中尺度土壤预测制图中地形变量提取的适宜尺度探讨

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土壤预测制图的原理主要是基于土壤-景观之间的关系,即影响土壤形成的环境因素,而地形变量又是土壤预测制图中重要的环境变量之一。对于中尺度土壤预测制图而言,30m分辨率的ASTER GDEM数据是能满足其制图精度要求的,但高分辨率的 DEM数据不仅会造成大量数据冗余、计算量大等问题,还会因为过于精细的地形细节描述而影响到对宏观的地形特征的解译;而较低分辨率的 DEM所提取的地形变量,又会损失具有实际地形意义的特征信息,无法将其应用于土壤预测制图工作当中。因此探讨应用于土壤预测制图中的地形变量的适宜分辨率范围是十分有必要的。  基于上述问题,本文在巢湖流域范围内选取了3个不同地形起伏状况的实验样区,基于ASTER GDEM数据,通过重采样分别得到30m、60m、90m、120m、150m5组不同分辨率的DEM数据,分别选取高程、坡度、平面曲率和剖面曲率4组地形变量,利用比例尺和空间分辨率的关系、地形变量信息熵以及分辨率—地形变量局部方差均值定量刻画曲线,选取巢湖流域用于土壤预测制图的地形变量提取的适宜分辨率;选择高程变异系数和地形起伏度增长强度2个指标探讨了分析窗口对地形特征提取的影响。  主要研究内容和结论如下:  (1)对于特定比例尺的专题制图来说,应用于其中的遥感影像的空间分辨率是一定的,本文通过探讨比例尺和空间分辨率的关系,得出中尺度所对应的适宜空间分辨率范围,确定应用于巢湖流域土壤预测制图的DEM分辨率范围为25m-62.5m。  (2)本文通过分别在MATLAB中计算3个不同地形样区的不同分辨率的地形变量信息熵,通过信息熵确定3个地形区提取地形变量的DEM为30m分辨率时,其含有的地形信息量最大,能够较好的保留地形细节。通过对3个不同地形区的高程、坡度、平面曲率、剖面曲率的信息熵与分辨率的关系之间进行函数拟合,发现两者存在明显的二次函数关系:y=ax2-bx+c,并且R2都在0.9以上。  (3)通过对每个地形样区的不同分辨率DEM提取的地形变量求取局部方差均值, 并分别绘制分辨率—地形变量局部方差均值曲线图来确定不同地形状况下地形变量提取的适宜分辨率范围。对于地形起伏较大的山区,其提取地形变量的适宜分辨率为60m,丘陵区提取地形变量的适宜分辨率为30—60m,平原微丘区提取地形变量的适宜分辨率为30m,由于巢湖流域的地形主要以平原微丘区和丘陵为主,确定巢湖流域提取地形变量的适宜分辨率为30m。综合比例尺和空间分辨率的关系,不同分辨率地形变量所蕴含的信息量,地形变量局部方差3个方面,并结合巢湖流域的实际地形特征,确定巢湖流域提取地形变量的适宜分辨率为30m。  (4)对于不同的地形区,其地形变量提取的适宜窗口有所差异:对于地形较平坦的地区,其地形变量提取的分析窗口较小,平原微丘区地形变量提取的适宜窗口应该在9×9左右,丘陵区地形变量提取的适宜窗口为11×11左右,山区地形变量提取的适宜窗口为17×17左右。
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