地球信息科学学报 ›› 2021, Vol. 23 ›› Issue (6): 959-968.doi: 10.12082/dqxxkx.2021.200411
• 地球信息科学理论与方法 • 下一篇
蒋圣1,2,3(), 汤国安1,2,3, 杨昕1,2,3,*(
), 熊礼阳1,2,3, 钱程扬1,2,3,4
收稿日期:
2020-07-29
修回日期:
2021-09-15
出版日期:
2021-06-25
发布日期:
2021-08-25
通讯作者:
*杨 昕(1976— ),女,陕西西安人,教授,主要从事数字地形分析和空间分析研究。E-mail: xxinyang@njnu.edu.cn作者简介:
蒋 圣(1984— ),男,江苏宜兴人,博士,高级工程师,主要从事模式识别和数字地形分析研究。E-mail: 214230267@qq.com
基金资助:
JIANG Sheng1,2,3(), TANG Guoan1,2,3, YANG Xing1,2,3,*(
), XIONG Liyang1,2,3, QIAN Chengyang1,2,3,4
Received:
2020-07-29
Revised:
2021-09-15
Online:
2021-06-25
Published:
2021-08-25
Contact:
YANG Xing
Supported by:
摘要:
黄土高原“千沟万壑”的地貌形态,在多尺度空间下表现出显著自相似性,具有“局部无规则,宏观有规律”的纹理特征。目前,黄土高原地形纹理的提取方法及应用已经得到初步发展,但依然缺乏在理论层面的框架体系。本文在已有学者研究成果的基础上,限定黄土高原为研究范围,明确提出黄土高原地形纹理的概念模型,即内涵、特征、分类及表达。将内涵进行扩展,除已有的宏观形态地形纹理外,提出黄土典型地貌单元(黄土塬、梁、峁等)特征组合形成的地形纹理,以及黄土坡面坡度特征形成的地形纹理;指出以数字高程模型为主的数据表达将更有利于地形纹理的量化,特别是基于DEM派生的坡面地形因子能够扩展地形纹理的特征空间,丰富地形纹理分析的数据源;明确地形纹理的基本特征,分别是区域差异性、成因复杂性和尺度依赖性;构建划分体系,以地形纹理的基元显著性、纹理成因以及可视化形态进行类别划分。本文以期构建面向黄土高原的地形纹理概念模型,推动纹理分析方法在黄土高原的应用和发展。
蒋圣, 汤国安, 杨昕, 熊礼阳, 钱程扬. 基于DEM的黄土高原地形纹理概念模型[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(6): 959-968.DOI:10.12082/dqxxkx.2021.200411
JIANG Sheng, TANG Guoan, YANG Xing, XIONG Liyang, QIAN Chengyang. Conceptual Model of Terrain Texture in Loess Plateau based on DEM[J]. Journal of Geo-information Science, 2021, 23(6): 959-968.DOI:10.12082/dqxxkx.2021.200411
[1] | 刘东生. 中国的黄土堆积[M]. 北京: 科学出版社, 1965. |
[ Liu D S. Loess Accumulation in China[M]. Beijing: Science Press, 1965. ] | |
[2] | 鹿化煜, 安芷生. 前处理方法对黄土沉积物粒度测量影响的实验研究. 科学通报, 1997,42(23):2535-2538. |
[ Lu H Y, An Z S. Experimental study on influence of pretreatment methods on grain size measurement of loess sediment[J]. Chinese Science Bulletin, 1997,42(23):2535-2538. ] | |
[3] | Jia Y, Li T, Shao M, et al. Disentangling the formation and evolvement mechanism of plants-induced dried soil layers on China's Loess Plateau[J]. Agricultural and Forest Meteorology 2019,269-270:57-70. |
[4] | 汪海斌, 于英鹏, 刘现彬, 等. 黄土高原S1古土壤的地球化学特征及其对物源的指示[J]. 第四纪研究, 2011,31(2):338-346. |
[ Wang H B, Yu Y P, Liu X B, et al. Geo-chemical characteristics of last interglacial paleosols in the Chinese Loess Plateau and its implications to Loess Provenance[J]. Quaternary Sciences, 2011,31(2):338-346. ] | |
[5] |
Fenn K, Stevens T, Bird A, et al. Insights into the provenance of the Chinese Loess Plateau from joint zircon U-Pb and garnet geochemical analysis of last glacial loess[J]. Quaternary Research, 2018,89(3):645-659.
