
3．1．4 F-DEM数据结构与地形模拟效果
3．1．5 小结
3．2 格网DEM地形模拟的形态保真度研究
3．2．1 现有DEM地形模拟的失真现象
3．2．2 DEM地形模拟失真的直接原因
3．2．3 DEM地形模拟失真的根源
3．2．4 DEM地形形态保真度的基本概念
3．2．5 顾及地形形态保真的高保真DEM的构建
3．2．6 小结
3．3 梯田DEM快速构建方法研究
3．3．1 引言
3．3．2 梯田地形的基本特性
3．3．3 梯田DEM建模方法
3．3．4 小结
3．4 DEM点位地形信息强度及量化模型研究
3．4．1 引言
3．4．2 DEM地形信息强度概念的提出
3．4．3 DEM地形信息强度量化方案
3．4．4 DEM地形信息强度提取
3．4．5 结论与讨论
3．5 利用地形信息强度进行DEM地形简化研究
3．5．1 DEM点位地形信息强度
3．5．2 实验样区与实验数据
3．5．3 地形简化方案与过程
3．5．4 地形简化效果分析与评价
3．5．5 小结
3．6 地形描述因子的分类与整合研究
3．6．1 地形因子分类与整合的需求
3．6．2 地形因子分类整合原则
3．6．3 地形因子分类整合方案
3．6．4 小结
3．7 黄土丘陵沟壑区地形定量因子的关联性分析
3．7．1 BP神经网络实验方法
3．7．2 实验方法与结果
3．7．3 小结
3．8 SRTMDEM高程精度评价
3．8．1 引言
3．8．2 实验过程
3．8．3 小结
3．9 顾及坡面汇流特征的混合流向算法研究
3．9．1 黄土地貌二元地形结构
3．9．2 实验数据与方法
3．9．3 实验与结果分析
3．9．4 小结
参考文献

第4章 黄土高原数字地形分析的尺度问题研究
4．1 DEM及数字地形分析中尺度问题研究综述
4．1．1 尺度的概念与类型
4．1．2 DEM地形分析的尺度效应
4．1．3 研究方法与存在问题
4．1．4 研究重点与趋势
4．1．5 小结
4．2 不同分辨率DEM提取地面坡度的不确定性
4．2．1 引言
4．2．2 实验样区与信息源
4．2．3 实验结果与分析
4．2．4 小结
4．3 基于赢方图匹配的地面坡谱尺度下推模型
4．3．1 研究基础
4．3．2 实验过程
4．3．3 模型评价
4．3．4 结论与讨论
4．4 DEM提取单位汇水面积的尺度效应及尺度转换
4．4．1 引言
4．4．2 单位汇水面积及其计算
4．4．3 实验样区及数据处理
4．4．4 尺度效应
4．4．5 尺度转换模型
4．4．6 尺度转换结果分析
4．4．7 小结
4．5 DEM分辨率对太阳辐射模拟的敏感性分析
4．5．1 实验样区与实验数据
4．5．2 实验方法
4．5．3 模拟结果分析
4．5．4 小结
参考文献

第5章 黄土高原地形特征要素提取与分析
5．1 基于地貌结构与汇水特征的黄土高原沟谷节点提取与分析
5．1．1 沟谷节点的概念模型及提取方法
5．1．2 实验过程与结果分析
5．1．3 小结
5．2 基于DEM的地形特征点提取及空间分异研究
5．2．1 地貌认知及空间剖分的山顶点提取
5．2．2 基于DEM的山地鞍部点分级提取方法研究
5．3 黄土地貌沟沿线的形成及类型划分
5．3．1 黄土地貌沟沿线研究综述
5．3．2 黄土地貌沟沿线类型划分
5．4 基于DEM的黄土地貌沟沿线提取研究
5．4．1 基于外行GVFSnake模型的黄土地貌沟沿线提取
5．4．2 基于DEM边缘检测的黄土地貌沟沿线自动提取算法研究
5．4．3 引入改进Snake模型的黄土地形沟沿线连接算法
5．5 黄土高原谷脊线展布特征及沟谷密度空间分异特征研究
5．5．1 地形谷脊线空间展布格局特征研究
5．5．2 黄土高原沟谷密度空间分异特征研究
5．6 基于DEM黄土高原正负地形研究
5．6．1 基于高分辨率DEM的黄土地貌正负地形自动分割技术研究
5．6．2 基于多方位DEM地形晕渲的黄土地貌正负地形提取
5．7 基于DEM的黄土高原坡面景观结构研究
5．7．1 研究基础
5．7．2 黄土高原坡面景观空间格局分析
5．7．3 小结
参考文献

