王成 鐘良 段錦章 周金霞

摘要：長(zhǎng)江流域水土流失遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)量龐大，傳統(tǒng)的人工檢查方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以滿足長(zhǎng)江流域全覆蓋監(jiān)測(cè)需求。結(jié)合長(zhǎng)江流域水土流失監(jiān)測(cè)工作的特點(diǎn)，基于ArcGIS平臺(tái)研發(fā)了水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)解譯成果質(zhì)檢工具，包括坐標(biāo)檢查、拓?fù)錂z查、邏輯檢查、接邊檢查等。該方法能夠快速對(duì)大批量成果進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)，方便成果修改，最終確保成果規(guī)范統(tǒng)一，完全滿足后續(xù)侵蝕強(qiáng)度模型計(jì)算的相關(guān)要求，可有效提高長(zhǎng)江流域水土流失監(jiān)測(cè)效率。

關(guān)鍵詞：水土流失;土地利用;水保措施;ArcGIS;遙感監(jiān)測(cè);質(zhì)量檢查

中圖法分類(lèi)號(hào)：S157 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.09.014

文章編號(hào)：1006 - 0081（2021）09 - 0079 - 06

0 引 言

水土流失會(huì)對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅，國(guó)家水土管理部門(mén)把監(jiān)測(cè)工作置于重要位置，給予水土保持監(jiān)測(cè)工作高度關(guān)注。長(zhǎng)江流域是我國(guó)水土流失最嚴(yán)重區(qū)域之一，水土流失面積達(dá)34.67萬(wàn)km2，占流域土地總面積的19.36%，主要分布在上中游云、貴、川等地，該區(qū)域水土流失情況較為突出，造成了該區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化和區(qū)域經(jīng)濟(jì)貧困化。長(zhǎng)江流域水土流失監(jiān)測(cè)工作在國(guó)家水土流失監(jiān)測(cè)工作中范圍廣、難度大、關(guān)注度高。開(kāi)展水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，摸清水土流失情況，定期發(fā)布水土保持公告，有利于做好流域水土流失預(yù)防和治理工作，同時(shí)為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)和國(guó)家宏觀決策提供依據(jù)，對(duì)促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[1-2]。

目前，水土保持監(jiān)測(cè)是以生態(tài)環(huán)境保護(hù)作為出發(fā)點(diǎn)，綜合運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)，動(dòng)態(tài)評(píng)估水土流失的實(shí)際情況?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)水土保持監(jiān)測(cè)方法不斷創(chuàng)新，相關(guān)的監(jiān)測(cè)技術(shù)日漸更新，大大地提高了監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，為水土保護(hù)和管理工作提供了重要參考依據(jù)。遙感監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為水土保持監(jiān)測(cè)的核心手段[3]，水土流失遙感監(jiān)測(cè)工作量主要集中在土地利用和水土保持措施解譯，解譯成果質(zhì)量直接影響后續(xù)水土流失強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果。孫妍等[4]以海河流域2019年度水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為例研究了水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制方法與實(shí)踐，主要是從建設(shè)質(zhì)量控制體系角度進(jìn)行分析，缺少具體操作流程。傳統(tǒng)的成果質(zhì)量檢查主要是人工進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易有遺漏，難以滿足水土保持信息化建設(shè)的需求，目前亟需一種快速進(jìn)行質(zhì)量檢查的方法來(lái)提高監(jiān)測(cè)效率和成果規(guī)范性。

本文基于ArcGIS的核心應(yīng)用（ArcToolbox）為切入點(diǎn)，綜合運(yùn)用分析工具、數(shù)據(jù)管理工具、轉(zhuǎn)換工具等，編寫(xiě)python腳本，構(gòu)建工具箱，一鍵式操作，實(shí)現(xiàn)快速對(duì)水土流失遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)成果進(jìn)行質(zhì)量檢查[5-6]。

