利用照片重建技术生成坡面侵蚀沟三维模型

该文利用运动恢复结构(structure from motion,SFM)、多视图立体视觉(multi-view stereo,MVS)技术,提出了一种坡面侵蚀沟三维模型的快速重建方法。首先对普通相机拍摄的照片采用尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform,SIFT)完成特征点的提取与描述,随机采样一致性算法(random sample and consensus,RANSAC)过滤掉最近邻匹配(nearest neighbor,NN)产生的误匹配点;然后通过SFM方法,迭代求解出相机矩阵和三维点坐标,用光束法平差(bundle adjustment,BA)进行非线性优化,确保误差的均匀分布和模型的精确;再使用基于面片的多视图立体视觉算法(patch-based multi-view stereo,PMVS),在局部光度一致性和全局可见性约束下,以SFM生成的稀疏点云为种子面片开始扩散,完成点云稠密重建。将照片快速重建方法获取的点云与地面激光扫描仪(terrestrial laser scanner,TLS)获取的点云及实测数据进行比较,结果表明,照片重建方法生成的点云稠密且能够完整展示侵蚀沟的发育形态,与TLS点云间的平均距离为0.0034 m,照片重建与三维激光扫描方法对侵蚀量的估算相对误差为8.054%,提取的特征线匹配率达89.592%。研究结果为侵蚀沟监测提供了参考依据。     

黄土坡面不同土地利用下的降雨入渗模拟与数值计算

本文基于修正的Green-Ampt方程,给出了改进的Green-Ampt模型在黄土坡面变雨强条件下入渗过程方程与数值求解的算法,结合黄土高原纸坊沟小流域实测土壤数据,借助计算教学和计算机编程,建立了变雨强降雨入渗过程软件系统,从软件系统运行结果中分析了坡耕地、草地和林地的入渗量和入渗率变化情况,以及土壤初始含水率和饱和导水率对草地和林地入渗的影响.结果表明:相同降雨情况下,林地入渗量是草地的2倍,是农地的3倍;不同土地利用下土壤入渗率变化与入渗量类同;草地入渗率对土壤初始含水率变化比较敏感,林地入渗率对土壤饱和导水率变化比较敏感.     

黄土沟壑区坡面入渗-产流方程推导及数值解法

从修正的Green-Ampt方程出发,通过数学推导将常微分形式的Green-Ampt入渗方程转化为超越方程求解,从而简化了Creen-Ampt方程的计算过程;对坡面流运动波方程,给出了推导过程和四点隐式差分求解方法.简化为超越形式的入渗方程经牛顿迭代和四阶龙格-库塔算法求解,可以保证解的收敛和稳定,牛顿迭代相比龙格-库塔方法计算精度更高;在坡面土槽进行恒降雨强度的3场降雨冲刷试验,利用三维激光扫描仪获取生成的DEM数据,检验在l mm网格精度下的入渗和产流模拟结果,结果表明坡面流过程的模拟计算结果与实测资料符合良好,可用于模拟坡面入渗和产流过程,入渗误差可控制在12%以内,流量误差在13.1%以内,模拟的入渗率和流量均比实测值偏大,且模拟入渗率误差与流量误差呈正相关.     

黄土丘陵沟壑区切沟分布的遥感图像识别最优尺度研究

本研究提出了一种基于最优尺度分割和阈值统计优化的切沟提取新方法。首先,通过灰度共生矩阵（GLCM）内部对象方差和空间自相关系数,建立了一个最优分割尺度选择目标函数,经试验得到了研究区内农路、切沟、耕地（山坡地、梯田）、林地的最优分割尺度分别为24,31,36,42;在影像分割基础上,提出了切沟提取阈值统计优化方法,即结合NDVI、光谱亮度值（BRIGHTNESS）和纹理（GLCM）特征变量,通过K-means和两步聚类法（TwoStep Cluster）,分别确定切沟候选对象和假阳性对象的不同分类阈值,为切沟提取打下基础;经过t-statistics检验,显示光谱亮度值和纹理变量在95%的置信水平上均显著,从而表明提取阈值具有稳定性和可靠性。