doi: 10.1017/qua.2017.86 |
[6] |
Yang F, Zhou Y. Quantifying spatial scale of positive and negative terrains pattern at watershed-scale: Case in soil and water conservation region on Loess Plateau[J]. Journal of Mountain Science, 2017,14(8):1642-1654.
doi: 10.1007/s11629-016-4227-5 |
[7] | 夏积德, 吴发启, 周波. 黄土高原丘陵沟壑区坡地耕作方式对土壤侵蚀的影响研究[J]. 水土保持学报, 2016,30(4):64-67. |
[ Xia J D, Wu F Q, Zhou B. The study of influence of tillage patterns on soil erosion of slope farmland in the hilly-gully region of Loess Plateau[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016,30(4):64-67. ] | |
[8] | 汤国安, 那嘉明, 程维明. 我国区域地貌数字地形分析研究进展[J]. 测绘学报, 2017,46(10):1570-1591. |
[ Tang G A, Na J M, Cheng W M. Progress of digital terrain analysis on regional geomorphology in China[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2017,46(10):1570-1591. ] | |
[9] |
Zhou Y, Lei X, Yang F, et al. Characteristics and influencing factors of proximity distance index on the northern Shaanxi Loess Plateau in China[J]. Journal of Mountain Science, 2019,16(12):2844-2855.
doi: 10.1007/s11629-019-5610-9 |
[10] | 陶旸. 基于纹理分析方法的DEM地形特征研究[D]. 南京:南京师范大学, 2011. |
[ Tao Y. Texture analysis based research on terrain morphology characteristics[D]. Nanjing: Nanjing Normal University, 2011.] | |
[11] | 汤国安, 李发源, 熊礼阳. 黄土高原数字地形分析研究进展[J]. 地理与地理信息科学, 2017,33(4):1-7. |
[ Tang G A, Li F Y, Xiong L Y. Progress of digital terrain analysis in the Loess Plateau of China[J]. Geography and Geo-Information Science, 2017,33(4):1-7. ] | |
[12] |
刘凯, 汤国安, 黄骁力, 等. 面向地形特征的DEM与影像纹理差异分析[J]. 地球信息科学学报, 2016,18(3):386-395.
doi: 10.3724/SP.J.1047.2016.00386 |
[ Liu K, Tang G A, Huang X L, et al. Research on the difference between textures derived from DEM and remote-sensing image for topographic analysis[J]. Journal of Geo-information Science, 2016,18(3):386-395. ] | |
[13] |
黄骁力, 汤国安, 刘凯. DEM分辨率对地形纹理特征提取的影响[J]. 地球信息科学学报, 2015,17(7):822-829.
doi: 10.3724/SP.J.1047.2015.00822 |
[ Huang X L, Tang G A, Liu K. Influence of DEM resolution on the extraction of terrain of terrain texture feature[J]. Journal of Geo-information Science, 2015,17(7):822-829. ] | |
[14] | 李可, 晏实江. 基于RILBP的地形结构尺度稳定特征分析[J]. 地理与地理信息科学, 2017,33(4):63-68. |
[ Li K, Yan S J. Scale stability investigation based on RILBP for terrain structure[J]. Geography and Geo-information Science, 2017,33(4):63-68. ] | |
[15] |
Ding H, Na J, Huang X, et al. Stability analysis unit and spatial distribution pattern of the terrain texture in the northern Shaanxi Loess Plateau[J]. Journal of Mountain Science, 2018,15(3):577-589.
doi: 10.1007/s11629-017-4551-4 |
[16] |
Zhao G, Kondolf G M, Mu X, et al. Sediment yield reduction associated with land use changes and check dams in a catchment of the Loess Plateau, China[J]. Catena, 2017,148:126-137.
