一种利用数值影像解析评价地表粗粒化程度的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用数值影像解析评价地表粗粒化程度的方法，包括：（１）采集风蚀地表数值影像；（２）将数值影像，导入ＥＲＤＡＳ－ＩＭＡＧＥ软件，进行格式转化、裁剪、亮度拉伸、影像灰度信息统计分析、采用空间模型进行颗粒类型分类处理，将数值影像中的颗粒各自孤立区分开来；（３）运用ＡＲＣ－ＧＩＳ软件转化为矢量类型的影像，矢量类型的数值影像中颗粒被表征为一个个孤立的多边形；（４）在ＡＲＣ－ＧＩＳ软件下以原图像为底版描绘颗粒实际形状大小的多边形，以描绘面积作为因变量，提取面积作为自变量在ＳＰＳＳ软件中进行回归分析，得到提取方法的面积补偿方程，对处理得到的表征颗粒大小的多边形进行面积补偿运算，得到颗粒实际大小，进而计算出地表粗粒残留量，进行风蚀地表粗粒化程度的评价。该方法操作便易，测定效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过数码相机近距离拍照获取数值影像并经ERDAS-IMAGE和 ARC-GIS软件处理提取风蚀地表粗粒残留量信息、解析评价地表粗粒化程度的方法，属于土 壤风蚀监测评价

技术介绍
荒漠化是全球性的环境问题之一，在世界各大洲均有分布，对人类社会的生存和 发展构成严重威胁，我国是世界上受荒漠化危害最严重的国家之一。据我国第三次荒漠化 和沙化状况公报(2005年6月，国家林业局)显示，截至2004年，全国荒漠化土地总面积 为263. 62万km2，占国土总面积的27. 46%，分布于北京、内蒙古、新疆等18个省(自治区、 直辖市)的498个县(旗、市)。在各种形式的荒漠化中，土壤风蚀是干旱、半干旱及亚湿 润干旱区土地荒漠化的首要表现形式，它的发生发展将导致土地质量下降，耕地退化，草场 劣化，土壤流失、地表粗粒化进而形成以流沙为特点的沙漠景观，严重影响当地的农牧业生 产和社会经济的持续稳定发展。此外，风蚀还产生大量悬浮于大气中的气溶胶颗粒，直接 对人类和生物的生存空间造成污染，影响人类健康和生命安全。风蚀监测评价是指对土壤 风蚀的影响范围和作用强度进行监测和评价，通过深入剖析监测评价结果可以阐明风蚀成 因、模拟风蚀过程、估算风蚀发展速率及程度，为掌握荒漠化和沙化土地的现状及动态变化 趋势、制定防治风蚀宏观决策提供科学依据。研究掌握风蚀地表粗粒化过程是进行荒漠化 监测与评价的首要基础和前提，科学评价粗粒化程度能准确判断风蚀程度、潜在风蚀量、抗 风蚀能力的状况，进而针对风蚀各个阶段采取科学、有效、省时省力的防治措施。在实际工 作中，能否准确把握地表粗粒的比例和残留状态，是科学判断当地风蚀程度及潜在侵蚀能 力的首要条件。同时，研究地表空气动力学粗糙度与表面结皮、砾石、土块等地表较大颗粒 残留物的含量、粒级之间关系，尤其是地表空气动力学粗糙度与上述地表残留物覆盖度之 间的关系，在防沙治沙实践中具有重要的科学意义。以往风蚀地表粗粒化程度评价主要是 通过直接取样筛分实测法来确定地表粗粒的含量，进而推算风蚀量、侵蚀强度及潜在侵蚀 能力。随着测试手段的不断进步，现地测定结合风洞实验等先进测试方法逐步应用到该领 域，例如对不同粒级的颗粒进行染色，经一定风速吹蚀后对表面进行光学照相，通过计算影 像中风蚀表面上各粒级颗粒的残留量，估算风蚀量的变化进行风蚀粗粒化程度的监测与评 价。但上述方法均存在破坏原始地表状态、可重复性差、测定过程比较繁琐以及受电力和环 境条件的限制仪器设备不便在现地使用等缺陷，同时，风蚀粗粒化地表土壤表层实际取样 厚度是左右地表粗粒残留量评价结果的主要限制性因子，但目前在实验现地很难准确测得 地表风蚀粗粒化层厚度，因此，造成了目前土壤风蚀监测评价方法精度低、误差大、费时费 力的现状，同时受仪器设备和测试手段限制，上述评价方法的实用性较低，特别是在不具备 实验室条件的干旱、半干旱地区，很多时候监测评价的具体测定工作难以实施完成。为了克服上述缺陷，在现地仪器设备携带方便、测定过程比较简单、采用可重复性 良好的非接触方式且不破坏原始地表状态、同时不受实验环境条件限制的可以在现地正常实施的测定方法亟待开发。
技术实现思路
