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首次！这项研究看起来很酷！

西安科技大学

2021-10-01 18:46:23 文/罗霞图/贺诗琪

近日，西安科技大学测绘学院地貌遥感与水土保持研究团队（Remote Sensing of Geomorphology & Soil and Water Conservation）高晨迪（博士研究生）、李朋飞、胡晋飞、姚顽强等在《Remote Sensing of Environment》（RSE）发表了题为“Development of gully erosion processes: A 3D investigationbased on field scouring experiments and laser scanning”的研究论文，这是西安科技大学首次以第一完成单位发表在RSE上的文章。RSE被公认为遥感领域最具权威性的国际期刊之一，2021年最新影响因子为10.164，5年影响因子为11.057，主要发表有关遥感的理论、科学、应用和技术的原创成果。

该研究主要由国家自然科学基金项目“黄土丘陵沟壑区坡沟系统侵蚀产沙过程与机理研究（41807063）”和“黄土丘陵沟壑区重力侵蚀时空特征与驱动机制（41977059）”资助完成。

文章图片摘要

破解监测难题

开发3D体积微分算法

沟道侵蚀为土壤侵蚀的最严重形式之一，厘清沟道发育过程及侵蚀产沙来源是沟道治理的必要前提。然而，传统监测方法难以量化沟道地形变化，导致沟道侵蚀发育过程及不同子过程（如重力侵蚀、水力侵蚀等）的贡献尚不清楚。为此，地貌遥感与水土保持团队于黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站示范流域辛店沟内开展原位坡面放水冲刷试验，结合架站式三维激光扫描技术（Terrestrial Laser Scanning，TLS）准确获取沟道发育过程中地形变化信息，进而分析了沟道发育时空过程。同时，团队重点突破并开发了基于地形变化点云的3D体积微分算法并验证其在沟道侵蚀中的精度，为量化沟道发育过程奠定了基础。研究结果表明：（1）TLS可准确量化复杂地形下的沟道侵蚀。（2）沟道发育由垂直和水平双向循环驱动。（3）重力侵蚀不是沟道的主要产沙来源，但其明显影响沟道形态变化。

沟道长（a）、沟道深（b）尺度下的沟道形态发育过程

传统2D体积计算方（a）与3D微分体积算法（b）

3D微分体积算法精度验证

潜心研究

让成果更有意义

沟道是土壤侵蚀的最严重阶段，深入研究沟道侵蚀过程与机理对土壤侵蚀与水土保持学科发展、区域经济发展、生态文明建设等具有重要意义。本研究将测绘遥感等精密测量手段应用于沟道侵蚀过程的研究中，克服了传统方法测量数据时空分辨率低的缺点，实现了沟道发育过程的高精度三维监测，在此基础上，分析了沟道的水平与垂直发育过程，辨析了水力与重力等不同驱动因素对沟道发育的贡献。从学科发展上讲，运用测绘遥感精密测量手段研究沟道侵蚀时空特征，可有力推动土壤侵蚀过程和机理研究，可为沟道侵蚀模型和土壤侵蚀过程模型的研发奠定基础，进而推动土壤侵蚀与水土保持学科发展。从国家需求、生产实际上讲，摸清沟道侵蚀时空特征和驱动机制，可为未来黄土高原土壤侵蚀防治和水土保持措施制定提供科学依据和评估工具，有利于减少区域土壤养分流失、提高土地质量、优化土地利用方式，提高农业产出、优化当地经济结构，摆脱贫穷状态。同时，黄土高原是黄河的主要泥沙策源地，因此厘清黄土高原沟道侵蚀时空特征与机制，也可为黄河流域生态保护和高质量发展提供有力支撑。

地貌遥感与水土保持研究团队（Remote Sensing of Geomorphology & Soil and Water Conservation）主要研究方向有：地形变化遥感监测方法、土壤侵蚀过程及其模型模拟等。团队在李朋飞副教授与胡晋飞博士带领下，聚焦领域前沿问题，每年在陕北黄土高原驻扎数月开展野外试验与数据采集，积累了大量的野外实测数据。与此同时，团队与国内外科研院所积极交流（如，中科院水土保持研究所、利兹大学、维尔茨堡大学、卡尔斯鲁厄理工学院等），不断吸收国际国内地貌遥感和水土保持领域的最新研究成果与研究方法，确保团队工作的先进性。2018年以来，团队先后获批国家自然科学基金面上项目（41977059）、国家自然科学基金青年项目（41807063）、国家自然科学基金国际（地区）合作研究与交流项目（GZ1542）、陕西省教育厅基金（19JK0522）、黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室基金（A314021402-1603）、西安科技大学优秀青年基金等多项科研项目。发表学术论文10余篇，专利2项。