基于DEM的黄土沟头地貌研究

The gully head is the most active spatial zone in the loess gully system. The loess gully head has abundant individual and group morphology, complex natural and man-made cause, significant difference in space and time, regular development and evolution trajectory. So, the gully head become one special landform which has geomorphologic meaning such as type, stucture, morphology, cause and so on. The variation of space and time of gully head landform characters reflects the mechanism of loess gully formation and development, and it also reveals the evolution process of loess landform from an important sight. This project would like to systematically establish the full definition of loess gully head and its' character indicator system. Based on multi-scale DEMs and others spatial data, the method of achieving the loess gully head and its' quantitative indicators will be researched. Individual and group character of the loess gully head will be analyzed and so regional differences of the loess gully head also researched. Based on data analysis in multi test areas and artificial experiments, basic patterns and influence factors of the loess gully head's development and evolution will be researched, and the develop and evaluate model will be established to further study the process of development and evolution of the loess landforms. In this project, the morphological pattern and the space-time evolution of loess gully landforms will be in-depth systematically researched. Through the research results, the digital terrain analysis methods for gully analysis will be develop and improve, and a new breakthrough in the temporal and spatial evolution law and internal mechanism of the loess landform will be desirably achieved.

沟头是黄土沟谷中最活跃的空间区域。黄土沟头具有丰富的个体与群体形态、复杂的自然与人为成因、显著的空间与时间差异、规律的发育与演化轨迹，成为兼具类型、结构、形态、成因等地貌学涵义的独特地貌景观。黄土沟头地貌特征的时空分异规律，不仅反映了黄土沟谷的形成与发育机理，又从一个重要侧面揭示着黄土地貌的演化进程。本项目拟系统、全面构建黄土沟头地貌的概念模型及其特征指标体系，研究以多尺度DEM为基本信息源，获取黄土沟头和量化指标的方法；分析黄土沟头个体与群体特征，研究黄土沟头的区域差异性；基于多样区数据分析和人工模拟实验，研究黄土沟头发育与演化的基本规律与影响因素，建立其发育演化模型，藉此研究黄土地貌的发育演化进程。本课题以沟头为对象，对黄土沟谷地貌的形态格局和时空演化规律进行系统深入的研究，不仅期待发展和完善面向沟谷的数字地形分析方法，更渴望实现对黄土地貌时空格局演变规律及其内因机理研究的新突破。

本课题以黄土沟头为研究对象，对黄土沟头的模式识别方法、空间分异特征和发育演化规律进行了系统的研究，并以此为基础，分析研究了黄土地貌区沟谷结构的尺度特征和流域结构特征，同时对DEM的影像纹理特征优化提取和地貌分类进行了探索。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）研究黄土沟头的地貌学特征，定量分析黄土沟头的形态学特征，建立黄土沟头的分类体系；研究以DEM数据为基本信息源，提取黄土沟头特征要素的方法；研究建立描述黄土沟头地貌特征的指标体系，确定其定量化表达方法，进行不同黄土地貌区沟头特征的定量分析。（2）研究基于DEM的黄土沟谷地形分割方法，提出一种面向对象的DEM沟头对象识别方法；计算了沟头对象的主要地形指标数值，深入分析了黄土沟头的空间分异和形态区域特征，并推演黄土沟谷的发育阶段及其演化进程。（3）以沟头形态各异、沟谷发育显著的若干黄土地貌类型区为研究区，计算沟谷结构定量指标，分析沟谷结构在不同数据尺度和分析尺度上的变化规律；分析研究沟谷结构在不同地貌区的空间分异规律，结合不同黄土地貌区的沟谷形态特征，探索黄土地貌的发育阶段与沟谷形态的关联关系。（4）研究基于沟谷特征点标定的流域等级结构模型，计算流域单元的定量指标，分析定量指标随流域等级结构变化所呈现的规律，探讨侵蚀地貌在流域尺度上的空间结构与发育演化变异特征。（5）基于灰度共生矩阵方法，计算DEM的影像纹理特征值；分析纹理特征值的变异系数，确定DEM的影像纹理计算的最佳参数值，并获取DEM数据的影像纹理特征值；进行纹理特征值的信息量分析，融合得到包含最大信息量的DEM纹理多波段图像；基于DEM的纹理图像，进行地貌分类和结果分析。. 综上所述，经过四年的研究，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。研究成果可望为深层次DEM的地学分析应用研究提供理论和方法基础。