胡文敏，周衛(wèi)軍，謝紅霞，余 德，莫 劍

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 理學(xué)院，湖南 長沙410000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128）

基于WebGIS的延河流域土壤侵蝕信息發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

胡文敏1，周衛(wèi)軍2，謝紅霞2，余 德2，莫 劍2

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 理學(xué)院，湖南 長沙410000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128）

延河流域信息發(fā)布系統(tǒng)是利用先進(jìn)的Web開發(fā)技術(shù)和GIS功能組件設(shè)計實(shí)現(xiàn)的一套具有地圖瀏覽、空間查詢分析和專題圖繪制等功能的WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空間信息和GIS應(yīng)用模型的網(wǎng)絡(luò)部分共享的協(xié)同工作，從而提高水土保持、生態(tài)環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測、管理和流域綜合治理規(guī)劃工作的技術(shù)水平，為延河流域水土流失快速調(diào)查、動態(tài)監(jiān)測分析評價和水土保持生態(tài)環(huán)境綜合治理規(guī)劃服務(wù)。

WebGIS；土壤侵蝕；SuperMap；CSLE

延河流域地處我國黃土高原，水土流失、土地沙化等生態(tài)問題突出[1]。改革開放以來，延河流域水土保持工作得到迅速發(fā)展，并創(chuàng)造了不少成功的經(jīng)驗(yàn)。但是，水土保持調(diào)查的信息來源主要通過現(xiàn)場實(shí)地勘測調(diào)查取得[2]，人力物力投入大，歷時也較長，且難以在大范圍內(nèi)進(jìn)行各地域間調(diào)查結(jié)果的可比性評價[3]。隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)研究和應(yīng)用的發(fā)展，在GIS 支持下，通過建立土壤侵蝕因子數(shù)據(jù)庫[4]，用土壤侵蝕模型進(jìn)行土壤侵蝕定量評價，是區(qū)域和大中流域土壤侵蝕評價研究的基本趨勢[5]。建立流域土壤侵蝕信息發(fā)布系統(tǒng)，及時準(zhǔn)確地提供流域內(nèi)土壤侵蝕信息，為指導(dǎo)區(qū)域水土流失調(diào)查監(jiān)測、預(yù)測、評價及其綜合規(guī)劃治理工作提供了可能[6]。延河流域信息發(fā)布系統(tǒng)是利用先進(jìn)的Web開發(fā)技術(shù)和GIS功能組件設(shè)計實(shí)現(xiàn)的一套具有地圖瀏覽、空間查詢分析和專題圖繪制等功能的WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空間信息和GIS應(yīng)用模型的網(wǎng)絡(luò)共享及部分協(xié)同工作。系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio 2005、SuperMap Object 2008 作為開發(fā)工具。

1 系統(tǒng)功能需求分析

延河流域土壤侵蝕信息發(fā)布系統(tǒng)是基于WebGIS的專業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布平臺[4]，除具有普通GIS系統(tǒng)所應(yīng)有的圖形管理、數(shù)據(jù)查詢、打印出圖等基本功能外，還可以實(shí)現(xiàn)流域土壤侵蝕模型演算、相關(guān)因子分析、因子差值等獨(dú)特功能。其任務(wù)主要有4個方面：

1）實(shí)現(xiàn)延河流域自然環(huán)境概況信息發(fā)布，方便用戶快速獲取流域地形地貌、氣候特征、河流水系、行政區(qū)劃等背景信息。

2）實(shí)現(xiàn)流域土壤侵蝕相關(guān)因子多年原始數(shù)據(jù)的查詢和數(shù)據(jù)處理方法的解釋。

3）流域土壤侵蝕模型（chinese soil loss equation, CSLE）演算[7]，實(shí)現(xiàn)土壤侵蝕評價過程的可視化和用戶對可評價因子計算結(jié)果的查詢。

4）通過對流域歷年土壤侵蝕結(jié)果以及相關(guān)因子的分析，綜合評價流域水土流失治理效果以及相關(guān)因子作用大小，為水土保持管理決策提供科學(xué)依據(jù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)組成

延河流域土壤侵蝕信息發(fā)布系統(tǒng)主要由4個模塊組成，分別是地圖發(fā)布模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、模型演算模塊、數(shù)據(jù)維護(hù)與打印輸出模塊[8]，系統(tǒng)的組成和總體設(shè)計框架如圖1所示。

1）地圖發(fā)布模塊：主要用于儲存與土壤侵蝕有關(guān)的圖形圖像信息，包括區(qū)域概況相關(guān)圖件（DEM圖、行政區(qū)劃圖等）、土壤侵蝕評價圖、各種矢量圖（雨量站點(diǎn)分布圖、水系分布圖等）及各類專題圖等，并根據(jù)實(shí)際需要對圖形圖像信息實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。