1 水土流失遙感監(jiān)測(cè)質(zhì)檢方法

根據(jù)《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》的相關(guān)要求，基于衛(wèi)星影像進(jìn)行水土流失遙感解譯與信息提取，主要有影響水土流失的人為活動(dòng)，包括土地利用、水土保持措施的類(lèi)型與數(shù)量、生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)擾動(dòng)情況等[7-9]。遙感解譯成果是以土壤侵蝕地塊為水土流失發(fā)生的基本空間單元，即：將土地利用類(lèi)型相同、水土保持措施相同、空間上連續(xù)的范圍確定為土壤侵蝕地塊邊界[10-12]。土壤侵蝕地塊數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)內(nèi)容與字段屬性如表1所示。

針對(duì)遙感監(jiān)測(cè)信息提取過(guò)程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量檢查，首先是坐標(biāo)系檢查，可通過(guò)投影與轉(zhuǎn)換中的定義投影功能進(jìn)行坐標(biāo)系檢查與坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，確保坐標(biāo)系準(zhǔn)確無(wú)誤后，利用拓?fù)涔ぞ咧械耐負(fù)鋭?chuàng)建、添加規(guī)則、設(shè)置容差、導(dǎo)出錯(cuò)誤等功能進(jìn)行拓?fù)錂z查。這兩項(xiàng)為圖形檢查的重點(diǎn)內(nèi)容，必須保證完全符合要求。

對(duì)于屬性檢查，主要是檢查土地利用與各項(xiàng)水保措施的邏輯關(guān)系是否符合要求?？赏ㄟ^(guò)建立邏輯關(guān)系，然后按照屬性選擇，篩選出錯(cuò)誤圖斑。

各個(gè)區(qū)縣成果經(jīng)圖形和屬性檢查修改無(wú)誤后，則需進(jìn)行接邊檢查。可通過(guò)提取接邊圖斑進(jìn)行制圖，綜合使得相同屬性相鄰圖斑融合，其產(chǎn)生的接邊后圖斑若與接邊線共線，則視為接邊錯(cuò)誤，導(dǎo)出圖斑進(jìn)行修改。

完成以上4項(xiàng)檢查后，基本滿足水土流失遙感監(jiān)測(cè)信息提取建庫(kù)的相關(guān)要求，可順利進(jìn)行下一步水土流失侵蝕強(qiáng)度的計(jì)算，具體流程見(jiàn)圖1。

1.1 坐標(biāo)檢查

根據(jù)《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》要求成果須采用CGCS2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)，投影方式為正軸等面積割圓錐投影（Albers 投影），中央經(jīng)線為105°E。由于信息提取過(guò)程中會(huì)使用不同坐標(biāo)系的參考資料，數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出操作容易導(dǎo)致坐標(biāo)系發(fā)生變化不符合要求?？赏ㄟ^(guò)使用數(shù)據(jù)管理工具中的“投影和變換”功能進(jìn)行坐標(biāo)檢查與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換修改。

1.2 拓?fù)錂z查

為了便于后續(xù)能順利進(jìn)行水土流失侵蝕強(qiáng)度計(jì)算，必須對(duì)土壤侵蝕地塊進(jìn)行拓?fù)錂z查，確保無(wú)重疊、無(wú)縫隙，無(wú)極小面。可通過(guò)數(shù)據(jù)管理工具中“構(gòu)建拓?fù)洹?、“添加拓?fù)湟?guī)則”（規(guī)則為不能重疊、不能有縫隙），設(shè)置拓?fù)淙莶顬?.001 m，進(jìn)行拓?fù)錂z查，并導(dǎo)出拓?fù)溴e(cuò)誤。

1.3 邏輯檢查

邏輯檢查主要是針對(duì)土地利用與水土保持措施之間存在矛盾等問(wèn)題。由于水土保持措施對(duì)于后續(xù)水土流失強(qiáng)度計(jì)算影響較大，必須確保二者邏輯一致、正確。

