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基于等高线树的峰林峰丛地表形态特征研究

钱叶青  
【摘要】:峰林峰丛是岩溶地貌中形态特征极为典型、特殊的一种地貌类型。不同峰林峰丛的个体及群体地貌形态特征,是岩溶地貌各种成因条件综合作用的体现,又在相当程度上反映出该地区岩溶地貌发育的总体进程,因而成为岩溶地貌学研究的热点之一。由于数据和方法的局限,以往峰林峰丛地貌的研究多关注于单一地貌单元的形态描述和分析,较少关注其特有的群体结构特征。等高线树具有能够在一定宏观尺度上揭示地貌对象的群体嵌套、组合关联和空间层次结构特征的功能。本研究以DEM为基本数据源,构建了峰林峰丛地貌单元的等高线特征模式和峰林峰丛等高线树结构,通过对所选取的一系列特征指标的自动提取,并从多尺度,多层次、多角度对峰林峰丛形态特征的分析,揭示了峰林峰丛地貌在个体上的地形因子定量特征、地形特征要素分布特征,以及地貌单元群体结构及组合特征。研究所获得的一系列结果,深化了对峰林峰丛地貌形态特征、地貌发育演化过程及其空间分异规律的认识。主要工作及结论如下:(1)峰林峰丛等高线特征及地貌单元自动提取在充分分析与总结峰林峰丛地貌的等高线形态特征以及分布规律的基础上,提出了峰林峰丛不同地貌单元及其组合的等高线特征模式,并阐述了等高线树的概念与构建方法。石峰和洼地等高线的组织结构都是由一组同心闭合等高线组成;石峰群及复合洼地分别为多组石峰及洼地的嵌套、复合结构。峰洼组合地貌的等高线呈现为正地形与负地形等高线较为复杂的组合结构。实验中,基于等高线的形态结构特征,设计了对峰林峰丛单元的提取算法,并有效提取。基于关键等高线节点构建简化等高线树结构,实现了对峰林峰丛地形的简化。(2)峰林峰丛等高线树指标提取与量化表达按照峰林峰丛地貌单元等高线的空间包含和层次嵌套特征,构建成不同地貌单元的等高线树。结合峰林峰丛形态和树型结构特点,按科学性、系统性与准确性等原则,选取了一系列反映峰林峰丛形态的特征指标,并归类为节点属性指标和形态结构指标。详细阐述了形态结构指标和节点属性指标的数学描述算法与地学意义。分析了 DEM分辨率对等高线树构建及其特征指标表达的影响。实验结果显示,DEM分辨率对树形态指标的提取及表达有较大影响。(3)峰林峰丛地表形态特征分析通过峰林峰丛等高线树形态结构,发现其在不同地貌类型区都呈现出不同程度的自相似特征。基于面积权重的节点序列方法,将半结构化的等高线数据序列化成长度一致的链式结构,然后分析峰林峰丛在不同尺度、不同角度、不同层次下的形状特征。结果表明在不同的地貌类型中,无论是以圆度系数还是紧度系数作为测度,子节点都比父节点所表征的地形形状要更接近圆;复杂地貌单元的形状由外部逐级向内部都有逐渐变成圆形的趋势。等高线树的形态结构指标和夷平指数显示:地形起伏程度在研究样区内由南及北呈现“低-高-低”的规律,与此同时夷平程度呈现“高-低-高”的变化态势;地表形态的破碎程度由西及东逐渐增大;研究样区内虽然峰林、峰丛同期发育,但在空间上相间分布、交错丛生,显示发育程度在实验区内的区域差异性。以上研究是树的地学分析方法在岩溶地貌形态研究的一次有益探索。


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