張 帆，李建松，余 洋，王 莉，劉金榜，高 郡

（1.武漢大學(xué) 遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079；

2.長江水利委員會 長江流域水土保持監(jiān)測中心站，湖北 武漢 430010）

3S技術(shù)在水土流失動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

張 帆1，李建松1，余 洋1，王 莉2，劉金榜1，高 郡1

（1.武漢大學(xué) 遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079；

2.長江水利委員會 長江流域水土保持監(jiān)測中心站，湖北 武漢 430010）

介紹了基于3S技術(shù)的水土流失動態(tài)監(jiān)測方法，包括水土流失動態(tài)監(jiān)測方法的技術(shù)線路，水土流失影響因子的動態(tài)監(jiān)測，以及通過ArcGIS空間統(tǒng)計分析功能進行水土流失結(jié)果的評價分析，并在2013年度全國水土流失動態(tài)監(jiān)測與公告項目長江流域中應(yīng)用實踐，取得了良好效果，為今后的水土流失動態(tài)監(jiān)測提供一些生產(chǎn)經(jīng)驗。

3S；水土流失；動態(tài)監(jiān)測；影響因子；空間統(tǒng)計分析

我國是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國家之一。水土流失面積大、分布廣、危害重、治理難，嚴(yán)重威脅我國的生態(tài)安全、糧食安全和防洪安全，已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一[1]。及時掌握全國水土流失狀況，為水土保持工作提供科學(xué)決策依據(jù)，是我國水土保持工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。利用3S技術(shù)的水土流失動態(tài)監(jiān)測效率較高，得出的數(shù)據(jù)也比較可靠。本文基于2013年全國水土流失動態(tài)監(jiān)測與公告項目，以湖南省邵東縣為例，介紹了利用3S技術(shù)進行水土流失動態(tài)監(jiān)測的方法。

1 水土流失動態(tài)監(jiān)測與3S技術(shù)

3S技術(shù)是GIS、RS、GNSS高度有機集成應(yīng)用的技術(shù)，它將空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)和計算機技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的目的。

GIS具備數(shù)據(jù)采集、存儲、管理以及分析和描述空間信息數(shù)據(jù)的功能，可以為各行業(yè)提供科學(xué)輔助決策。RS能夠?qū)崟r動態(tài)地獲取地表信息，通過遙感技術(shù)獲取的影像具有范圍廣、信息更新及時、數(shù)據(jù)信息綜合等特點。如今，高分辨率遙感影像在民用領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，遙感數(shù)據(jù)作為3S技術(shù)的主要數(shù)據(jù)源其重要程度越來越大。GNSS具有實時、連續(xù)地獲取地球表面任意地點上經(jīng)緯度與高程，提供三維速度與精確時間的能力[2]。

3S技術(shù)在數(shù)據(jù)采集獲取、存儲管理、分析描述等方面具有顯著優(yōu)勢，在水土保持監(jiān)測的內(nèi)業(yè)和外業(yè)工作中，可以利用3S技術(shù)協(xié)助監(jiān)測水土流失影響因子，統(tǒng)計分析監(jiān)測結(jié)果，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果幫助相關(guān)部門及時科學(xué)地預(yù)測預(yù)報水土流失事件和水土流失災(zāi)害。

2 監(jiān)測技術(shù)方案

2.1 技術(shù)路線

本文以湖南省邵東縣為例，數(shù)據(jù)源采用資源3號衛(wèi)星影像（空間分辨率2.1 m），通過遙感影像的人機交互解譯監(jiān)測水土流失因子和水土保持狀況，并借助GNSS技術(shù)進行野外實地調(diào)查，利用ArcGIS空間分析統(tǒng)計功能獲取水土流失統(tǒng)計結(jié)果。項目技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)路線圖

2.2 水土流失影響因子提取

影響水土流失的主要因子有土地利用類型、植被覆蓋度、地形、降雨侵蝕力和土壤可蝕性等。由于地形、降雨侵蝕力和土壤侵蝕性在短期內(nèi)變化非常小，所以當(dāng)前的水土流失動態(tài)監(jiān)測的重點內(nèi)容是土地利用類型和植被覆蓋度[3]，后3個因子可以通過已有地形圖以及當(dāng)?shù)厮帘３植块T土壤性質(zhì)、降雨情況等相關(guān)資料獲取。

運用3S技術(shù)對水土流失影響因子進行野外實地調(diào)查和室內(nèi)遙感影像解譯，可以提高工作效率。在野外實地調(diào)查過程中，采用GNSS定位為主、人工定位為輔的方法幫助進行路線規(guī)劃，室內(nèi)解譯的主要方法是在ArcGIS軟件平臺下進行人機交互解譯。遙感影像交互解譯是指判讀者通過直接觀察或借助判讀儀器在遙感圖像上獲取特定目標(biāo)地物信息的過程[4]。由于高分辨率遙感影像的地物光譜特征相對比較復(fù)雜，計算機自動解譯難以達(dá)到所需的精度要求，人機交互解譯仍然是當(dāng)前所能采取的主要解譯方式。