其中，TDLYDM（土地利用代碼）與BDM（生物措施代碼）、EDM（工程措施代碼）、FZCS（防治措施）等具有邏輯關(guān)聯(lián)性，如生物措施為102（種草），則土地利用代碼只能為43（其他草地）。

構(gòu)建土地利用代碼與水土保持措施代碼之間的邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。然后通過(guò)“按屬性選擇”功能，選擇不符合構(gòu)建邏輯關(guān)系的圖斑，并導(dǎo)出錯(cuò)誤圖斑，方便對(duì)照修改。

1.4 接邊檢查

由于長(zhǎng)江流域水土流失監(jiān)測(cè)范圍較大，涉及區(qū)縣數(shù)量較多，遙感解譯成果以區(qū)縣為單位進(jìn)行組織，各區(qū)縣之間侵蝕地塊圖斑的邊界范圍和屬性會(huì)存在差異性。為了確保各區(qū)縣成果正確性，需要進(jìn)行接邊處理與接邊檢查。

由于各區(qū)縣圖斑數(shù)量龐大，如果直接進(jìn)行數(shù)據(jù)合并接邊將導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)操作非常緩慢，為了提高接邊效率，通常根據(jù)區(qū)縣界線按位置選擇提取接邊區(qū)域與其相交的圖斑，利用數(shù)據(jù)管理工具中合并功能將各區(qū)縣接邊數(shù)據(jù)合并到同一數(shù)據(jù)庫(kù)中，再使用制圖綜合中的融合工具，將相同屬性的相鄰圖斑融合為一個(gè)完整圖斑，融合字段勾選“TDLYMC，TDLYDM，BMC，BDM，EMC，EDM，TMC，TDM，LZDM，BH，QDM，QBDM，QEDM，BZ”等字段。按照位置選擇，如果存在融合后圖斑與區(qū)縣界線共線的圖斑則為接邊錯(cuò)誤，導(dǎo)出錯(cuò)誤記錄，逐一修改。

2 示范應(yīng)用

2.1 研究區(qū)域概況

以瀘水市為例，瀘水市位于云南省西部偏北，怒江傈僳族自治州南部。東靠碧羅雪山與蘭坪、云龍兩縣相鄰，南接保山市，西與騰沖縣和緬甸聯(lián)邦共和國(guó)毗鄰，北連福貢縣?？h域東西橫距58 km，南北縱距95 km，國(guó)境線長(zhǎng)136.24 km，總面積3 203.04 km2。瀘水市地處享有“東方大峽谷”美譽(yù)的橫斷山脈南端縱谷區(qū)，地勢(shì)北高南低，呈“V”字地形，最高海拔4 161.6 m，最低海拔738 m。瀘水市境內(nèi)有片馬河、怒江、楚依大河等40條河流，分屬依洛瓦底江和怒江兩大水系，見(jiàn)圖2。

沿怒江道路低處山坡分布有耕地，高處已經(jīng)基本退耕還草，山上植被覆蓋度高，以林地為主。東南區(qū)域山上植被覆蓋度不高，以灌草為主。沿怒江的公路，目前施工接近完工，存在輕微擾動(dòng)。

2.2 遙感信息提取成果檢查

為便于成果檢查，將瀘水市土壤侵蝕地塊數(shù)據(jù)庫(kù)（圖層名QSDK）轉(zhuǎn)換成gdb格式，圖斑總個(gè)數(shù)為16 943個(gè)，侵蝕地塊分布如圖3所示。

根據(jù)成果質(zhì)量要求，需要進(jìn)行坐標(biāo)檢查，打開(kāi)坐標(biāo)檢查工具，添加需要檢查的矢量數(shù)據(jù)，檢查瀘水市成果坐標(biāo)系正確，符合要求（圖4）。

