侵蚀沟道作为构成黄土高原地貌格局的主体,既是地貌发育的产物,在一定程度上也是土壤侵蚀的结果,因此它一直都是土壤侵蚀和地貌领域研究重点关注的对象。早期研究由于受到测绘科技、数据积累情况的限制,致使中低分辨率下不能对流域尺度的侵蚀沟道、特别是尺度较小且活跃的侵蚀沟道做出全面和有效的表达和分析,且与土壤侵蚀精确模拟的要求不相适应。近年来随着高分辨率遥感地形测量技术的进步,为侵蚀沟道相关研究提供了新的机遇。本研究综合全球卫星导航系统(GNSS,GlobalNavigationSatelliteSystem)、无人机航测以及遥感等现代测量方法,以侵蚀沟道为研究对象展开侵蚀地形形态的高分辨率表达、侵蚀沟提取(切沟冲沟区域)以及地形变量提取尺度效应等方面的分析。该研究进一步深化了侵蚀地形的微观和宏观特征,为高分辨率环境下的土壤侵蚀研究提供了科学支撑。本文的主要研究内容和结论如下:(1)基于低空无人机摄影测量方法可实现侵蚀沟道形态特征的高分辨率采集:通过对现有侵蚀沟道类型体系、形态特征以及众多新型地形测量与遥感技术方法的梳理和分析,提出基于低空无人机摄影测量内外业结合的侵蚀沟道形态数据采集技术体系。该技术体系具有快速灵活、成本低、作业区域广等优势,能够保证地形表达精度的同时兼具较高的性价比,可以满足侵蚀沟道形态高分辨率表达对数据采集的需求。(2)充分考虑人为和自然突变地形特征可建立侵蚀沟道形态的数字表达:着重针对梯田等人为地形特征和沟沿线等自然突变地形特征,将突变地形特征线纳入插值运算构建DEM(DigitalElevationModel),主要通过高程特征(表面特征,面积高程积分、断面线高程差异)、坡度特征以及剖面曲率特征(统计分布、空间格局)三个方面展开比对分析,建立了侵蚀沟道形态的高分辨率数字表达方法,进而为微小尺度侵蚀地貌特征研究提供更为准确的基础数据。(3)基于机器学习和面向对象图像分析的思路可以实现侵蚀沟道形态的高分辨率提取:基于高精度地形/影像数据构建的多分辨率数据集,选用地形/影像数据相融合的面向对象分析及随机森林自动分类策略,以切沟冲沟区域和突变地形为提取对象,展开高分辨率系列数据环境下的侵蚀沟道提取尺度效应分析。研究结果表明,高分辨率数据集(0.2mDOM,DigitalOrthophotoMap 1mDEM)在进行侵蚀沟道提取具有显著优势,其分类结果与对象的实际空间分布最为接近。随着数据集分辨率的降低(最低至5mDOM 5mDEM),其总体分类精度由90.74%下降为53.63%,主要提取差异体现在地形结构较为破碎复杂的沟头部位,沟沿线特征不显著的部位以及经短历时演化过程形成的尺度较小的切沟区域等。(4)高分辨率侵蚀沟道地形指标的精度随分辨率发生规律性变化:在DEM数据精度方面,随着分辨率的降低(1m～5m)其标准差、中误差、绝对平均误差以及地形描述误差四个指标均逐渐增大;在坡度提取方面,随着分辨率的降低均有一定程度的坡度衰减,其中王茂沟样区的坡度均值由31.80°下降至29.70°,二老虎沟样区由19.88°下降至16.73°,在坡度变化较为剧烈的区域(突变特征线及沟谷区域)衰减更为严重;在流水线提取方面,两个样区随着分辨率的降低其提取的流水线级别均由三级减少为两级,其提取数量分别由28条减少为5条(王茂沟样区)、25条减少至4条(二老虎沟样区),且对于沟道整体表达的精度及完整度均有一定程度的降低;在LS因子提取方面,随着分辨率的降低LS因子呈上升趋势,具体表现为其均值分别由10.97增大至15.22(王茂沟样区),6.03增大至7.34(二老虎沟样区),且较大值的空间分布范围亦随之增加。