第6章 黄土高原地形信息图谱研究
6．1 黄土高原地面坡谱研究
6．1．1 引言
6．1．2 坡谱的概念
6．1．3 实验样区与实验数据
6．1．4 坡谱的提取及其稳定的地域尺度
6．1．5 实验结果与讨论
6．1 _6小结
6．2 黄土高原坡谱稳定的临界面积及其空间分异
6．2．1 引言
6．2．2 坡谱稳定临界面积的提取方法
6．2．3 结果分析
6．2．4 小结
6．3 坡谱信息熵尺度效应及空间分异
6．3．1 坡谱信息熵的概念
6．3．2 实验数据及方法
6．3．3 实验结果及讨论
6．3．4 小结
6．4 基于DEM提取坡谱信息的不确定性
6．4．1 坡谱不确定性的过程分布
6．4．2 影响坡谱不确定性的关键因素
6．4．3 小结
6．5 基于DEM流域边界剖面谱研究
6．5．1 引言
6．5．2 实验区域
6．5．3 基于DEM的流域边界谱提取方法
6．5．4 流域边界剖面线的特征
6．5．5 流域边界谱
6．5．6 小结
6．6 基于DEM的地形纹理特征研究
6．6．1 引言
6．6．2 实验样区
6．6．3 基于DEM的灰度共生矩阵
6．6．4 地形纹理特征量化
6．6．5 小结
6．7 基于语义和剖面特征匹配的地表粗糙度模型评价
6．7．1 问题的提出
6．7．2 原理与算法
6．7．3 实验
6．7．4 小结
参考文献
……