doi: 10.1016/j.catena.2016.05.010 |
[17] | 李勋, 杨环, 殷宗敏, 等. 基于DEM和遥感影像的区域黄土滑坡体识别方法研究[J]. 地理与地理信息科学, 2017,33(4):86-92. |
[ Li X, Yang H, Yin Z M, et al. Regional loess landslide recognition method research based on DEM and remote sensing image[J]. Geography and Geo-information Science, 2017,33(4):86-92. ] | |
[18] | 陶旸, 王春, 蒋圣. 一种基于改进双树复小波变换的地形纹理特征提取方法[J]. 地理与地理信息科学, 2017,33(4):47-50. |
[ Tao Y, Wang C, Jiang S. A new method on terrain texture characteristics extraction based on improved dual-tree complex wavelet transform[J]. Geography and Geo-Information Science , 2017,33(4):47-50. ] | |
[19] | 刘丽, 谢毓湘, 魏迎梅, 等. 局部二进制模式方法综述[J]. 中国图象图形学报, 2014,19(12):1696-1720. |
[ Liu L, Xie Y X, Wei Y M, et al. Survey of local binary pattern method[J]. Journal of Image and Graphics, 2014,19(12):1696-1720. ] | |
[20] | Sonka M, Hlavac V, Boyle R. Image processing, analysis, and machine vision[M]. Boston: Cengage Learning, 2014. |
[21] |
Sklansky J. Image segmentation and feature extraction[J]. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 1978,8(4):237-247.
doi: 10.1109/TSMC.1978.4309944 |
[22] |
Tamura H, Mori S, Yamawaki T. Textural features corresponding to visual perception[J]. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 1978,8(6):460-473.
doi: 10.1109/TSMC.1978.4309999 |
[23] |
Bovik A C, Clark M, Geisler W S. Multichannel texture analysis using localized spatial filters[J]. IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, 1990,12(1):55-73.
doi: 10.1109/34.41384 |
[24] | Tuceryan M, Jain A K. Texture analysis. in Handbook of Pattern Recognition & Computer vision[M]. Singapore: World Scientific, 1993. |
[25] | 王润生. 图像理解[M]. 长沙: 国防科技大学出版社, 1995. |
[ Wang R S. Image Understanding[M]. Changsha: National Defense University of Science and Technology Press, 1995. ] | |
[26] |
Chaudhuri B B, Sarkar N. Texture segmentation using fractal dimension[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1995,17(1):72-77.
doi: 10.1109/34.368149 |
[27] | 李旭涛, 彭复员, 曹汉强, 等. 地形表面的自相似程度与分类感知[J]. 电子与信息学报, 2007,29(6):1480-1482. |
[ Li X T, Peng F Y, Cao H Q, et al. Self-similarity degree of terrain surface and class perception[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2007,29(6):1480-1482. ] | |
[28] |
Pentland A P. Fractal-based description of natural scenes[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1984(6):661-674.
pmid: 22499648 |
[29] | 周成虎, 程维明, 钱金凯, 等. 中国陆地1:100万数字地貌分类体系研究[J]. 地球信息科学学报, 2009,11(6):707-724. |
[ Zhou C H, Cheng W M, Qian J K, et al. Research on the classification system of digital land geomorphology of 1:1 000 000 in China[J]. Journal of Geo-information Science, 2009,11(6):707-724. ] | |
[30] |
程维明, 周成虎. 多尺度数字地貌等级分类方法[J]. 地理科学进展, 2014,33(1):23-33.
