基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法包括如下步骤：(1)建立斜坡单元划分标准，根据岩层倾向与坡面倾向的夹角绝对值、岩层倾角、坡角及岩层倾角与坡角之间的关系将待识别的喀斯特槽谷区划分为多个斜坡单元(2)提取坡角和坡面坡向(3)提取岩层倾角和岩层倾向(4)岩层产状空间插值(5)提取斜坡单元，利用步骤(2)获得的坡角和坡面坡向及利用步骤(3)获得的插值后的岩层倾角和岩层倾向，并根据步骤(1)中的斜坡单元划分标准在GIS软件里求得不同类型的斜坡单元；该方法实现了对喀斯特槽谷顺、逆向坡进行高精度自动化识别、制图的目的。识别、制图的目的。识别、制图的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法


[0001]本专利技术涉及生态修复领域，特别涉及一种基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法。

技术介绍

[0002]中国西南岩溶区是我国乃至世界面积最大、分布最广的喀斯特地区，其不同程度的石漠化面积约为564800km2。该地区地形条件复杂，生态系统脆弱，主要表现为水土流失快、土地退化严重、人地矛盾尖锐，区域发展可持续性差。
[0003]喀斯特槽谷顺、逆向坡土壤的水分含量差异会影响土壤的理化性质的空间变异，导致对植被恢复的响应也不一样。研究显示，顺向坡土壤的自然含水量、土壤的淋溶发育情况、硝化和反硝化能力、盐基离子交换量以及土壤基本养分均高于逆向坡，而pH低于逆向坡；顺向坡更有利于水分的入渗和保持，促进土壤的淋溶与发育，且土壤微团聚体结构稳定性比逆向坡好。除此之外，喀斯特槽谷区的顺、逆向坡面的坡面水动力学参数也有所不同。强降雨期间其坡面流、地下水的水文地球化学特征也具有显著差异，逆向坡坡面产生流滞后于顺层坡，且Ca2+、Mg2+、HCO3
‑
浓度较顺层坡低。
[0004]因此在石漠化治理过程中应采取不同的保水保土措施，由此需区分顺逆向坡，传统的顺、逆向坡提取主要是靠实地地质地貌观测后由手工在地图上直接勾绘界线，此种方式耗费财力、物力、人力，工作量巨大，对于具体操作者要求有较高的地质专业素养，且对于大面积范围提取顺、逆向坡区域有难度，因此希望提供一种基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法以达到对喀斯特槽谷顺、逆向坡高精度自动化识别、制图的目的，可为喀斯特槽谷分区石漠化治理打下基础。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法，以达到对喀斯特槽谷顺、逆向坡高精度自动化识别、制图的目的，可为喀斯特槽谷分区石漠化治理打下基础。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法，包括如下步骤：
[0008](1)建立斜坡单元划分标准
[0009]根据岩层倾向与坡面倾向的夹角绝对值、岩层倾角、坡角及岩层倾角与坡角之间的关系将待识别的喀斯特槽谷区划分为多个斜坡单元；
[0010](2)提取坡角和坡面坡向
[0011]待识别区坡角和坡面坡向由DEM数据在arcgis软件中利用3D Analyst工具下的栅格表面模块提取；
[0012](3)提取岩层倾角和岩层倾向
[0013]待识别区岩层倾角由地质图直接提取；
[0014]待识别区岩层倾向由地质图通过以下Python表达式在arcgis软件中提取；
[0015]Python表达式为：
[0016]D＝90－math.degrees(math.atan2((！END_Y！－！START_Y！)(！END_X！－！START_X！)))
[0017]其中D代表产状短线与正北方向的夹角，即岩层倾向；START_X和START_Y为产状短线起点坐标；END_X和END_Y为产状短线终点坐标；
[0018](4)岩层产状空间插值
[0019]对待识别区地质图中的产状信息进行分区获得岩层产状分区线图层，分区界线设置在使产状发生变化的产状突变地，以使每一分区内的岩层可近似认为是整合接触关系；
[0020]利用arcgis软件中“Spatial Analyst”模块中的反距离权重法工具对步骤(3)提取的岩层倾向、岩层倾角进行空间插值，把待识别区的岩层产状分区线图层作为阻隔线输入，获得岩层产状空间插值图；
[0021](5)提取斜坡单元
[0022]利用步骤(2)获得的坡角和坡面坡向及利用步骤(3)获得的空间插值后的岩层倾角和岩层倾向，并根据步骤(1)中的斜坡单元划分标准在GIS软件里求得不同类型的斜坡单元。
