李學偉

(四會市宏禹水利水電勘測設計有限公司，廣東 四會 526200)

在國家用地規(guī)劃設計中，小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃是研究的重點課題，通過對小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃設計，從地理空間和地圖空間出發(fā)，進行小流域農(nóng)地水土空間和水體保持的相關參數(shù)分析，監(jiān)測小流域農(nóng)地水土的變化，從儲水量變化情況、土壤變化等著手，采用尺度因子分析和數(shù)學參數(shù)模型分析的方法，建立小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃的統(tǒng)計分析模型，通過監(jiān)測小流域農(nóng)地水儲量時變、土壤平面變化等情況，實現(xiàn)小流域農(nóng)地的水土保持和規(guī)劃研究。研究小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃方法，在陸地水儲量變化情況分析和降水數(shù)據(jù)分析中具有重要意義[1]。

對小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃研究是建立在對小流域農(nóng)地水土的重力場特征分析基礎上，結合監(jiān)測地域的模型特征參數(shù)分析，通過地質(zhì)層面和斷層拓撲關系分析，建立小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃的地質(zhì)層面參數(shù)分析模型，實現(xiàn)對小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃及地質(zhì)層模型構造。文獻[2]中采用Grid網(wǎng)格模型分析的方法，進行小流域農(nóng)地水土保持過程控制設計，采用數(shù)據(jù)內(nèi)插的Grid(柵格網(wǎng))模型實現(xiàn)水體地質(zhì)層面重組，實現(xiàn)空間規(guī)劃控制，但該方法容易導致水土規(guī)劃層面在空間上出現(xiàn)重疊區(qū)域。文獻[3]中提出基于拓展初始地層法的小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃方法，通過層面空間拓撲關系約束的方法，實現(xiàn)小流域農(nóng)地水土保持，但該方法在有斷層的區(qū)域中規(guī)劃性能不好。針對上述問題，本文提出基于RuSLE模型的小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃方法。首先進行規(guī)劃模型的總體構架設計，提取不同階次的小流域農(nóng)地植被和土壤粗糙度分布特征量，其次基于反演算法和綜合指標評價的方法，建立不同頻段下的衛(wèi)星遙感觀測信息分析數(shù)據(jù)庫，在RuSLE高精度測量模型中，實現(xiàn)水土保持規(guī)劃模型優(yōu)化設計，最后進行實驗測試分析，展示了本文方法在提高小流域農(nóng)地水土保持和空間規(guī)劃能力方面的優(yōu)越性能。

1 小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃的總體架構和參數(shù)分析

1.1 總體架構

為實現(xiàn)對小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃模型設計，基于斷層曲面空間約束的方法，進行小流域農(nóng)地水土的遙感特征監(jiān)測，建立小流域農(nóng)地水土遙感信息數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)庫組成RuSLE參數(shù)解析庫，采用層多邊形的重疊區(qū)域分割方法，進行斷面空間約束，采用水土空間分布重組[4]，建立不同網(wǎng)格點上的農(nóng)地水土保持控制點集合V={v1x，y，z，v2x，y，z，…，vnx，y，z}，差異拓展初始地層法，得到n個斷層點的水土遙感特征點，小流域農(nóng)地水土保持的遙感斷層點重組模型如圖1所示。

圖1 小流域農(nóng)地水土保持的遙感斷層點重組模型

根據(jù)圖的結構模型，顧及季節(jié)影響尺度因子，通過水文數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù)分析，利用模擬和真實數(shù)據(jù)的平差試驗分析的方法，得到小流域農(nóng)地水土規(guī)劃的像點坐標分布，在影像覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)進行水土變化特征分析[5]，通過三號立體影像定位設計，求解補償項系數(shù)及待定目標點，得到多傳感器、多光譜影像數(shù)據(jù)，并通過模數(shù)轉換、電子計算機與自動控制處理技術，進行大數(shù)據(jù)分析處理，實現(xiàn)小流域的農(nóng)地水土攝影測量?？傮w實現(xiàn)技術圖如圖2所示。

圖2 小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃實現(xiàn)技術圖

1.2 參數(shù)分析

結合模擬法、解析法、數(shù)字法等多傳感信息分析的方法，建立小流域農(nóng)地水土在地圖上的幾何圖形分布結構模型，采用三維種子點插值的方法，進行小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃的本體模型構造，通過組成部分、功能和屬性3個方面的相似度分析，建立網(wǎng)格內(nèi)部形成斷面封閉約束模型[6]，得到土壤和農(nóng)地2個實體類在本體語義網(wǎng)分布結構模型表示為：

