发布时间 : 星期日 文章2012郑州大学大学生创新性实验计划项目申请书更新完毕开始阅读ff2e81e8e418964bcf84b9d528ea81c759f52e23
有的冰凌监测模型，对黄河宁蒙河段进行实时的冰凌监测，为流凌灾害预警和提防危害分析提供科学可靠的理论依据。 2. 河流是弯弯曲曲连续的，具有凹凸不平不可微分的性质，最早Mandelbrot进行了河流分形特征的探讨，这是分形理论在地理及水文研究中的最初应用。随着分形理论的发展，该理论在水利工程等学科中得到了广泛的应用，特别是在河流水系分形特征、洪水时间序列分形特征等方面取得了很多成果。河流的分形维数是在对河流的分形结构特征的研究中产生的。马宗伟等在2005年探讨了河流形态的分维及与洪水关系，研究结果表明,一般来说河道分维越大、河网分维越小,洪水发生可能性则越高。潘威在研究潼关段河道演变中应用分维理论，结果表明分形方法在描述半湿润区平原河流变化过程中，能更好反映河型发展趋势，也更加适合对多源地形资料中河流形态信息的处理。目前基于遥感进行冰凌的灾害预警的相关研究还不多见，本项目拟应用分形理论研究河道形态，并结合流凌动态监测进行冰凌灾害预警分析，为流凌灾害预警和提防危害分析提供科学的依据。 ? 研究意义 随着卫星遥感探测和计算机技术的发展，卫星遥感在冰雪监测方面得到了较广泛的应用。遥感技术具有宏观性、连续性等特点,可以提供大范围的地面观测信息。因此，采用遥感技术来监测黄河凌汛，可以及时获得河道大范围的封冻情况，并能及时发现封河、开河时期可能出现的险情；尤其，运用遥感技术并结合冰情监测模型能及时地,准确地监测冰情的发生,发展情况,为防凌指挥,调度,决策提供重要科学依据。另外，对于冰凌灾害预警方面的研究的侧重点很多，其中应用智能算法对于冰凌预报研究较多，而利用遥感技术对于流凌的监测分析并结合河道形态研究分析冰凌灾害预警的并不多见。鉴于以上分析，应用分形理论研究河道形态，并结合流凌动态监测进行冰凌灾害预警分析，为流凌灾害预警和提防危害分析提供科学依据。因此，本项目研究具有重要的理论和实践应用意义。 ? 主要内容 1. 基于分形理论的河道形态研究 ① 确定研究区域为黄河三河湖口至头道拐段（东经108.5o~111.2o，北纬40.0o~40.6o）。 ②利用混合多分类器结合算法根据高精度遥感影像提取黄河三河湖口至头道拐段的河道 与水体，从东经108.5o至东经111.2o将提取的河道和水体按0.1o为经度间隔划分为17个小河段，并计算各小河段的分形特征。在本研究中应用盒维数法，也称网格法，该方法通过构建一系列边长为r的格网覆盖分形，利用相应的公式计算河道和水体的分形维数。公式表示： D??limlgN(r)r?0lgr 式中: D为分维数，N(r)为格网体系中被分形占据的网格数目，r为边长。 ③根据求得的各小河段的分维数，结合河宽，河道弯曲度，曲率等数据，建立相应模型研究河道和水体的空间关系以用于评估河段洪涝灾害易发程度。同时结合黄河三河湖口至头道拐段历年水文数据，对模型进行检验。最后根据修正的模型对17个小河段的洪涝灾害易发程度进行评估和分级，并生成黄河三河湖口至头道拐段洪涝灾害易发程度分级图。 2.基于多源遥感数据的冰凌监测 本组队员于2011年参加“全国高校第三届GIS技能大赛”，以“基于MODIS的冰凌灾害监测预报系统”荣获初级组二等奖。本系统将GIS技术和RS技术相结合运用到黄河防凌中，可进行冰凌的实时监测、凌情信息的预测以及黄河区域地形的DEM分析，为实时监测凌情信息和预测险情等提供相应的服务。 但是由于MODIS数据的分辨率并不高，所以导致本系统在冰凌检测的精度上不能完全满足实际应用的需求。因此，考虑到ETM数据具有30米的分辨率，在分辨率上比MODIS数据更有优势，所以本项目预计添加ETM数据作为另一种数据来源，使升级后的系统能结合多种遥感数据，完成对黄河冰凌实时，准确地监测。 3.基于河道分形研究与流凌监测进行冰凌灾害预警分析 应用分形理论研究河道的分形特征,并结合流凌监测分形灾害易发生区域,研究工作总体思路如下: ETMMODIS统计资料河道边界提取河道宽度分析河道分段分维计算分维计算大块流凌监测冰凌监测模型冰凌灾害预警分析流凌形状提取流凌动态分析河道形态分维分析灾害预警辨识分析 二、已具备的条件（含已具备的知识、特长、兴趣；实验条件、指导教师、研究基础等） 小组同学已经学习并掌握了地理信息系统和遥感的基础知识，熟悉ArcGis、ENVI,Erdas等相关软件的操作，并分形理论有一定了解，希望通过该项目将所学知识应用于实践，同时加深对所学知识的理解。 小组成员曾参加第三届全国高校GIS大赛，以作品“基于MODIS的冰凌灾害监测预报系统”荣获国家二等奖，对黄河冰凌监测和灾害预警方面的知识有一定的了解，并具备了一定的创新能力和动手操作能力，希望通过该项目进行更深一步的研究。其次，小组同学都是院里创新实验室的成员，拥有独立的实验室，实验室内备有各种实验仪器可以供我们免费使用。 我们指导教师杨老师长期从事黄河冰凌相关的科研工作。承担了水利部科技推广计划项 目“黄河冰凌灾害预警预报技术的推广应用”、“优化基于成因分析的冰凌灾害预测预报模型”等重大项目，具有从事水利信息技术、遥感与地理信息系统、自然地理研究等方面丰富的研究经验。在国家自然科学基金及其它重大生产和研究项目，取得一定创新性的理论研究成果和较大实践价值的应用性研究成果，为本项目研究提供了完备的基础资料和理论技术积累。 此外，在此之前我们已经对我们的项目查阅了很多相关资料，项目的可行性很高，实用性非常好。我们有信心，有能力把这个项目做好！ 三、实验方案及进度安排 2011年8月-9月：进行相关文献的整理，获取相关研究的最新进展；完成项目的实施计划和人员安排,调研收集整理资料。 2011年10月-2012年2月：对“基于MODIS的冰凌灾害监测预报系统”进行修改，使其能利用多源遥感信息进行冰凌的动态监测；基于分形理论进行河段形态研究，并建立相应的模型。 2012年3月-4月：结合黄河历年水文数据对模型进行验证并做出修改，应用模型评估黄河三河湖口至头道拐段洪涝灾害易发程度；撰写一篇论文。 2012年4月-5月：基于河道分形研究与流凌监测进行流凌灾害预警和提防危害分析，并根据实际情况同时进行该项目的进一步的拓展工作，争取能够再写一篇论文；撰写项目总体的报告书。 2012年5月：准备作品提交及验收。