新建要素?cái)?shù)據(jù)集，將待檢查的矢量數(shù)據(jù)-瀘水市土壤侵蝕地塊成果添加至數(shù)據(jù)集中，加載需要檢查的矢量數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)集和矢量數(shù)據(jù)圖層，輸入檢查結(jié)果存放路徑即可導(dǎo)出錯(cuò)誤文件。具體操作如圖5所示，檢查結(jié)果如圖6所示，導(dǎo)出面錯(cuò)誤、線錯(cuò)誤、點(diǎn)錯(cuò)誤。結(jié)果表明，瀘水市無(wú)拓?fù)溴e(cuò)誤，只有系統(tǒng)自帶的外輪廓的線標(biāo)記錯(cuò)誤。

添加瀘水市土壤侵蝕地塊矢量數(shù)據(jù)，輸入檢查結(jié)果存放路徑即可導(dǎo)出錯(cuò)誤文件，該方法支持SHP、GDB、MDB等多種格式數(shù)據(jù)，支持快速進(jìn)行土地利用、水保措施、防治措施等字段屬性值的邏輯正確性檢查，并將錯(cuò)誤結(jié)果快速導(dǎo)出，以便修改。具體操作如圖7所示，檢查結(jié)果如圖8所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)存在農(nóng)村建設(shè)用地，出現(xiàn)有坡式梯田的措施以及防治措施字段有侵蝕強(qiáng)度等錯(cuò)誤。

添加接邊線即區(qū)縣界線、兩個(gè)待檢查的接邊矢量數(shù)據(jù)瀘水市接邊圖斑和福貢縣接邊圖斑，輸入接邊文件合并后存放路徑和檢查結(jié)果即可導(dǎo)出錯(cuò)誤文件和接邊后成果，可基于接邊后成果參考錯(cuò)誤文件進(jìn)行進(jìn)一步接邊，提高接邊效率。具體操作如圖9所示，檢查結(jié)果如圖10所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)存在部分接邊圖斑邊線合并后有縫隙以及接邊圖斑屬性不一致的情況。

通過(guò)以上檢查，確保最終成果滿足遙感信息提取的技術(shù)要求和水土流失計(jì)算的相關(guān)規(guī)定，以便順利開(kāi)展下一步水土流失侵蝕強(qiáng)度計(jì)算。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了基于ArcGIS平臺(tái)編寫(xiě)腳本構(gòu)建工具箱進(jìn)行長(zhǎng)江流域水土流失遙感監(jiān)測(cè)成果質(zhì)量檢查的方法，并以瀘水市為例，對(duì)土壤侵蝕地塊成果進(jìn)行了質(zhì)量檢查。該方法能一鍵式快速進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)成果規(guī)范性與邏輯性檢查。對(duì)于成果分類(lèi)正確性與套合精度等問(wèn)題，則還是需要輔以人工手動(dòng)檢查。

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（編輯：李 晗）

Quality inspection of remote sensing monitoring of soil erosion in Yangtze River Basin based on ArcGIS

WANG Cheng1，2，ZHONG Liang1，2，DUAN Jinzhang1，2，ZHOU Jinxia1，2

（1. Changjiang Institute of Survey， Planning， Design and Research， Wuhan 430010， China ;? 2. Changjiang Space Information Technology Engineering Co.， Ltd. （Wuhan）， Wuhan? 430010， China）

Abstract： The data volume of remote sensing monitoring results of soil erosion in the Yangtze River Basin is huge， and the traditional manual checking method is time-consuming and difficult to meet the demand for full-coverage monitoring in the Yangtze River basin. In the combination of the characteristics of soil erosion monitoring in the Yangtze River Basin， and based on GIS platform， a quality inspection tool， including coordinate check， topology check， logic check， bordering check， for interpretation result of dynamic soil erosion monitoring is developed. This method can quickly check the quality of large quantity of results， and facilitate the modification of results to ensure that the results are uniform and fully meet the requirements of subsequent erosion intensity model calculation， and effectively improve the efficiency of soil erosion monitoring in the Yangtze River Basin.

Key words： soil erosion; land use; water conservation measures; ArcGIS; remote sensing monitoring; quality inspection