基于多源多尺度数据的东北典型黑土区侵蚀沟遥感监测体系研究

发布时间：2017-12-14 18:16

  本文关键词：基于多源多尺度数据的东北典型黑土区侵蚀沟遥感监测体系研究

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【摘要】：东北黑土区是我国重要的商品粮基地,也是土壤侵蚀最严重的地区之一,而沟蚀是该地区最主要的侵蚀类型。沟壑侵蚀与时空尺度密切相关,多源多尺度遥感数据有助于全面反映不同时空尺度上的沟蚀演变特征。本文以吉林省九台区为研究区,基于现场调查、连续运行卫星定位参考站(CORS)、无人机、高分辨卫星、地理国情普查成果等多源数据,从地面-低空-航天、沟头-区域、二维-三维、数月-数十年等不同时空尺度对侵蚀沟的分布和动态变化进行监测,构建多源多尺度的侵蚀沟遥感监测体系。研究成果将为黑土区全面有效监测土地退化及其对环境与社会经济的影响提供技术支撑,为土地管理者制定合理的土地利用规划政策提供科学依据。主要结论如下:(1)结合地面测量、高分辨率卫星、低空无人机遥感,可以对研究区的侵蚀沟现状进行全面监测,包括侵蚀沟的位置、数量、长度、面积、体积以及3D信息。无人机遥感能够提供侵蚀沟在不同空间范围内的厘米级正射影像和数字表面模型,这些成果能够展示出农田区被人类活动和土壤侵蚀影响的细节信息。无人机遥感数据比卫星数据详细程度更高,比传统的野外工作更有效率、空间上更完整。无人机遥感监测尺度能够有效地填补野外测量尺度和卫星监测尺度的空隙。(2)相比传统测量方法获取的2D侵蚀沟数据,基于照片的三维重建(3D-PR)技术可以利用普通相机拍摄的相片快速地获取侵蚀沟的稠密点云和三维模型,利用更详细的3D数据展示侵蚀沟形态特征。基于无人机影像的三维模型能够较完整地展现侵蚀沟头的三维结构,但某些部位(比如陡峭的沟壁)仍然会出现点云空洞,而地面影像生成的点云可以填补该数据空洞。基于3D-PR技术,无人机影像和地面影像的结合能够提供一个更加全面的高分辨率侵蚀沟模型。(3)2013年侵蚀沟在三岔河流域内分布广泛,东北区域侵蚀尤为严重,整体处于中度侵蚀。从面积上看三岔河流域坡面土壤侵蚀以轻度侵蚀和微度侵蚀为主,但从轻度侵蚀到极强烈侵蚀都是造成研究区水土流失主要侵蚀类型。高精度的地理国情普查成果改善了整个土壤侵蚀模型的运算,提高了部分模型因子的精度。坡-沟侵蚀的地形分异特征并不完全一致:坡-沟侵蚀主要发生在中海拔的坡地,但沟蚀峰值出现的高程要低于坡面侵蚀峰值出现的高程;坡-沟侵蚀主要发生在阳坡。(4)遥感影像分辨率的提高会使得侵蚀沟的影像轮廓特征和内部细节更清晰,但也会在一定程度上增加对侵蚀沟的遥感识别和信息提取工作的干扰性噪声;2m及以上分辨率的影像能够在目视解译下有效识别大型枝杈状沟壑系统和切沟,而对浅沟的有效识别则需要1m及以上分辨率的影像;发展沟尤其是浅沟的遥感识别对影像空间分辨率的变化更为敏感;亚米级影像相比常用的2m级影像在发展沟尤其是浅沟的提取精度上有比较显著的提升。(5)高分卫星影像和低空无人机遥感能够分别对侵蚀沟在大尺度(大范围、长期)和小尺度(小范围,短期)进行动态监测。从1965~2013年48年间三岔河流域侵蚀沟数量、长度和面积显著增加,空间上沟蚀变化最为剧烈的区域集中在流域的东北部。其中一条侵蚀沟的沟头在2015~2016年一年内前进了1.6m,面积和体积分别增加了7.4 m2和3.36 m3。(6)多源多尺度的侵蚀沟遥感监测体系能够实现对侵蚀沟在不同时空尺度上的现状有效识别、动态变化监测和风险预警。该监测体系中的数据源和监测方法对整个东北黑土区的沟蚀监测具有较强的实际操作性和较广的应用范围。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S157.1;S127

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本文编号：1288878