在對水土流失影響因子進行監(jiān)測的遙感影像解譯工作中，首先需要對解譯區(qū)域的高分辨率影像數(shù)據(jù)進行幾何校正、圖像融合、鑲嵌等處理，以滿足解譯所需的數(shù)據(jù)精度要求，然后根據(jù)各種水土流失影響因子的分類標(biāo)準(zhǔn)建立解譯標(biāo)志進行初步解譯，通過實地調(diào)查修改完善解譯標(biāo)志，并進行整個監(jiān)測區(qū)域的人機交互解譯，最后還要通過野外復(fù)核調(diào)查對解譯成果進行驗證，對解譯成果存在的拓?fù)?、屬性等錯誤進行處理，提取出最終的水土流失影響因子信息。

以邵東縣為例，土地利用類型的人機交互解譯主要利用土地利用現(xiàn)狀調(diào)查資料，按照土地利用分類編碼和遙感影像對地物反映特征，在遙感圖像上勾繪出各地類的界線，并對不同地類賦予相應(yīng)屬性值，獲得土地利用類型分布圖，如圖2所示。通過ArcGIS空間統(tǒng)計功能還可以計算土地利用類型面積百分比統(tǒng)計結(jié)果[5,6]，如圖3所示。

圖2 邵東縣土地利用類型分布圖

植被覆蓋度的解譯主要是針對林地和草地的覆蓋度解譯[7]，首先在野外采用網(wǎng)格法或目估法選取一些采樣點建立不同覆蓋度下的遙感解譯標(biāo)志，室內(nèi)解譯完成后再去實地進行驗證修改，得到最終的植被覆蓋度解譯成果（圖4）。表1列出了在資源3號4、3、2波段假彩色影像上不同植被覆蓋度的地類特征。

圖3 邵東縣土地利用類型面積百分比統(tǒng)計圖

表1 植被覆蓋度解譯標(biāo)志示例表

圖4 邵東縣植被覆蓋度圖

地形因子主要包括地貌類型和坡度，為了獲得這些因素，首先需要根據(jù)地形數(shù)據(jù)提取DEM，利用GIS空間分析和三維分析功能，建立不規(guī)則三角格網(wǎng)（TIN），得到坡度數(shù)據(jù)，另外再結(jié)合相關(guān)資料，獲取地貌類型。坡度的等級劃分參照《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》，表2為坡度分級與編碼標(biāo)準(zhǔn)。

表2 坡度分級與編碼表

2.3 水土流失統(tǒng)計結(jié)果評價與統(tǒng)計

獲得水土流失影響因子后，需要根據(jù)這些水土流失影響因子對水土流失統(tǒng)計結(jié)果進行評價與分析，評價分析的內(nèi)容主要有土壤侵蝕強度分類分級、當(dāng)?shù)厮帘３值馁|(zhì)量調(diào)查和水土流失治理效果等。對于水土保持質(zhì)量的調(diào)查主要是通過實地檢測保持措施的面積變化。水土流失治理效果可以通過觀測水文控制測站的徑流量和泥沙量的變化，計算減水量和減沙量，并且記錄同期降雨量，為水土保持效益的分析研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)。土壤侵蝕強度等級分類的獲取需要綜合此前獲得的各類水土流失影響因子及相關(guān)資料，通過ArcGIS的空間統(tǒng)計分析功能計算獲得[8]，土壤侵蝕強度獲取流程如圖5所示。

圖5 土壤侵蝕強度獲取流程圖

3 結(jié) 語

采用3S技術(shù)的水土流失動態(tài)監(jiān)測方法有效地實現(xiàn)了水土保持監(jiān)測工作的信息化，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。本文以湖南省邵東縣為例，介紹了利用3S技術(shù)的水土流失動態(tài)監(jiān)測方法，并于2013年度全國水土流失動態(tài)監(jiān)測與公告項目長江流域中應(yīng)用實踐，取得良好效果。未來可以對方法中的一些環(huán)節(jié)進行修改與完善，例如可以探討建立針對水土流失因子的半自動化遙感解譯系統(tǒng)，提高水土流失因子的解譯效率；可以建立基于GIS技術(shù)的水土流失動態(tài)監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)水土流失數(shù)據(jù)的高效管理、成果分析以及信息查詢發(fā)布等。

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P237.9

B

1672-4623（2015）01-0131-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.043

張帆，碩士，主要研究方向為地理國情監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)和空間分析與建模。

2014-04-09。

項目來源：國家科技支撐計劃資助項目(2012BAJ15B04)。