基于以上考虑，本专利技术提供了一种利用数值影像解析评价地表粗粒化程度 的方法，正是采取了非接触方式、快捷地采集风蚀粗粒化地表的数值影像并通过后续 ERDAS-IMAGE和ARC-GIS软件处理分析，能够较为准确、快捷地提取到地表粗粒残留量以及 表面结皮、砾石、土块等较大颗粒地表残留物的含量、粒级等信息，是目前土壤风蚀监测评 价相对便利的方法。本专利技术提供的利用数值影像解析评价地表粗粒化程度的方法，包括以下步骤(1)根据监测评价目标要求选定满足以下四个条件的采集模式进行风蚀地表数值 影像的采集影像的分辨率可以达到区分目标颗粒的要求；将相机固定在三脚架上，镜头 垂直于采集面；在采集面上放置刻度尺；遮蔽直射阳光，目的是消除阴影的干扰；(2)将步骤⑴采集的数值影像，导入ERDAS-IMAGE软件，进行格式转化、裁剪、亮 度拉伸、影像灰度信息统计分析、采用空间模型进行颗粒分类处理，将数值影像中的颗粒各 自孤立的区分开来；(3)运用ARC-GIS软件将步骤(2)处理后的栅格类型的数值影像转化为矢量类型 的影像，矢量类型的数值影像中颗粒被表征为一个个孤立的多边形；(4)在ARC-GIS软件下以原图像为底版描绘颗粒实际形状大小的多边形，以描绘 面积作为因变量，提取面积作为自变量在SPSS软件中进行回归分析，得到提取方法的面积 补偿方程，运用该方程对处理得到的表征颗粒大小的多边形进行面积补偿运算，计算得到 颗粒实际大小，进而得到地表粗粒残留量，进行风蚀地表粗粒化程度的评价。较佳地，步骤(1)中采集的风蚀地表数值影像能正确识别和检测风蚀地表直径 ≥ 0. Imm的包括颗粒和结皮在内的所有地表物的数量及几何大小信息。较佳地，步骤⑵和(3)中的处理过程及方法分别依据ERDAS-IMAGE软件和 ARC-GIS软件操作规程进行。较佳地，步骤⑵中，数值影像格式转化是指采用ERDAS-IMAGE软件输入输出功能 将采集得到的JPG格式的影像转化为ERDAS-IMAGE软件默认的IMG影像模式。较佳地，步骤⑵中，影像裁剪是通过ERDAS-IMAGE软件的规则裁剪功能将原影像 边缘5cm的边框去除，目的是为了消除标尺对影像进一步分析处理的影响。较佳地，步骤(2)中，亮度拉伸的具体的做法是在ERDAS-IMAGE软件下建立亮度 拉伸空间模型进行处理，先将原影像拆分为三张单波段影像，对每个波段影像采取X'= X*255/Max(X)的拉伸规则分别拉伸，再将拉伸后单波段影像组合成三波段数值影像。亮度 拉伸的目的是将不同时间拍摄的同一类型风蚀地表数值影像统一到相同亮度便于空间分 类模型的统一。较佳地，步骤(2)中，影像灰度信息统计分析是指首先根据颗粒的色彩及亮度进 行颗粒分类，尔后采用ERDAS-IMAGE软件光标查询功能查询不同类型颗粒表面灰度值信 息，统计分析进而了解和掌握影像中不同类型颗粒灰度值特征。较佳地，步骤(2)中，颗粒分类处理是指在ERDAS-IMAGE软件下建立分类空间模 型进行颗粒的分类处理，处理后使影像中各个颗粒孤立开来，分类规则是在上述影像灰度信息统计分析基础上针对每类型颗粒制定的并经不断的处理比较逐步完善得到的，在干旱、半干旱区将风蚀地表颗粒区分为五类反射强的颗粒、反射中且是黄色颗粒、反射中但 不是黄色颗粒、反射弱但不是蓝色颗粒和反射弱且是蓝色颗粒，依次对应的分类规则是 not and (R+G+B) >= C” (R+G+B) >= C3and (R-B) >= C4、not and (R+G+B) > = C2and (R+G+B) < C1、{not and (R+G+B) > = C3and (R+G+B) < C2I or {(R+G+B) < C3and R > = B > = G}和(R+G+B) < C3and B > = G > = R,这其中的 not、and和or是布尔运算的运算符A、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用数值影像解析评价地表粗粒化程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）根据监测评价目标要求选定满足以下四个条件的采集模式进行风蚀地表数值影像的采集：影像的分辨率可以达到区分目标颗粒的要求；将相机固定在三脚架上，镜头垂直于采集面；在采集面上放置刻度尺；遮蔽直射阳光；（２）将步骤（１）采集的数值影像，导入ＥＲＤＡＳ－ＩＭＡＧＥ软件，进行格式转化、裁剪、亮度拉伸、影像灰度信息统计分析、采用空间模型进行颗粒分类处理，将数值影像中的颗粒各自孤立的区分开来；（３）运用ＡＲＣ－ＧＩＳ软件将步骤（２）处理后的栅格类型的数值影像转化为矢量类型的影像，矢量类型的数值影像中颗粒被表征为一个个孤立的多边形；（４）在ＡＲＣ－ＧＩＳ软件下以原图像为底版描绘颗粒实际形状大小的多边形，以描绘面积作为因变量，提取面积作为自变量在ＳＰＳＳ软件中进行回归分析，得到提取方法的面积补偿方程，运用该方程对处理得到的表征颗粒大小的多边形进行面积补偿运算，计算得到颗粒实际大小，进而得到地表粗粒残留量，进行风蚀地表粗粒化程度的评价。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：虞毅，高永，李玉宝，汪季，孙志宏，胡小龙，张风春，
申请(专利权)人：虞毅，高永，李玉宝，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]