Xem xét sự không chắc chắn trong các mô hình độ cao số từ các khảo sát địa hình lặp lại: Cải thiện ngân sách trầm tích

Earth Surface Processes and Landforms - Tập 35 Số 2 - Trang 136-156 - 2010
Joseph M. Wheaton1, James Brasington2, Stephen E. Darby3, David Sear3
1Department of Watershed Sciences, Utah State University, 5210 Old Main Hill, NR 210, Logan, UT 84322, USA
2Institute of Geography & Earth Sciences, Aberystwyth University, Aberystwyth, SY23 3DB, UK
3School of Geography, University of Southampton, Highfield, Southampton, SO17 1BJ, UK

Tóm tắt

Tóm tắtCác khảo sát địa hình lặp lại ngày càng trở nên kinh tế hơn, và có thể thực hiện ở độ phân giải không gian cao hơn và trên diện tích không gian rộng hơn. Các mô hình độ cao số (DEMs) được xây dựng từ các khảo sát này có thể được sử dụng để sản xuất các bản đồ DEM của sự khác biệt (DoD) và ước lượng sự thay đổi ròng về mặt lưu trữ cho ngân sách trầm tích hình thái. Mặc dù những sản phẩm này rất hữu ích cho việc giám sát và diễn giải hình thái, nhưng sự không chắc chắn về dữ liệu và mô hình khiến chúng dễ bị hiểu sai. Hai phương pháp mới được trình bày, cho phép ước lượng sự không chắc chắn của DEM trở nên vững chắc hơn và có tính biến đổi không gian, đồng thời chuyển tiếp những ước lượng này để đánh giá hậu quả cho ước lượng về sự thay đổi hình thái. Phương pháp đầu tiên dựa vào hệ thống suy diễn mờ để ước lượng tính biến đổi không gian của sự không chắc chắn về độ cao trong các DEM riêng lẻ trong khi phương pháp thứ hai điều chỉnh ước lượng này dựa trên tính nhất quán không gian của các đơn vị xói mòn và lắng đọng. Cả hai kỹ thuật đều cho phép đại diện xác suất của sự không chắc chắn trên cơ sở từng ô và phân ngưỡng ngân sách trầm tích tại một khoảng tin cậy do người dùng chỉ định. Việc ứng dụng các kỹ thuật mới này được minh họa bằng 5 năm dữ liệu khảo sát độ phân giải cao từ một đoạn sông dài 1 km của sông Feshie ở vùng cao nguyên Scotland. Đoạn sông được phát hiện thường xuyên có sự suy thoái, với lượng xói mòn ròng từ 570 đến 1970 m3 mỗi năm, mặc dù về mặt không gian, lượng lắng đọng bao phủ diện tích bề mặt lớn hơn lượng xói mòn. Trong hai thời kỳ ẩm ướt với mực nước lắng đọng lớn, phân tích sự không chắc chắn đã loại trừ một tỷ lệ lớn hơn của sự thay đổi thể tích khỏi ngân sách (57% cho giai đoạn 2004–2005 và 59% cho giai đoạn 2006–2007) so với các năm khô (24% cho giai đoạn 2003–2004 và 31% cho giai đoạn 2005–2006). Đối với những dữ liệu này, phân tích sự không chắc chắn mới nhìn chung bảo thủ hơn về thể tích so với phân tích mức độ tối thiểu đồng nhất không gian tiêu chuẩn, nhưng cũng tạo ra các kết quả có lý hơn và có ý nghĩa thực tế hơn. Các công cụ này được đóng gói trong một ứng dụng phần mềm Matlab do wizard điều khiển, có sẵn để tải xuống cùng với bài báo này, và có thể được hiệu chỉnh và mở rộng để áp dụng cho bất kỳ đám mây điểm địa hình nào (x,y,z). Bản quyền © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Bandemer H, 1995, Fuzzy Sets, Fuzzy Logic, Fuzzy Methods: with Applications

10.1002/1096-9837(200008)25:9<973::AID-ESP111>3.0.CO;2-Y

10.1016/S0169-555X(02)00320-3

Brasington J, 2007, Modelling braided river morphodynamics with terrestrial laser scanning, EOS Transactions AGU, 88

10.1017/S0263593300012244

10.1080/14702541508555366

Brewer PA, 2002, Sediment Flux to Basins: Causes, Controls and Consequences, Special Publication 191, 97

Burrough PA, 1998, Principles of Geographical Information Systems: Spatial Information Systems and Geostatistics

10.1029/2002GC000486

10.1063/1.2825070

10.1016/j.catena.2007.11.001

10.1002/esp.444

10.1002/esp.482

ChenS NikolaidisE CudneyHH RoscaR HaftkaRT.1999.Comparison of Probabilistic and Fuzzy Set Methods for Designing under Uncertainty. AIAA‐99‐1579 American Institute of Aeronautics and Astronautics.

