[發明專利]一種利用數值影像解析評價地表粗粒化程度的方法

有效

• 申請號: 201010153596.0
• 申請日: 2010-04-19
• 公開（公告）號: CN101819039A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 虞毅;高永;李玉寶;汪季;孫志宏;胡小龍;張風春
• 申請（專利權）人: 虞毅;高永;李玉寶
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 白鳳武

技術領域

本發明涉及一種通過數碼相機近距離拍照獲取數值影像并經ERDAS-IMAGE和 ARC-GIS軟件處理提取風蝕地表粗粒殘留量信息、解析評價地表粗粒化程度的方法，屬于土 壤風蝕監測評價技術領域。

背景技術

荒漠化是全球性的環境問題之一，在世界各大洲均有分布，對人類社會的生存和發展構 成嚴重威脅，我國是世界上受荒漠化危害最嚴重的國家之一。據我國第三次荒漠化和沙化狀 況公報(2005年6月，國家林業局)顯示，截至2004年，全國荒漠化土地總面積為263.62 萬km²，占國土總面積的27.46％，分布于北京、內蒙古、新疆等18個省(自治區、直轄市) 的498個縣(旗、市)。在各種形式的荒漠化中，土壤風蝕是干旱、半干旱及亞濕潤干旱區土 地荒漠化的首要表現形式，它的發生發展將導致土地質量下降，耕地退化，草場劣化，土壤 流失、地表粗粒化進而形成以流沙為特點的沙漠景觀，嚴重影響當地的農牧業生產和社會經 濟的持續穩定發展。此外，風蝕還產生大量懸浮于大氣中的氣溶膠顆粒，直接對人類和生物 的生存空間造成污染，影響人類健康和生命安全。風蝕監測評價是指對土壤風蝕的影響范圍 和作用強度進行監測和評價，通過深入剖析監測評價結果可以闡明風蝕成因、模擬風蝕過程、 估算風蝕發展速率及程度，為掌握荒漠化和沙化土地的現狀及動態變化趨勢、制定防治風蝕 宏觀決策提供科學依據。研究掌握風蝕地表粗粒化過程是進行荒漠化監測與評價的首要基礎 和前提，科學評價粗粒化程度能準確判斷風蝕程度、潛在風蝕量、抗風蝕能力的狀況，進而 針對風蝕各個階段采取科學、有效、省時省力的防治措施。在實際工作中，能否準確把握地 表粗粒的比例和殘留狀態，是科學判斷當地風蝕程度及潛在侵蝕能力的首要條件。同時，研 究地表空氣動力學粗糙度與表面結皮、礫石、土塊等地表較大顆粒殘留物的含量、粒級之間 關系，尤其是地表空氣動力學粗糙度與上述地表殘留物覆蓋度之間的關系，在防沙治沙實踐 中具有重要的科學意義。以往風蝕地表粗粒化程度評價主要是通過直接取樣篩分實測法來確 定地表粗粒的含量，進而推算風蝕量、侵蝕強度及潛在侵蝕能力。隨著測試手段的不斷進步， 現地測定結合風洞實驗等先進測試方法逐步應用到該領域，例如對不同粒級的顆粒進行染色， 經一定風速吹蝕后對表面進行光學照相，通過計算影像中風蝕表面上各粒級顆粒的殘留量， 估算風蝕量的變化進行風蝕粗粒化程度的監測與評價。但上述方法均存在破壞原始地表狀態、 可重復性差、測定過程比較繁瑣以及受電力和環境條件的限制儀器設備不便在現地使用等缺 陷，同時，風蝕粗粒化地表土壤表層實際取樣厚度是左右地表粗粒殘留量評價結果的主要限 制性因子，但目前在實驗現地很難準確測得地表風蝕粗粒化層厚度，因此，造成了目前土壤 風蝕監測評價方法精度低、誤差大、費時費力的現狀，同時受儀器設備和測試手段限制，上 述評價方法的實用性較低，特別是在不具備實驗室條件的干旱、半干旱地區，很多時候監測 評價的具體測定工作難以實施完成。

為了克服上述缺陷，在現地儀器設備攜帶方便、測定過程比較簡單、采用可重復性良好 的非接觸方式且不破壞原始地表狀態、同時不受實驗環境條件限制的可以在現地正常實施的 測定方法亟待開發。

發明內容

基于以上考慮，本發明提供了一種利用數值影像解析評價地表粗粒化程度的方法，正是 采取了非接觸方式、快捷地采集風蝕粗粒化地表的數值影像并通過后續ERDAS-IMAGE和 ARC-GIS軟件處理分析，能夠較為準確、快捷地提取到地表粗粒殘留量以及表面結皮、礫石、 土塊等較大顆粒地表殘留物的含量、粒級等信息，是目前土壤風蝕監測評價相對便利的方法。

本發明提供的利用數值影像解析評價地表粗粒化程度的方法，包括以下步驟：

(1)根據監測評價目標要求選定滿足以下四個條件的采集模式進行風蝕地表數值影像的 采集：影像的分辨率可以達到區分目標顆粒的要求；將相機固定在三腳架上，鏡頭垂直于采 集面；在采集面上放置刻度尺；遮蔽直射陽光，目的是消除陰影的干擾；

(2)將步驟(1)采集的數值影像，導入ERDAS-IMAGE軟件，進行格式轉化、裁剪、亮度 拉伸、影像灰度信息統計分析、采用空間模型進行顆粒分類處理，將數值影像中的顆粒各自 孤立的區分開來；

(3)運用ARC-GIS軟件將步驟(2)處理后的柵格類型的數值影像轉化為矢量類型的影像， 矢量類型的數值影像中顆粒被表征為一個個孤立的多邊形；