鄭凱利

（四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院,611231）

水土流失監(jiān)測中“3S”技術(shù)的應(yīng)用分析

鄭凱利

（四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院,611231）

隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展趨勢，全國各個區(qū)域毀林開荒的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，林地面積不斷銳減，導(dǎo)致植被出現(xiàn)不同程度的破壞，從而加劇水土流失現(xiàn)象。因此，對水土流失實現(xiàn)全方位動態(tài)監(jiān)控具有重要的意義。3S 技術(shù)作為一種全新的技術(shù)手段，主要集全球定位系統(tǒng)、集遙感以及地理信息系統(tǒng)于一體，可精準(zhǔn)高效地獲取地面信息。本文主要圍繞3S 技術(shù)在水土流失監(jiān)測中的應(yīng)用，展開全面的闡述。

水土保持；動態(tài)監(jiān)測；遙感；全球定位系統(tǒng)；地理信息系統(tǒng)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟建設(shè)的不斷深入，環(huán)境問題引進(jìn)了全球的廣泛關(guān)注，其中水土流失成為當(dāng)今世界環(huán)境最嚴(yán)重的問題之一。目前，我國的水土流失現(xiàn)象日趨加劇，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)林牧業(yè)的正常生產(chǎn)，無法維持生態(tài)環(huán)境與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展，同時，水土流失給河流帶來了大量泥沙，難以科學(xué)調(diào)整水利設(shè)施的調(diào)蓄能力，降低了天然河道泄洪能力，導(dǎo)致下游的洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，從而阻礙了河道整治和防洪等工作的順利進(jìn)行。因此，為了實現(xiàn)水土流失的動態(tài)監(jiān)測，需要及時采取水土保持策略，采取適時動態(tài)監(jiān)測已勢在必行。在傳統(tǒng)的水土保持監(jiān)測中，大多是采取不同年份的衛(wèi)星遙感影像，進(jìn)行統(tǒng)計水土流失面積、水土流失量，此方法需要消耗的成本過高，更新速度非常慢，計算的結(jié)果也不精確，不能對重點區(qū)域進(jìn)行重點監(jiān)控，特別是在雨水多發(fā)季節(jié)，無法采取及時的水土流失治理措施。利用GPS、RS、GIS 相結(jié)合的3S 技術(shù)，可對重點區(qū)域進(jìn)行重點監(jiān)控，更新速度較快較精準(zhǔn)，為災(zāi)害處理提供科學(xué)支持，從根本上保障共同財產(chǎn)安全。

1 3S 技術(shù)的簡述以及在水土監(jiān)測中的應(yīng)用

針對不同的監(jiān)測對象、層次，采取的監(jiān)測方法與技術(shù)也各不相同。水土保持監(jiān)測技術(shù)主要包括RS、GPS、GIS等，地面觀測、專項試驗、調(diào)查統(tǒng)計、數(shù)理分析組成了主要的監(jiān)測方法。RS 技術(shù)覆蓋的范圍相關(guān)廣泛，可有效收集水土流失相關(guān)因素；GPS 技術(shù)主要用于獲取地理位置信息，數(shù)據(jù)收集精度較高；GIS 技術(shù)主要用于編輯、管理監(jiān)測信息，其圖形、屬性數(shù)據(jù)處理特點相當(dāng)突出。3S 技術(shù)作為水土保持的全新技術(shù)方法，對水土流失進(jìn)行全方位的動態(tài)監(jiān)測。3S技術(shù)介紹如圖1所示。

圖1 3S技術(shù)介紹

1.1 RS技術(shù)在水土流失監(jiān)測中的應(yīng)用

遙感(RS)技術(shù)主要是指從遠(yuǎn)處探測、感知物體，衛(wèi)星作為此技術(shù)的傳感器的遙感平臺。不受地面條件對RS技術(shù)的影響比較小，其視域范圍相當(dāng)廣泛，不但可全面獲取可見光波段的電磁波信息、紫外、紅外等波段信息等，還能夠快速提供地球表面信息等。

遙感影像處理技術(shù)日趨成熟，其特征在于影像資源相當(dāng)豐富化，分辨率比較高，周期非?？?，成為水土流失監(jiān)測的主要手段，在水土保持工作發(fā)揮不可或缺的作用。在不同的地區(qū)中，遙感水流失監(jiān)測可進(jìn)行提取變化的動態(tài)信息，其周期性和連續(xù)性維持了水流失監(jiān)測的高效運行。利用實時的遙感圖像可有效監(jiān)測土壤侵蝕強度的動態(tài)變化情況；綜合分析植被資源動態(tài)變化情況、綠化工程措施治理效益等；及時警示水土流失程度、生態(tài)環(huán)境惡化區(qū)域；合理分析相關(guān)資料，分布水土保持成效公告 。張雪才等人采取地面遙感監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測水土流失現(xiàn)象，使部分監(jiān)測工作更加自動化、時效性、數(shù)字化，不斷優(yōu)化水土保持監(jiān)測系統(tǒng)。

