基于DEM的黄土沟壑谱系研究

The complex gully network of loess plateau is an important entry point for the loess landform research. The existing researches usually ignore the systematic expression and comprehensive analysis. In this research, the theory of Geo-informatic Tupu is used for reference. With multi-spatial scales, multi-region and high-precision digital elevation model (DEM), gully spectrum serials is constructed based on analyzing the internal relationship of control elements including feature points, feature lines, feature polygons and their external expression. After analyzing the relationships between gully spectrum serials and geomorphic type, geomorphic development and formation mechanism, underneath geoscience knowledge is mined. Finally, the research is dedicated to interpret and understand the geomorphic development process and geomorphological spatial variances in different time-space serial. Gully spectrum serials not only inherits the characteristics of Geo-informatic in displaying the spatial-temporal change rule of earth system, but also make it possible to accomplish the systematical simplification and composite analysis of complex geographic objects. The study would provide a new thinking for the study of loess landform and expect to make a breakthrough in the theory and practice of digital terrain analysis.

对黄土高原复杂多样的沟谷系统的研究是揭示黄土地貌成因、机理与空间分异规律的关键。现有的研究相对忽视了对沟壑各对象要素的系统表达与综合解析。本项目拟以多实验样区、多空间尺度、高精度的数字高程模型为基本信息源，运用地学信息图谱的分析方法，通过对沟壑地貌中各组成要素内在的联系及外在表现的系统分析，在一定的系统结构与组织框架下，对点、线、面多种沟壑要素图谱进行系统集成,从而构建图谱集合- - 黄土沟壑谱系。通过剖析该谱系与黄土地貌的形态类型、发育过程及成因机理之间的映射关系，挖掘其所蕴含的深层次地学知识，并在不同时空序列上，探讨黄土地貌的发育进程与空间分异格局。黄土沟壑谱系继承了地学图谱分析方法中，基于系列化图形分析地理对象时空分异的方法，同时也实现了对复杂地理对象的系统简化与综合分析。为黄土地貌研究提供了新的思路，丰富DEM数字地形分析的理论与方法。

对黄土高原复杂多样的沟谷系统的研究是揭示黄土地貌成因、机理与空间分异规律的关键。以往研究相对忽视了对沟壑各对象要素的系统表达与综合解析，而黄土沟壑谱系则是通过对沟壑地貌中各组成要素内在的联系及外在表现的系统分析，在一定的系统结构与组织框架下，对点、线、面多种沟壑要素图谱进行系统集成而构建的图谱集合。本项目主要成果如下：（1）以多实验样区、多空间尺度、高精度的数字高程模型为基本信息源，综合定性与定量、微观与宏观、空间与时间、表象与机理多重视角，明确了黄土沟壑谱系的概念与内涵，提出面向不同尺度对象和基于不同尺度数据的沟壑提取方法。（2）提出了面向对象的黄土沟壑谱系构建思路，从统计分析、地貌分析和模式分析三个方面，提出了基于沟壑对象量化指标组合的沟壑谱系构建方法。（3）提出了通过沟壑谱系空间序列来研究黄土沟壑区域差异性的方法，实现了基于沟壑差异性的黄土地貌分区，并通过黄土沟壑谱系各统计图谱与地貌类型、地貌发育、土壤侵蚀之间的映射关系，揭示黄土沟壑发育的影响机理。（4）基于黄土地层学和侵蚀学等理论，提出了基于坡度坡长因子和随机元胞自动机的黄土沟壑逆向演化模型，实现了通过沟壑谱系时间序列分析，挖掘黄土沟壑发育及侵蚀变化规律。本课题从基本概念、指标模型、分析方法等方面探索了一套基于沟壑谱系特征的黄土地貌时空变化规律的研究方法。研究表明，黄土沟壑谱系继承了地学图谱分析方法中，基于系列化图形分析地理对象时空分异的方法，同时也实现了对复杂地理对象的系统简化与综合分析，为黄土地貌研究提供了新的思路，丰富 DEM 数字地形分析的理论与方法。