第7章 黄土高原地形演化模拟与空间分异格局

前言/序言

　　我国的黄土高原被誉为全球最具有地学研究价值的独特地理区域之一。它是中华民族的摇篮、华夏文明的发祥地。它以连续分布的巨厚黄土地层、典型的黄土地貌、严重的水土流失、独特的自然地理景观和光辉灿烂的文化历史而闻名于世界。对黄土的研究也是当代地理学研究的热点之一。一个多世纪以来，各国学者在黄土成因、黄土高原古地理环境、黄土微观物质特性、黄土土壤学特征与土壤侵蚀特征等方面的研究都取得了许多重要成果，凸显了在世界地学研究中的重要地位。黄土地貌是经过200余万年黄土搬运和堆积，在风力和水力交互作用下，在承袭下伏岩层的古地貌基础之上，按特有的发育模式形成了当今复杂多样且有序分异的地貌形态组合。由于第四纪以来黄土高原新构造运动总体表现为内部大面积整体、间歇性抬升，而其四周的坳陷或地堑则在不断下沉，更由于黄土物质及降雨侵蚀力在南北向的有序分异，以致黄土地貌呈现明显的空间分异。黄土高原地貌形态空间格局的研究对于揭示物质、能量在塑造地面形态中的作用，揭示黄土地貌的形成与土壤侵蚀的内在机理，指导黄土高原生态修复与区域可持续发展，都具有重要的意义。
　　自20世纪50年代以来，人们对黄土地貌的研究进行了长期探索。从构造，侵蚀、形态特征等不同的角度在定性或半定量层次探讨了黄土地貌的分类与分区；根据综合成因分类和形态分类的原则，完善了黄土地貌的分类系统，编制了多种比例尺尺度的黄土高原地貌类型图，明确了黄土地貌发育的基本模式，从定性的角度，分析了黄土地貌的组合特征及区域分布规律，提出了黄土地貌定量研究的基本方法，建立了划分流域地貌系统发育阶段的理论模型，对流域侵蚀强度随流域地貌演化而变化的规律展开了详细的剖析。
　　以遥感和地理信息系统为主要标志的现代空间信息技术的发展，为黄土高原的研究揭开了崭新的一页。特别是近年来不同空间尺度数字高程模型（DEM）数据源的建立与数字地形分析应用中技术方法的不断完善与提高，为开展黄土高原数字地形分析，深入揭示黄土地貌的空间分异规律奠定了坚实的基础。DEM概念于1958年由Miller首次提出，经过几十年的发展，DEM的诸多基础理论问题包括DEM数据模型构建、数字地形分析的方法、数字地形分析的精度与尺度问题等，均得到了深入研究，基于DEM的数字地形分析理论与技术方法正逐步走向成熟。
　　南京师范大学地理科学学院多年来一直致力于基于DEM的黄土高原数字地形分析工作，早在20世纪90年代，就致力于基于DEM的黄土沟沿线、黄土沟头等方面的研究。21世纪以来，研究团队进一步凝聚了来自全国从事数字地形分析的研究力量，在多项国家自然科学基金项目及国家863项目的支持下，在数字地形模型构建与不确定性分析、特别是黄土高原数字地形分析的理论与方法上进行了深入的探索，凝练了地形因子提取、特征要素提取、地形统计分析及地学模型分析四类主要的数字地形分析方法。在复杂黄土地貌条件下高保真DEM的构建、黄土特征地形要素高精度提取与不确定性、基于地形信息图谱的黄土地貌分析等方面进行了重要的探索，取得了重要的研究结果。
　　然而，由于DEM本质上是不同采样方式的离散点记录地面海拔高程表示的数据集合，所反映的地貌特征也仅仅是地面形态及其空间变化。能否基于DEM数据，通过创新的数字地形分析方法，研究黄土地貌成因机理特征及深层次的地貌学科学问题，是摆在我们面前的难题。特别是，现有的数字地形分析方法，大多为基于栅格分析窗口的计算法。如何突破这种“近视眼”分析法，真正实现面向区域尺度的宏观黄土地貌的分析，是摆在我们面前的难点问题。为解决以上问题，2009年在国家自然科学基金重点项目《基于DEM的黄土高原地貌形态空间格局研究》支持下进行了深入的研究，提出了黄土地貌核心地形因子体系、坡谱分析法、地形特征点簇分析法、地形纹理分析法、坡面景观分析法、面积高程积分分析法、地貌继承性分析法等全新的黄土地貌数字地形分析方法。在一个全新的视野下揭示了黄土地貌的空间格局及成因机理特征。
　　本书通过对已发表的主要研究论文的系统整理，以期对近年来上述研究工作做较全面的总结。全书的编撰工作由汤国安、李发源、杨昕、熊礼阳完成，其中各章的编撰工作人员如下，第一章：汤国安、李发源；第二章：李发源、杨听；第三章：王春、董有福、张婷、詹蕾、赵卫东、祝士杰、江岭、熊礼阳；第四章：汤国安、杨昕；第五章：汤国安、李发源、王春、张维、陶旸、刘凯；第六章：李发源、朱红春、罗明良、熊礼阳、周毅、宋效东、晏实江、张磊；第七章：袁宝印、熊礼阳、曹敏、王春、祝士杰。
　　本书的完成特别感谢中国科学院地质与地球物理研究所袁宝印研究员、中国科学院生态环境研究中心陆中臣研究员、中国科学院地理科学与资源研究所周成虎研究员、西北大学杨勤科教授和李昭淑教授、奥地利萨尔茨堡大学JosefStrobl教授、陕西师范大学甘枝茂教授、长江水利委员会张平仓研究员，他们给予研究团队诸多具体的指导与帮助。本书还得到了黄河中上游管理局、绥德水土保持试验站、西峰水土保持试验站等单位的大力支持，使我们的野外工作得以顺利开展。南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室闾国年教授、谢志仁教授、黄家柱教授、刘学军教授、韦玉春教授、龙毅教授都给予了诸多帮助，在此一并致谢。
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