doi: 10.11820/dlkxjz.2014.01.003 |
[ Cheng W M, Zhou C H. Methodology on hierarchical classification of multi-scale digital geomorphology[J]. Progress in Geography, 2014,33(1):23-33. ] | |
[31] | 晏实江, 汤国安, 李发源, 等. 利用DEM边缘检测进行黄土地貌沟沿线自动提取[J]. 武汉大学学报:信息科学版, 2011,36(3):363-367. |
[ Yan S J, Tang G A, Li F Y, et al. An edge detection based method for extraction of loess shoulder-line from grid DEM[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2011,36(3):363-367. ] | |
[32] | 杨昕. 基于DEM地形指数的尺度效应与尺度转换[D]. 南京:南京师范大学, 2007. |
[ Yang X. Scale effect and scaling model of topographic index based on DEMs[D]. Nanjing: Nanjing Normal University, 2007. ] | |
[33] | 马红斌, 李晶晶, 何兴照, 等. 黄土高原水平梯田现状及减沙作用分析[J]. 人民黄河, 2015,37(2):89-93. |
[ Ma H B, Li J J, He X Z, et al. The status and sediment reduction effects of level terrace in the Loess Plateau[J]. Yellow River, 2015,37(2):89-93. ] | |
[34] | 于浩, 刘志红, 张晓萍, 等. 基于傅立叶变换的梯田纹理特征提取[J]. 国土资源遥感, 2008,20(2):39-42. |
[ Yu H, Liu Z H, Zhang X P, et al. Extraction of terraced field texture features based on fourier transformation[J]. Remote Sensing for Land & Resources, 2008,20(2):39-42. ] | |
[35] | 刘凯. 基于多源数据的黄土高原(重点流失区)侵蚀沟提取及区域差异性研究[D]. 南京:南京师范大学, 2017. |
[ Liu K. Gully features extraction and the regional difference analysis in the severe soil erosion region of Loess Plateau of China based on multisource data[D]. Nanjing: Nanjing Normal University, 2017. ] |
[1] | 李玉洁, 江洪, 刘宣广. 基于CatBoost的植被总初级生产力遥感模拟方法及在福建省的应用[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(9): 1908-1922. |
[2] | 董勇, 周亮, 高鸿, 王宝. 黄土高原地形破碎化探测及空间异质性分析[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(8): 1625-1636. |
[3] | 潘佳乐, 信睿. COVID-19疫情前后北美五大湖航运网络多尺度时空变化及影响因素研究[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(7): 1481-1499. |
[4] | 戚梦, 陈楠, 林偲蔚, 周千千. 引入集水区复杂网络的中国地貌识别研究[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(5): 909-923. |
[5] | 谢静, 陈楠, 林偲蔚. 基于地形音乐的地形定量分析与空间分异研究—以陕北黄土高原为例[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(5): 924-934. |
[6] | 冯耀伟, 屈永华. 结合光照信息的多尺度K-均值植被几何光学四分量提取算法[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(5): 1037-1049. |
[7] | 吴子豪, 刘耀林, 冯向阳, 陈奕云, 闫庆武. 基于多尺度地理加权回归的土壤镉污染局部影响因子分析[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(3): 573-587. |
[8] | 高鹏飞, 曹雪峰, 李科, 游雄. 融合多元稀疏特征与阶层深度特征的遥感影像目标检测[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(3): 638-653. |
[9] | 陈凯, 雷少华, 代文, 王春, 刘爱利, 李敏. 基于开源数据和条件生成对抗网络的地形重建方法[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(2): 252-264. |
[10] | 饶子昱, 卢俊, 郭海涛, 余东行, 侯青峰. 利用视角转换的跨视角影像匹配方法[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(2): 368-379. |
[11] | 焦怀瑾, 陈崇成, 黄洪宇. 结合ICESat-2和GEDI的中国东南丘陵地区ASTER GDEM高程精度评价与修正[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(2): 409-420. |
[12] | 张建兵, 严泽枭, 马淑芳. 用于遥感影像建筑物变化检测的多尺度交叉对偶注意力网络[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(12): 2487-2500. |
[13] | 吴小所, 王利玲, 吴朝阳, 郭存鸽, 杨乐, 闫浩文. 基于双时相特征筛选的遥感图像变化检测模型[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(11): 2268-2280. |
[14] | 蒋伟杰, 张春菊, 徐兵, 罗晨晨, 周晗, 周康. AED-Net:滑坡灾害遥感影像语义分割模型[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(10): 2012-2025. |
[15] | 张歆越, 高晓路, 柴琪, 宋敦江. 中国地级城市建成区蓝绿空间时空格局及其气候影响因素分析[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(1): 190-207. |
|