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在地形属性算法评价方面取得的进展

已有 3712 次阅读 2012-10-4 18:58 |个人分类:科研进展|系统分类:科研笔记| 数字地形分析, 算法评价

单位汇水面积(SCA),以及基于SCA定义的地形湿度指数等一系列区域地形属性,在地表过程研究所涉及的水文、土壤、地貌等诸多领域中有广泛而重要的应用。这些区域地形属性现今普遍是通过基于栅格数字高程模型(DEM)的流向算法进行计算。经过近二、三十年来的研究,提出并获应用的流向算法数量众多、结果各异,因此,对算法误差进行定量评价是保障区域地形属性计算可靠性的基础。

相对于通常所采用的以实际DEM评价流向算法的方式,通过数学模型构建人造表面来定量评价流向算法,可以避免数据源误差干扰评价结果等问题,从而专注于对算法误差的定量评价。但受限于SCA理论值推导的困难,现有的适用于流向算法误差评价的人造面模型仅能模拟最简单的地形条件,与实际中普遍存在的复合地形条件缺乏对应,影响了评价结果的适用性。

针对该问题,我指导学生基于正、余弦函数构建了一套人造面模型,对应于实际地形中普遍存在的地形条件,可分别模拟中心为凸、凹、马鞍形、山脊线的四种复合地形条件;同时,分别推导出对应的SCA理论值计算公式,并定义出应用流向算法时不受应用区边界效应影响的比较域,以保证对流向算法误差评价的客观性。通过将所设计的人造面模型实际应用于四种代表性流向算法(D8DinfFD8MFD-md),可从多尺度效应、误差统计分布、误差空间分布等多个角度对流向算法误差进行分析,体现了新建人造面模型的实用性。

最新研究成果已被《International Journal of Geographical Information Science》录用待刊。

 Qin C-Z, Bao L-L, Zhu A-X, Hu X-M, Qin B. Artificial surfaces simulating complex terrain types for evaluating grid-based flow direction algorithms. International Journal of Geographical Information Science, doi:10.1080/13658816.2012.737920.
 

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P.S. 这个工作的想法和具体思路我形成于08年,是我第一个自然基金研究工作的一部分。在09年上半年,将其作为我第一年招研究生的推免生包黎莉的本科论文题目,指导她完成了SCA理论值的推导和初步应用试验。09年秋天她正式进入研究生阶段后,以此参加中国地理学会09年年会,还获了一个青年优秀学术论文奖。这篇方法性文章开始了向期刊的投稿,不成想此后的经历是一路磨难。  
09年投《测绘学报》经几轮审稿,进行文章的修改、篇幅缩减,最后在编委终审阶段被拒了,理由让我很受打击。想了想,决定写成英文投IJGIS。英文文章写起来对学生、对我都不那么容易(这是土鳖的悲哀),等几番修改、定稿后,投出时已经是2010年10月,这时,别说最初形成思路时的第一个基金已经结题,第二个基金都已经申请、获批、开始执行了。投向IJGIS后,开始了几番等待、得到审稿意见、再修改的循环,前面几次审稿,每次返回的盲审意见都是两极化,很负面:正面或很正面意见=1:2,于是经历了两轮reject & resubmit、两轮major revision、两轮minor revision(——谁能比我多?),终于在这个2012年的国庆节期间见到了“坚持就是胜利”。此时,距离我形成这个具体思路已经四年多,距离学生完成最初的理论推导已经快三年半,离初次投IJGIS已近两年,这个学生硕士毕业、工作也快三个月了。过程很磨练人,收获可以满意。
科研不容易啊! 
 



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1 王朔

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