关于水土保持动态监测中3S技术的应用分析

关于水土保持动态监测中3S技术的应用分析

叶小雄

叶小雄

和平县水利水电勘测设计室

摘要:应用3S技术开展水土流失动态监测,可以快速、准确、客观地掌握监测区水土流失现状、水土流失治理、水土流失动态变化等有关信息,为水土流失防治提供宏观决策的科学依据。本文首先对3S技术进行了概述，简要分析了RS、GPS和GIS三种技术在水土保持动态监测中的应用，以供借鉴。

关键词:水土保持;动态监测;GIS;GPS;RS

搞好水土保持，保护水土资源，维护良好生态环境，实现可持续发展是社会发展的必然要求。利用3S技术,即GPS,RS,GIS相结合,可以实现重点时段对重点流域的土地利用情况进行快速、准确地更新,提供准确的水土流失面积和水土流失量,为灾害的发生、预防和治理提供科学的决策支持,及时采取措施,减少不必要的生命和财产损失。一、3S技术概述

1、地理信息系统(GIS)。地理信息系统(GIS)是分析和处理海量地理数据的通用技术，以采集、存储、管理、分析、显示和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的计算机系统.。近年来在水土保持方面,以GIS为工具所进行的土壤空间分布调查、土壤侵蚀量估算、土壤侵蚀监测、土壤侵蚀时空模拟、水土保持规划设计、水土保持规划效果虚拟等研究较多。主要是研制开发适用于土壤侵蚀及水土保持规划、管理的专业型GIS及二次开发。

2、全球定位系统(GPS)。全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制,于1994年全面建成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。它具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点。在水土保持方面,GPS不仅可以用来测量小范围的水土保持设施或水土流失现象发生的位置、几何特征等,而且还可以用来监测开发建设项目造成的水土流失情况以及水土保持综合治理的具体面积及分布。

3、遥感(RS)。是指从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身,从远处通过仪器(传感器)探测和接收来自目标物体的信息(如电场、磁场、电磁波、地震波等信息),经过信息的传输及其处理分析,识别物体的属性及其分布等特征的技术。遥感一般选用卫星或飞机作为传感器的遥感平台。遥感探测不受地面条件的限制,视域范围大,不仅可以获得可见光波段的电磁波信息,而且可获得紫外、红外等波段的信息。随着遥感信息源的改善、高光谱分辨率和高空间分辨率遥感数据的不断更新,以及遥感数据定量分析技术的不断进步和地理信息系统技术的发展,应用遥感方法进行大比例尺水土流失调查和动态监测已经成为现实可行的方法。

二、在水土保持动态监测中3S技术的应用

3S技术相结合对水土流失进行动态监测,为水土保持提供了一种新的技术方法。

1、地理信息系统(GIS)在水土保持动态监测中的应用。地理信息系统(GIS)为3S技术中信息处理中心。GIS可以通过某些已知相关的空间数据经运算得到新的空间数据,也就是可以对图形数据进行运算生成新的专题图件。在影响水土流失的因素中,地形因素是非常重要的,特别是坡度坡长因素。以往人勾绘坡度图既费时,又费工,并且精度不高。如果进行全省大比例尺的坡度,周期很长。GIS的DEM和DTM模型使这件工作变得轻松。DEM是利用已知的等高线采用某种数学方法插值生成,DTM是由DEM产生的一系列与地形有关的空间分布特征,如高程分布、地面坡度和坡向等。通过扫描设备或数字化设备将地形输入微机,经过矢量化,通过DEM和DTM模型运算,即可得到全省或全国的地面坡度分级图。还可把其它与水土流失相关的因素图(如降雨等值线图等)矢量化输进微机。运用叠加分析模型把影响水土流失的因素图叠加,输入适当的参数标准,GIS即可生成土壤侵蚀强度分级分布图等新的专题图件,通过该专题图即可以获取水土流失发生发展动态变化情况,再通过一些其它相应的统计分析模型对水土流失的发展趋势、治理效益等进行分析预测,为水保行政主管部门和科研业务部门治理、监督、规划提供科学的依据。

2、全球定位系统(GPS)在水土保持动态监测中的应用。由于遥感有一定的时间性,有时地面的变化,在影像上得不到及时的反映,这时即可运用GPS对其进行补充、校正。如某一区域在某一时段内进行了大面积的毁林、毁草开荒,而遥感影像反映的是此时段之前的信息,为了掌握新的变化动态,可应用GPS定位,在很短的时间内,将新破坏的区域准确的测绘出来,并且落到相应的空间位置上,这样即起到对原有信息的补充和修订作用,从而准确获取地理位置信息。应用GPS对自然水土流失的监测可分成两个层次:(1)在宏观方面,针对大流域或一个区域可建立GPS控制网,在控制网的基础上,进行像控点测量,为航空遥感像片的定向提供加密点,这样有利于区域内水土流失和土地利用信息的采集和提取;(2)在微观方面,针对坡面、沟头和沟底可利用GPS技术监测坡面地形变化、沟头前进和沟底下切速度、沟缘线后退速度,甚至可以监测典型样点水土流失量(流失厚度),包括崩塌、滑坡及堆积。对人为水土流失监测,不仅可以定期观测开挖面、堆积面的变化情况,而且可用GPS现场测量挖填土方量、堆积量和弃土弃渣量。此外,还可用GPS在最短时间内比较准确地确定开荒、毁林及破坏水土保持设施的数量、面积等。GPS快速RTK技术的原理,将其应用于水土保持监测中地类界和地形的更新,并与遥感影像、地形图进行叠加分析,从而了解水土流失面积及分布情况,计算水土流失量,进行灾害预防和评估。

3、遥感(RS)在水土保持动态监测中的应用。遥感影像资源的丰富和处理技术的日益提高,遥感影像覆盖面广、周期快、分辨率高和信息量丰富等特点使得它在水土保持工作的规划、治理、监督等方面的应用越来越得到重视,其宏观、快速和客观的优势得到充分的发挥,已经成为一个重要的水土流失监测手段。遥感动态水保监测是利用遥感的多传感器、多时相的特点,通过不同时相相对同一地区的遥感数据进行变化信息的提取。遥感信息的周期性和连续性为动态水保监测提供了可能。利用实时的遥感图像对土壤侵蚀强度的年度动态变化进行监测;分析土壤侵蚀总量以及年度变化趋势、植被资源动态变化趋势、工程措施治理效益、林草种植措施效益;对水土流失严重、生态环境恶化地区提出警示;通过对资料分析与评价,定期发布水土保持状况公告。在地理信息系统软件支持下,遥感可在水土保持动态监测的模拟、水土保持地理信息系统的建立和土壤侵蚀模型的探索等方面发挥重要作用。

结束语

传统的水土保持监测方法多是利用不同年份的卫星遥感影像进行对比分析来计算水土流失面积和水土流失量,这种方法成本较高,更新速度较慢,尤其在雨水多发季节,不能实时提供水土流失情况以制定相应预防措施,且由于遥感影像比例尺较大,计算的结果精度较低,不能有效地实现对重点区域进行重点监控。因此需要利用先进的技术来对其实行监测。