[发明专利]一种快速高效水土保持淤地坝调查与评估方法

摘要

本发明涉及一种快速高效水土保持淤地坝调查与评估方法，包括：初选淤地坝位置；获取高精度数字地形；求取各个栅格数据；确定需要进行地形特征判断的栅格周边的运算范围；根据地形特征判定淤地坝位置；判定淤地坝现状特征；计算坝后库容；淤积体积计算；淤地坝上游土壤侵蚀模数的计算。本发明先利用低分辨率的DEM数据确定可能出现淤地坝的位置，再利用航拍的方式构建高精度的DEM数字化地形，并利用数字化地形对淤地坝可能出现的区域进行分析，确定是否有淤地坝并利用数字化地形对确定有淤地坝的位置进行分析，最终判断出淤地坝的大小和淤积范围。在通过获取的淤积范围得到淤地坝的其他数据，并根据这些数据获取淤地坝上游水土保持的状态。

主权项

1.一种快速高效水土保持淤地坝调查与评估方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1，初选淤地坝位置：利用研究区域的低精度DEM数据，以汇水面积0.5km2为阈值提取流域数字河网，根据控制面积大小判断淤地坝可能的位置，运算的河网处的控制面积是否小于50km²且大于0.5km²，如果控制面积在此范围内，即为淤地坝的预选位置；步骤2：获取高精度数字地形：利用流域数字河网和淤地坝预选位置制定无人机飞行路线，派出无人机按照飞行路线沿河网进行拍摄和航测，获取分辨率为5乘5米，高度相对误差小于1米的高精度DEM数据；步骤3：求取各个栅格数据的步骤：根据高精度DEM数据，求取各个栅格DEM的坡向、坡度、曲率数据；步骤4：确定需要进行地形特征判断的栅格周边的运算范围：根据淤地坝的坝长最大值Lmax和最小值Lmin，结合栅格尺寸l，以河网栅格的理论位置位于沟道正中的位置，考虑运行误差，同时提升淤地坝的识别精度，栅格运算的地形特征搜索判断半径取r=Lmax；步骤5：根据地形特征判定淤地坝位置：对河网经过的栅格及其周边栅格进行扫描和坡向、坡度特征分析，分析范围按照栅格分辨率和坝长综合确定；扫描过程为：以河道栅格（i，j）为中心，以n为搜索半径，n=int（r/l），由内向外检测各个栅格的坡向、坡度数据；i、j为河道中心网格坐标，以1为起始的自然数；特征分析过程为：以坡向为主要判断条件，以坡度为辅助条件，计算比较（i‑n，j‑n）~（i+n，j+n）范围内栅格的地形变化特征；包括如下子步骤：子步骤1：对（i，j）栅格周围的八个栅格的坡向数据进行比较，出现下述两种情况：情况1：如果出现两个对边或者两个对角线边的坡向差值表现为相差在0附近，与之垂直或近似垂直方向两侧格栅的坡向差值相差在180附近，且前坡向差值表现为相差约180的一对格栅的坡度差值的绝对值大于河道平均比降；情况2：如果出现有几个同侧栅格的坡向表现为0，另一侧的几个格栅的坡向相同；如果不能确定出现上述特征，则以（i，j）栅格为中心逐步扩大搜索范围，直至达到搜索半径，如果还不能确定上述特征则停止在（i，j）栅格的搜索更换其他栅格进行搜索；子步骤2：对（i，j）栅格周围八个栅格外的十六个栅格的坡向数据进行比较，出现下述两种情况：情况1：坡向差值在0附近的栅格排列是否表现为直线或近似直线，其直线两侧的栅格坡向差值是否也表现出在180附近；情况2：坡向差值在0附近的栅格数是否在在增加，坡向相同的栅格是否沿一条直线延伸；如果“否”或者不能确定上述特征，则以（i，j）栅格为中心继续逐步扩大搜索范围，直至达到搜索半径，如果还不能确定则停止（i，j）格栅为中心的搜索；如果“是”则进入下一步骤；子步骤3：对所述直线两端的栅格的周围栅格进行坡面和坡度判断，是否同样表现出其沿直线方向格栅的特征；如果“否”或者不能确定则以正在搜索的栅格为中心逐步扩大搜索范围，直至达到搜索半径，如果还不能确定则停止搜索，如果“是”则继续沿直线扩大判断范围，直至沿直线方向栅格的特征消失，则所述直线所在栅格的位置为淤地坝的位置，直线的长度为淤地坝的长度；其中，表现为情况1的是还未淤满的淤地坝，表现为情况2的已经淤满的淤地坝；步骤6，判定淤地坝现状特征：根据所确定的淤地坝位置，提取淤地坝位置两侧栅格的地表曲率数据，则两侧曲率较大的位置即为沟道折线，折线延长的间距约等于淤地坝的坝长以此利用曲率信息，检测并确认淤地坝的走向和长度；步骤7，计算坝后库容：利用库区地形图，确定量算淤地面积的起点高程和等高距；分别量出各层等高线所包围的面积，即为该高程的淤地面积；用两层面积的平均值乘其等高距，得出层间库容；累加各层库容，得出各高程下的总库容，绘制水位—库容和水位—淤地面积关系曲线；步骤8，淤积体积计算：通过水位‑淤地面积、水位‑库容曲线提取淤积深度，淤积深度和淤积面积相乘，得到淤积体积；以淤地坝为点，进行盆域分析，得到淤地坝控制面积；将有效库容减淤积体积，得到剩余有效库容；步骤9，淤地坝上游土壤侵蚀模数的计算：土壤侵蚀模数（t/（km2·ya））=淤积体积/淤地坝控制面积/淤积年限。