2）數(shù)據(jù)查詢模塊：用于儲存土壤侵蝕有關(guān)的數(shù)據(jù)資料，包括基本信息數(shù)據(jù)（自然地理概況）、監(jiān)測數(shù)據(jù)（日降雨量）和文本文件（模型描述）等，并根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的科學(xué)管理。

3）模型演算模塊：主要建立了基于SuperMap土壤侵蝕模型[9]（chinese soil loss equation, CSLE），以及降雨侵蝕因子（R）、土壤可蝕因子（L）、坡度（S）坡長（L）因子、生物措施因子（B）、工程措施因子（E）、耕作措施因子（T）模型的演算過程，實(shí)現(xiàn)流域土壤侵蝕評價結(jié)果的可視化。

4）數(shù)據(jù)維護(hù)與打印輸出模塊：主要服務(wù)于數(shù)據(jù)的實(shí)時更新、定期維護(hù)和數(shù)據(jù)查詢結(jié)果的打印輸出。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框架

所使用的數(shù)據(jù)主要有實(shí)測數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)3種，實(shí)測數(shù)據(jù)主要包括水文站觀測的徑流泥沙數(shù)據(jù)、雨量站觀測的降雨數(shù)據(jù)等；遙感數(shù)據(jù)主要包括流域30 m分辨率的Landset-4/5的TM 影像；調(diào)查數(shù)據(jù)主要包括流域水土保持措施數(shù)據(jù)、流域水土流失和水土保持場景數(shù)據(jù)、地表覆蓋狀況數(shù)據(jù)等。

表1 延河流域土壤侵蝕信息發(fā)布系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要是利用遙感圖像處理軟件Erdas8.7、地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS9.2、ArcView3.3、SuperMap Deskpro 2008。通過Erdas對遙感影像進(jìn)行校正配準(zhǔn)、圖像增強(qiáng)等預(yù)處理，然后基于地物標(biāo)志解譯圖像獲取矢量圖。其他數(shù)據(jù)可以通過ArcGIS、SuperMap Deskpro進(jìn)行處理形成相應(yīng)的點(diǎn)、線、面矢量文件，運(yùn)用ArcGIS的空間數(shù)據(jù)差值方法[10]，分別產(chǎn)生各相關(guān)因子評價圖和土壤侵蝕評價圖。最后將所有矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入SuperMap Deskpro，生成SDD、SDB文件，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布[11]，如圖2所示。

2.4 土壤侵蝕因子數(shù)據(jù)模型演算

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)布

土壤侵蝕因子數(shù)據(jù)模型主要涉及到降雨侵蝕力因子模型、土壤可蝕性因子模型、坡度坡長因子模型、水土保持措施因子、林草措施因子、工程措施因子、耕作措施因子。

以降雨侵蝕力計算模型為例，采用章文波的全國日降雨數(shù)據(jù)擬合公式[12]，計算了1980～2000年和2006 年各個站點(diǎn)半月降雨侵蝕力，由此計算得到1980～2000年和2006年半月平均、月平均、逐年、年平均降雨侵蝕力，然后利用計算得到的結(jié)果，采用IDW反距離加權(quán)內(nèi)插方法進(jìn)行降雨侵蝕力空間表面插值，得到降雨侵蝕力表面。模型如圖3所示。

圖3 降雨侵蝕因子模型計算

式中，k=1，2，…，m 是某半月內(nèi)侵蝕性降雨日數(shù)；Pk是半月內(nèi)第k 天的日雨量；Pd12是一年

內(nèi)侵蝕性降雨日雨量的平均值（即一年中大于等于12 mm 日雨量的總和與相應(yīng)日數(shù)的比值）。Py12是侵蝕性降雨年總量的多年平均值，降雨侵蝕力單位為公制單位（MJ·mm·ha-1·h-1·a-1）。

3 結(jié) 語

本系統(tǒng)界面簡約、精美、實(shí)用、友好，力求操作簡潔，用戶可以直接有效地獲取信息。其次，系統(tǒng)依據(jù)CSLE演算出延河流域土壤侵蝕量。此外，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了延河流域35個降雨站點(diǎn)近10 a內(nèi)各年的月降雨、年降雨因子的動態(tài)計算和查詢；最后，系統(tǒng)將SuperMap軟件組件與分析模型、網(wǎng)絡(luò)平臺有機(jī)結(jié)合，相互發(fā)揮優(yōu)勢，避免了組件的機(jī)械堆砌，使用戶操作更為簡易快捷。

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P208

B

1672-4623（2015）03-0085-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.030

胡文敏，博士,工程師，研究方向?yàn)橥恋乩霉芾?、土地生態(tài)環(huán)境過程模擬。

2014-04-02。

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41001071）。