[0023]进一步，多个斜坡单元分别为近水平层状斜坡、顺向坡、顺斜坡、横向坡、逆斜坡、逆向坡，所述顺向坡细分为顺向飘倾坡、顺向层面坡和顺向伏倾坡。
[0024]更进一步，步骤(4)中反距离权重法公式：
[0025][0026]式中，为S0处的预测值；N为预测计算过程中要使用预测点周围样点的数量；λ
i
为预测计算过程中使用的各样点的权重；为在S
i
处获得的测量值；
[0027]确定权重的计算公式为
[0028]式中，P为指数值，用于控制权重值的降低；P的确定一般取均方根预测误差的最小值；反距离加权插值法中参数P的值通常为2；为预测点S0与各已知样点S
i
之间的距离。
[0029]再进一步，步骤(5)中在ArcGIS里通过模型构建器进行多次重分类及逻辑运算求得不同类型的斜坡单元。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术的基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法，通过DEM数据及地质图提取坡角、坡面坡向、岩层倾角和岩层倾向，并对提取的岩层倾角和岩层倾向进行空间插值，根据坡角、坡面坡向、空间插值后的岩层倾角和岩层倾向及斜坡单元划分标准可求得喀斯特槽谷区不同类型的斜坡单元，实现了对喀斯特槽谷顺、逆向坡进行高精度自动化识别、制图的目的。
[0032]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可
以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
[0033]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：
[0034]图1为本专利技术待识别的贵州省印江县郎溪槽谷地理位置卫星影像图。
[0035]图2为图1中地质图。
[0036]图3为从图1中提取的坡角图。
[0037]图4为从图1中提取的坡面坡向图。
[0038]图5为图2中的产状信息分布图。
[0039]图6为提取的岩层倾角图。
[0040]图7为提取的岩层倾向图。
[0041]图8为本专利技术求得的不同类型的斜坡单元图。
具体实施方式
[0042]以下将参照附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。
[0043]如图1所示，基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法(本专利技术研究区以贵州省印江县郎溪槽谷为例，如图1所示)，包括如下步骤：
[0044](1)建立斜坡单元划分标准
[0045]根据岩层倾向与坡面倾向的夹角绝对值、岩层倾角、坡角及岩层倾角与坡角之间的关系将待识别的喀斯特槽谷区划分为多个斜坡单元，具体见表1；多个斜坡单元分别为近水平层状斜坡、顺向坡、顺斜坡、横向坡、逆斜坡、逆向坡，所述顺向坡细分为顺向飘倾坡、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于GIS的喀斯特槽谷顺逆向坡自动识别方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)建立斜坡单元划分标准根据岩层倾向与坡面倾向的夹角绝对值、岩层倾角、坡角及岩层倾角与坡角之间的关系将待识别的喀斯特槽谷区划分为多个斜坡单元；(2)提取坡角和坡面坡向待识别区坡角和坡面坡向由DEM数据在arcgis软件中利用3D Analyst工具下的栅格表面模块提取；(3)提取岩层倾角和岩层倾向待识别区岩层倾角由地质图直接提取；待识别区岩层倾向由地质图通过以下Python表达式在arcgis软件中提取；Python表达式为：D＝90－math.degrees(math.atan2((！END_Y！－！START_Y！)(！END_X！－！START_X！)))其中D代表产状短线与正北方向的夹角，即岩层倾向；START_X和START_Y为产状短线起点坐标；END_X和END_Y为产状短线终点坐标；(4)岩层产状空间插值对待识别区地质图中的产状信息进行分区获得岩层产状分区线图层，分区界线设置在使产状发生变化的产状突变地，以使每一分区内的岩层可近似认为是整合接触关系；利用arcgis软件中“Spatial Analyst”模块中的反距离权重法工具对步骤(3)提取的岩层倾向、岩层倾角进行空间插值，把待识别区的岩层产状分区线图层作为阻隔线输入，获得岩层产...

【专利技术属性】
技术研发人员：周光红，罗光杰，尹俊，
申请(专利权)人：贵州师范学院，
类型：发明
国别省市：