Church M, 1998, Gravel‐Bed Rivers in the Environment

10.1002/esp.1417

Ferguson RI, 1983, Bar development and channel changes in the gravelly River Feshie, Scotland, International Association of Sedimentologists Special Publications, 6, 181

Ferguson RI, 1992, Dynamics of Gravel‐bed Rivers, 477

10.1002/1099-1085(20000815/30)14:11/12<2089::AID-HYP56>3.0.CO;2-L

10.1002/esp.1011

10.1002/(SICI)1099-0755(200001/02)10:1<53::AID-AQC348>3.0.CO;2-4

10.1002/rra.792

10.1016/j.geomorph.2005.07.006

10.1002/esp.1375

10.1002/9781444311952

Hodge R, 2009, Analysing laser‐scanned digital terrain models of gravel bed surfaces: linking morphology to sediment transport processes and hydraulics, Sedimentology, 1365

10.1002/esp.1780

10.3189/172756500781833016

JangJSR GulleyN.2007. Fuzzy Logic Toolbox 2: User Guide Matlab Matlab Natick MA 299 pp. Available at:http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/pdf_doc/fuzzy/fuzzy.pdf.

JangJSR GulleyN.2009. Fuzzy Logic Toolbox 2: User Guide Matlab Matlab Natick MA 343 pp. Available at:http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/pdf_doc/fuzzy/fuzzy.pdf.

10.1080/01431160600851819

Klir GJ, 1995, Fuzzy Sets and Fuzzy Logic: Theory and Applications

Lane SN., 1998, Landform Monitoring Modelling and Analysis, 311

10.1002/esp.479

10.1002/esp.3290190406

10.1002/esp.483

10.1061/(ASCE)0733-9453(2005)131:4(135)

10.1016/S0165-0114(02)00139-2

10.1002/esp.1637

McKean JA, 2008, Geomorphic controls on salmon nesting patterns described by a new, narrow‐beam terrestrial–aquatic lidar, Ecological Society of America, 6, 125

10.1016/j.geomorph.2005.11.004

10.1002/esp.1592

10.1080/136588197242275

10.1002/esp.1705

10.1002/esp.485

10.1002/esp.3290110604

10.1002/hyp.1404

10.1002/hyp.5677

Rumsby B, 2001, River Basin Sediment Systems: Archives of Environmental Change, 445

10.1016/j.geomorph.2006.12.017

10.1016/S1464-1909(00)00033-2

10.5194/hess-5-433-2001

10.1016/j.jhydrol.2005.10.024

Taylor J., 1997, An Introduction to Error Analysis: the Study of Uncertainties in Physical Measurements

ThomasRE.2006.Flow Processes and Channel Change in Sand‐Bedded Braided Rivers. PhD thesis University of Leeds Leeds UK. Available at:http://homepages.see.leeds.ac.uk/∼georet/projects/Thesis.pdf.

10.1002/esp.1293

Webb RM, 2003, 4D CAD and Visualization in Construction: Developments and Applications, 227

Wechsler SP., 2003, Perceptions of digital elevation model uncertainty by DEM users, URISA Journal, 15, 57

10.14358/PERS.72.9.1081

Werrity A, 1980, Timescales in Geomorphology, 53

Westaway RM, 2001, Remote sensing of clear‐water, shallow, gravel‐bed rivers using digital photogrammetry, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 67, 1271

10.1080/01431160110113070

WheatonJM.2008. Uncertainty in morphological sediment budgeting of rivers. Unpublished PhD University of Southampton Southampton 412 pp. Available at:http://www.joewheaton.org/Home/research/projects‐1/phdthesis

10.1002/rra.1305

Wheaton JM, 2004, Modelling fluvial sediment budgets under uncertainty, EOS Transactions AGU, 85

Willis IC, 1998, Landform Monitoring, Modelling and Analysis, 343

Winterbottom SJ, 1997, Quantification of channel bed morphology in gravel‐bed rivers using airborne multispectral imagery and aerial photography, Regulated Rivers‐Research & Management, 13, 489, 10.1002/(SICI)1099-1646(199711/12)13:6<489::AID-RRR471>3.0.CO;2-X

Wise SM., 1998, Landform Monitoring, Modelling and Analysis, 139

10.1017/S0080456800015532

Thông tin
Thông tin xuất bản

Earth Surface Processes and Landforms

Tập 35 Số 2

136-156

Thông tin tác giả