基于GIS和虚拟现实技术的小流域水土流失及影响因子三维模拟

摘要

分析与评价小流域状况及综合治理成效，不仅对区域水土保持的发展起到促进作用，还能够推动区域经济的发展。虚拟现实技术构建虚拟场景实现非时空性，目前被广泛的应用于各领域，但在水土保持专业的研究及运用还不够多。为了能够形象直观的反应水土流失及各类因子的空间分布及变化，本文将虚拟现实技术与水土流失及影响因子的三维模拟相结合进行探索，可为沂蒙山区小流域综合治理，优化小流域规划设计提供新的方法与途径，有助于促进水土保持信息化建设与发展。
　　本文以沂蒙山区九仙山小流域为对象，基于航片、高分卫片、1:1万地形图，采用地理信息系统(ArcGIS)、虚拟现实(VR)等技术，在分析典型年份水土流失影响因子状况及变化特征的基础上，利用综合评判法开展了水土流失综合评价及动态变化，并通过三维模拟，创建了小流域水土流失影响因子及水土流失状况三维模拟，实现多角度、实时、直观的观察场景，对小流域状况的分析与评价起到了较好的辅助作用。
　　(1)九仙山小流域土地利用中以耕地、林地为主，两者占总面积的75％。耕地主要分布于流域南部山间斜平地、林地分布北部低山丘陵区;变化最明显的是:水浇地、旱梯田减少，梯田果园、平地果园增加，变化主要是新增果园引起;其他土地利用类型变化较小。植被覆盖度中覆盖度所占比例最大，低覆盖度和中覆盖度变化较大，低覆盖增加30.70hm2，中覆盖减少23.30hm2，其次为中高覆盖度，其他植被盖度等级变化幅度较小。
　　(2)与2009年相比，2013年水土流失面积减少27.18hm2。其中轻度侵蚀面积变化最大，减少了46.36hm2，中度侵蚀面积增加16.32hm2，强烈侵蚀面积增加2.66hm2;主要变化特征是，以轻度侵蚀为主的耕地新增为果园，致使侵蚀强度级别由轻度变为中度，中度侵蚀增加;流域内旅游开发局部增建基础设施，导致强烈侵蚀面积增加;土壤侵蚀强度空间分布呈现一定的规律性，从低海拔到高海拔呈现出侵蚀加剧的趋势。
　　(3)水土保持措施总治理面积增加19.12hm2，其中梯田面积增加2.18hm2，乔木林面积减少了26.10hm2，灌木林面积增加25.06 hm2，经果林增加17.98hm2，水保工程新增塘坝4座。
　　(4)根据小流域水土流失的实际情况，借助虚拟现实技术模拟小流域的全貌。探索ArcGIS三维建模和VUE10 XStrem三维模拟的方法。探索分析水土流失空间表现上的有效途径。基于ArcGIS对三维可视化渲染输出的不足，探索了自然环境地形的高精的渲染效果的输出及表现方式。对小流域三维立体的场景的构建、可视化进行了研究和探索，并实现了在三维立体场景中的漫游、与自由浏览等功能。
　　虚拟现实技术分析水土流失、土地利用、植被盖度等，总结影响水土流失因子的空间变化规律及趋势。创新性的将三维模拟现实技术运用到水土流失监测中。真实的再现了小流域三维虚拟景观，并且实现对水土流失监测的空间变化的直观、真实、精确模拟，是水土流失监测中的一次创新，为以后的小流域规划治理提供了新的方法及途径。

目录

声明

符号说明

摘要

1 引言

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国内外水土流失究现状

1．2．2 国内外虚拟现实技术研究现状

1．2．3 GIS在水土流失中的应用

2 材料与方法

2．1 研究区概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 自然概况

2．1．3 社会经济状况

2．1．4 水土流失与水土保持

2．2 研究内容与方法

2．2．1 研究内容

2．2．2 研究方法

2．2．3 技术路线图

3 结果与分析

3．1 水土流失影响因子三维模拟

3．1．1 地形地貌

3．1．2 土地利用

3．1．3 植被状况

3．2 水土流失状况三维模拟

3．3 水土保持措施状况三维模拟

4 讨论

5 结论

参考文献

致谢