[发明专利]利用面向对象的三维元胞自动机进行水土流失模拟的方法

说明书

本发明公开了一种利用面向对象的三维元胞自动机进行水土流失模拟的方法，计算土壤侵蚀强度等级并得到土壤侵蚀强度等级矢量图；计算各等级图斑面积和；预测研究区域内发生水土流失的总面积并得到各等级发生水土流失的面积；遍历土壤侵蚀强度等级矢量图所有图斑，获取图斑空间联合概率；根据坡度、植被覆盖度、土地利用类型及水保措施计算三维决策因子；根据“地理学第一定律”和空间关系，定义面向对象的三维元胞自动机的变化规则；基于发生等级变化后的土壤侵蚀强度等级图，重新计算空间联合概率，选取发生水土流失的区域。本发明以“地理学第一定律”为基础，提出了一种大尺度下面向对象的三维元胞自动机，实现水土流失的三维动态模拟。

技术领域

本发明属于地理信息科学与地理过程模拟技术领域，涉及一种利用面向对象的三维元胞自动机进行水土流失模拟的方法，具体涉及一种基于三因子模型(地形坡度、地表覆盖度和土地利用类型)和不确定性的面向对象三维元胞自动机实现水土流失动态模拟的方法。

背景技术

现有水土流失模拟系统需考虑地形、地表覆盖、降雨等多种影响因素。在建立水土流失系统的过程中，由于参数多样，运算复杂，不利于水土流失的模拟。同时，当前水土流失模拟系统中元胞自动机多以栅格为单元且为二维空间分析, 忽略了高程因素的影响，缺少三维可视化显示，不利于进行水土流失变化趋势的模拟；仅基于栅格数据建立模型，不能充分考虑地理实体的空间特征，对全局空间考虑不足。

发明内容

为应对三维空间对象的动态模拟问题，本发明以地理学第一定律为基础，提供了一种基于三因子模型(地形坡度、地表覆盖度和土地利用类型)和不确定性的面向对象三维元胞自动机实现水土流失动态模拟的方法。

本发明所采用的技术方案是：1.一种利用面向对象的三维元胞自动机进行水土流失模拟的系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：计算土壤侵蚀强度等级并得到土壤侵蚀强度等级矢量图；

步骤2：遍历土壤侵蚀强度等级矢量图中所有图斑，得到ID号为ID_center(i)、等级为j的图斑i的面积A^j_center(i)；记录等级为j的所有图斑的面积和为A^j_rank；

其中，j＝1,2,3,…,N，N为等级总数；

步骤3：预测研究区域内发生水土流失的总面积A_sum，其中研究区域总面积为A_area；

步骤4：遍历土壤侵蚀强度等级矢量图所有图斑，获取图斑空间联合概率；

步骤5：将相同研究区域内的植被覆盖度图及坡度图归一化后转换为栅格图；记x,y为栅格图行列号，z(x,y)为根据DEM数据得到的(x,y)像元处的高程值；结合水保措施情况，计算(x,y,z(x,y))像元的三维决策因子P_change，P_change越高更易发生水土流失；

其中，NDVI为植被指数，NDVI_max、NDVI_min为最大及最小NDVI值，V为植被覆盖度，L对应土地利用类型，S_x,y,z(x,y)为坡度，dz/dx和dz/dy分别表示像元及其邻域确定的x方向变化率和y方向变化率；W为水保措施情况，W＝0表示无水保措施，W＝1表示设置水保措施；

步骤6：根据“地理学第一定律”和空间关系，定义面向对象三维元胞的变化规则；

步骤7：对研究区域进行水文分析；