[发明专利]一种融合地表形态特征的坡长提取方法

说明书

本发明提供了一种融合地表形态特征的坡长提取方法，包括：步骤一，DEM数据预处理：步骤二，根据正DEM计算D8流向和等高线曲率：步骤三，根据负DEM计算up_iGD8上坡向：步骤四，根据D8计算汇水面积并设置阈值确定沟道截断矩阵：步骤五，根据up_iGD8上坡向计算坡度并确定坡度截断矩阵：步骤六，根据up_iGD8上坡向计算上坡坡度线长度：步骤七，根据坡长计算公式计算得到坡长。坡长计算公式为：本发明的方法在连续的解空间中推导了坡长理论模型，可以得到一种直接的坡长计算方法，避免了对上坡汇水面积和有效等高线宽度的估计来提取坡长，有效降低了计算原理中潜在的误差风险。

技术领域

本发明属于数字地形分析领域，涉及坡长提取，具体涉及一种融合地表形态特征的坡长提取方法。

背景技术

通用土壤流失方程(USLE)和修正的通用土壤流失方程(RUSLE)因其高效性和健壮性被广泛应用于土壤侵蚀预测和评价。坡长因子(L-factor)是USLE/RUSLE模型中的一个重要地形因子，L-factor是坡长(Slope Length)除以标准长度(22.13m)后取坡度指数的一个比例参数，反映了一种水流携带泥沙的侵蚀强度。其中，坡长的基本定义是从径流源点到坡面泥沙发生沉积或到河网截断处的水平投影距离。

然而坡长因用户的不同理解而存在诸多的计算方法，在区域尺度中一般基于数字高程模型(DEM)进行提取，广泛研究的坡长提取包括：基于一维径流路径的直接计算方法，基于单位汇水面积的代替坡长计算法。然而，直接计算法通过计算流路的累计长度导致不能反映坡面的收敛、发散的变化，其结果与地表的形态变化吻合程度较差；代替计算法主要是通过估算上坡水流的汇水面积和所在出水口的有效等高线宽度，将两者做比按照单位汇水面积来代替坡长进行计算，这种方法在估算上坡汇水面积和有效等高线宽度时的误差较大，严重影响坡长的提取结果。前人研究中多集中于用不同方法计算上坡汇水面积来尝试提取到更合理的坡长，但上坡汇水面积和有效等高线宽度的两因素误差未曾得到有效的解决。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种融合地表形态特征的坡长提取方法，解决现有技术中的坡长提取方法的误差较大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种融合地表形态特征的坡长提取方法，该方法采用的坡长计算公式为：

式中：

λ表示坡长；

λ₀表示局部最高点的坡长；

l表示坡度线长度；

k_c表示等高线曲率。

本发明还具有如下技术特征：

该方法在DEM中提取坡长，具体包括以下步骤：

步骤一，DEM数据预处理：

步骤1.1，读取DEM数据：

Step101，创建demMap对象，读取DEM数据的头信息；

所述的头信息为栅格尺寸cellsize、栅格总行数rows和栅格总列数cols；

Step102，读取栅格矩阵并记录到浮点型的二维数组demData中；

步骤1.2，DEM数据缺失修复与填洼处理：

采用单环搜索方法对DEM数据进行洼地填充，遍历二维数组demData，在3×3的搜索窗口中，每次判断中心栅格数值是否均小于周围8个，如果满足该条件就将中心栅格赋值为8邻域中的最小值；如果中心栅格缺失数据，则将中心栅格赋值为8邻域中的最小值；