1.2 GPS系統(tǒng)在水土流失監(jiān)測中的應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)(GPS)系統(tǒng)作為現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，其具有全天候、多功能等特征，具有相當(dāng)高的精度與效率。GPS 系統(tǒng)主要包括地面控制部分、空間部分、用戶設(shè)備部分。GPS-RTK技術(shù)是目前實時、動態(tài)的新型測量系統(tǒng)，此系統(tǒng)將一臺GPS 接收機作為基準(zhǔn)站，若干臺接收機作為流動站，主要用于傳輸數(shù)據(jù)。RTK 定位技術(shù)可向動態(tài)用戶及時發(fā)送觀測數(shù)據(jù)及坐標(biāo)信息通過數(shù)據(jù)鏈方式，從而進(jìn)行實時差分處理，獲取動態(tài)用戶的實時三維位置等。

應(yīng)用GPS 技術(shù)可改善遙感技術(shù)的時間性、無法及時反映影像等局限性，比如：某一區(qū)域在一時段內(nèi)進(jìn)行大面積毀林、毀草開荒行為，利用遙感影像只能反映此時段之前的信息，因此，可應(yīng)用GPS 定位，以掌握全新的變化動態(tài)，在最短時間內(nèi)準(zhǔn)確繪測出新破壞的區(qū)域，并落到相應(yīng)的空間位置上，進(jìn)行補充和修訂原有信息，獲取正確的地理位置信息。

在宏觀方面，應(yīng)用GPS技術(shù)對自然水土流失的監(jiān)測，可建立GPS 控制網(wǎng)進(jìn)行像控點測量，以合理提取區(qū)域內(nèi)水土流失和土地利用信息。在微觀方面可利用GPS技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測坡面地形變化、溝頭前進(jìn)以及溝底下切速度等。同時，在最短時間內(nèi)還可應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行確定開荒、毀林、破壞水土保持情況等。付曉婷等人在水土保持監(jiān)測中應(yīng)用GPS 快速RTK 技術(shù)，及時了解水土流失面積及分布情況，進(jìn)行評估災(zāi)害程度，綜合解決了水土保持監(jiān)測問題。

1.3 GIS系統(tǒng)在水土流失監(jiān)測中的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)(GIS)作為集中多項數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，其空間數(shù)據(jù)信息處理能力相當(dāng)突出，可根據(jù)不同要求的用戶，獲取所需要的信息，將以地圖、圖形、數(shù)據(jù)等形式顯示處理結(jié)果。利用GIS系統(tǒng)可進(jìn)行管理遙感普查數(shù)據(jù)資料，為水土保持工作提供合理的決策依據(jù)。

圖2 3S技術(shù)集成流程圖

GIS系統(tǒng)可進(jìn)行運算圖形數(shù)據(jù)，從而生成新的專題圖件。地形因素作為影響水土流失的重要因素之一，在傳統(tǒng)監(jiān)測中都是利用人工勾繪坡度坡長，消耗了太多時間與精力，卻無法保證繪圖精度。但是應(yīng)用GIS 的DEM模型和DTM 模型，可輕松生成與地形有關(guān)的空間分布特征，在微機中輸入地形，經(jīng)過矢量化處理，即可獲取全國的地面坡度分級圖。采取疊加分析模型可進(jìn)行疊加影響水土流失的因素，同時輸入適當(dāng)?shù)膮?shù)標(biāo)準(zhǔn)，GIS 即可生成各項專題圖件,以獲取水土流失發(fā)生發(fā)展動態(tài)變化情況，然后通過統(tǒng)計分析模型進(jìn)行分析預(yù)測水土流失的發(fā)展趨勢、治理效益等，提高水土保持相關(guān)部門的工作效率。相關(guān)專家介紹了水土保持動態(tài)監(jiān)測Web GIS 系統(tǒng)，表明此系統(tǒng)可解決水土保持動態(tài)監(jiān)測所涉及海量數(shù)據(jù)處理問題，集成多種來源數(shù)據(jù)，提供大型數(shù)據(jù)庫支持，高效進(jìn)行桌面地圖排版與專題圖制作等。黃忠民等人在水土保持監(jiān)測中應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，充分應(yīng)用GIS的數(shù)據(jù)管理、空間分析及可視化等功能，總結(jié)地理信息系統(tǒng)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)勢，明確水土保持監(jiān)測的新發(fā)展方向。