(1)

(2)

式中，mi—對應時段的表面土壤濕度數(shù)據(jù)；si(ci_smallScal，ci_larg eScale)—水土保持規(guī)劃攝影測量處理的輸出相似度；n—大范圍時間有序序列長度。根據(jù)度大氣可降水量的觀測，得到小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃的三維空間中斷面約束和網(wǎng)格內(nèi)部形成斷面封閉約束模型如圖3所示。

圖3 小流域農(nóng)地水土保持的斷面約束模型

根據(jù)圖3對小流域農(nóng)地水土保持的斷面約束規(guī)劃，通過幾何語義一體化的智能分析方法，構建RuSLE模型，提取不同階次的小流域農(nóng)地植被和土壤粗糙度分布特征量，根據(jù)語義信息及時序變化關系，進行水土保持規(guī)劃中的幾何位置、物理屬性、語義信息分析。

2 小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃模型優(yōu)化

2.1 實景三維幾何語義聯(lián)合建模

采用實景三維建模的方法，建立小流域農(nóng)地水土保持的多源廣義地理信息分析RuSLE模型，引入如控制點、參考影像、矢量數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)及其他輔助數(shù)據(jù)，得到三維地形產(chǎn)品、大范圍多源合成影像，采用單源遙感視覺規(guī)劃方法，得到小流域農(nóng)地水土保持的多源影像精準配置模型為：

(3)

在語義約束后保留農(nóng)地水土分配的匹配點，在DEM和控制點影像庫中進行小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃過程中的自適應加權融合和土壤濕度反演特征分析，根據(jù)對小流域農(nóng)地水土濕度和土壤的滲透性特征，在語義輔助精準幾何處理的基礎上，進行實景三維幾何語義聯(lián)合建模[8]。

2.2 小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃

采用影像匹配、區(qū)域網(wǎng)平差分析的方法，利用多時相影像特征分析，構建小流域農(nóng)地水土多光譜含云影像的云檢測修復模型，結合每組影像的匹配結果[9]，形成水土遙感監(jiān)測的立體影像DOM/DEM，在平面高程控制區(qū)域，得到區(qū)域網(wǎng)平差的數(shù)據(jù)量為：

(4)

(5)

3 實驗測試分析

對小流域農(nóng)地水土保持的規(guī)劃的實驗建立在DEM/DOM基礎地理信息庫基礎上，不同試驗區(qū)的功能區(qū)的占比分布見表1。

表1 功能區(qū)分布占比

利用ECMWF提供的2019—2021年水土RuSLE數(shù)據(jù)模型，得到小流域農(nóng)地水土濕度和土壤的滲透性特征分布[10]見表2。

表2 小流域農(nóng)地水土濕度和土壤的滲透性特征分布

根據(jù)上述參數(shù)分布，進行農(nóng)地水土規(guī)劃，得到小流域農(nóng)地水土遙感監(jiān)測影像如圖5所示。

圖5 小流域農(nóng)地水土遙感監(jiān)測影像

根據(jù)圖5的遙感監(jiān)測影像，在RuSLE高精度測量模型中，實現(xiàn)小流域農(nóng)地水土的保有量計算，從而實現(xiàn)小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃，優(yōu)化規(guī)劃輸出如圖6所示。

圖6 水土規(guī)劃

分析圖6得出，本文方法能實現(xiàn)對小流域農(nóng)地水土的空間分布優(yōu)化規(guī)劃設計，測試土地利用率，對比結果見表3，分析得出，本文方法實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進行精準灌溉，提高了水資源的利用率。

表3 水土保持利用率對比

4 結語

本文提出基于RuSLE模型的小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃方法。建立小流域農(nóng)地水土在地圖上的幾何圖形分布結構模型，采用三維種子點插值的方法，進行小流域農(nóng)地水土保持規(guī)劃的本體模型構造，采用深度語義分割和分塊匹配方法，得到農(nóng)地水土保持規(guī)劃的全自動匹配的控制點，在語義輔助精準幾何處理的基礎上，進行實景三維幾何語義聯(lián)合建模，實現(xiàn)對小流域農(nóng)地水土的空間分布優(yōu)化規(guī)劃。測試得出，本文方法進行對小流域農(nóng)地水土的空間分布優(yōu)化規(guī)劃的精準性較高，利用率較高。因此，對于規(guī)劃途徑而言，基于利用RuSLE模型的情況下，慣用方式存在問題就能很好地解決。