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三维激光扫描技术在坡面微地形观测中的应用

魏舟  
【摘要】:地面三维激光扫描技术作为一种能够快速完整、精确地获得被测目标的点云数据,在微观尺度的侵蚀监测方面的应用逐渐广泛。微观地形由于地形表面起伏较小,降雨侵蚀后地形、地貌变化相对较小,若想对此类较小地形变化做出准确监测分析,则需要较高精度的观测仪器,三维激光扫描技术的高精度恰好能够满足侵蚀监测的要求。高密度点云可以完整描述坡面某一时刻的具体形态,相比于传统观测方式,三维激光扫描技术具有非接触性测量的特点,可保证微地形在测量过程不会因为观测过程而发生变化,对点云数据进行插值建模生成高精度的微地形DEM,能够准确定量的反映微地形的各种地形因子。研究采用野外小区:20cm深耕、10cm深耕、裸坡三种地形,每15天一次,累计观测4次的观测数据;室内小区20cm深耕、10cm深耕、裸坡、5cm细沟、10cm细沟、15cm细沟六种地形在40mm/h、90mm/h、120mm/h三种雨强条件下雨前、雨后的观测数据。采用地理信息相关软件对点云数据加以处理分析,提取不同尺度条件下各类微地形的坡度、坡向、坡度变化率和坡向变化率;对坡度、坡向定性研究微地形变化与观测尺度之间的相关性,对坡度变化率、坡向变化率的研究得出坡度、坡向的变化值域。得出结论当观测的地形坡度分布相对平缓时可以采用较低的分辨率进行观测,但对微地形坡度而言不能够采用20mm以下的观测尺度;坡向的变化则与观测尺度的相关性较小。选取深耕、裸坡两种地形条件下三种观测尺度变化的点云数据进行抽稀、加密处理,并且探讨抽稀加密处理后微地形地坡度、曲率、糙度的变化特征。得出结论针对于起伏较小的地形采用抽稀处理后计算曲率速率会提高,且精度不会降低;1mm的数据抽稀加密过程中糙度变化规律性很强,可以探索规律,建立抽稀尺度与糙度之间关系,通过抽稀提高数据的计算效率。对野外条件下20cm深耕、10cm深耕、裸坡三种地形每15天的观测结果;室内试验20cm深耕、10cm深耕、裸坡、5cm细沟、10cm细沟、15cm细沟六种地形在40mm/h、90mm/h、120mm/h三种雨强条件下雨前雨后的观测数据提取出雨前、雨后糙度微地形的糙度。得出野外地形条件下地形与糙度变化呈正相关,室内条件下雨强对于糙度影响十分复杂;裸坡在降雨强度变化的情况下糙度变化耕接近细沟而并非耕作地形,耕作地形糙度变化为先夷平而后产生侵蚀,而沟蚀则直接产生侵蚀现象。


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