2 3S 集成技術(shù)在水土流失監(jiān)測中的應(yīng)用

在水土流失監(jiān)測中應(yīng)用3S 集成技術(shù)，可準(zhǔn)確收集關(guān)于水土流失現(xiàn)狀、治理等方面的信息，為水土保持提供充分的依據(jù)。3S技術(shù)集成流程，如圖2所示。

2.1 增強遙感數(shù)據(jù)收集功能的處理技術(shù)

與水土流失相關(guān)的因素多種多樣，為了從遙感數(shù)據(jù)中提取精確的信息，應(yīng)該應(yīng)用各種復(fù)合技術(shù)方法，全面收集水土流失因素等信息，比如：區(qū)域遙感信息多波段與多平臺復(fù)合方法、遙感信息與地圖復(fù)合方法、定性分析與定量分析結(jié)合方法、綜合分析與主導(dǎo)分析結(jié)合方法、室內(nèi)判讀與外業(yè)調(diào)查方法等。

2.2 3S 集成技術(shù)結(jié)合4D 技術(shù)

GIS、RS、GPS等技術(shù)日趨集成化，其發(fā)展涉及不同的學(xué)科，3S的相互作用與集成，如圖3所示。在傳統(tǒng)GIS技術(shù)中大多以矢量數(shù)據(jù)為主，與遙感數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)大的差異性，對3S 的集成產(chǎn)生了很大的限制。但是4D技術(shù)主要以柵格數(shù)據(jù)為主，兼容各項矢量數(shù)據(jù)，此技術(shù)優(yōu)化3S 技術(shù)的集成。4D技術(shù)產(chǎn)品主要包括DEM、DOQ、DRG、DIG等數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)產(chǎn)技術(shù)，在水土流失動態(tài)監(jiān)測中得到廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用優(yōu)勢在于具有顯著的方便性、簡單性，提高監(jiān)測效率等。

圖 3 3S的相互作用與集成

2.3 構(gòu)建數(shù)字化水土保持信息管理系統(tǒng)

在重點防治工程與重大開發(fā)建設(shè)項目中應(yīng)用分辯率非常高的三維動態(tài)模型，將水土流失預(yù)測預(yù)報模型應(yīng)用于典型區(qū)域中，可以結(jié)合3S 集成技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化水土保持信息管理系統(tǒng)，對各個區(qū)域內(nèi)的重點區(qū)域水土流失情況實施全方位的動態(tài)監(jiān)測，增強管理的動態(tài)性、時效性，促進(jìn)水土保持管理水平的快速發(fā)展，為政府決策提供充分的依據(jù)，實現(xiàn)現(xiàn)代化、數(shù)字化、先進(jìn)化的水土保持管理模式，高效率完成各項水土保持工作。

3 結(jié)束語

在水土流失監(jiān)測中廣泛應(yīng)用3S技術(shù)，其應(yīng)用具有經(jīng)濟性、快捷性、客觀性、精準(zhǔn)性等優(yōu)勢，全面收集水土流失動態(tài)變化相關(guān)信息，綜合處理水土流失現(xiàn)象，有利于完善水土流失動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、水土流失動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等，在最大程度上提高水土保持的工作效率，為各級政府制定長期水土保持生態(tài)建設(shè)規(guī)劃提供充分的科學(xué)依據(jù)，推動生態(tài)環(huán)保型社會建設(shè)，實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益的最大化。

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鄭凱利，女，漢族，籍貫：陜西寶雞，生于：1981-9-11，四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，資源環(huán)境工程系，職稱：講師.大學(xué)本科，研究方向：水土保持

Soil erosion monitoring"3S"technology applicationanalysis

Zheng Kaili
(sichuan water conservancy vocational college,611231)

With the development of economic globalization,regional deforestation is becoming more and more serious,forest land area has decreased,resulting in the vegetation in different degree of damage,thus aggravating soil erosion phenomenon.Therefore,it has important significance to realize the full range dynamic monitoring soil erosion.3S technology is a new technical means,the main set of global positioning system,remote sensing and geographic information system as a whole,can be accurate to obtain the ground information.This paper focuses on the application of 3S technique in monitoring soil erosion,a comprehensive exposition.

of soil and water conservation;dynamic monitoring;remote sensing;global positioning system; geographic information system