水土流失監測中“3S”技術的應用分析

鄭凱利

（四川水利職業技術學院,611231）

水土流失監測中“3S”技術的應用分析

鄭凱利

（四川水利職業技術學院,611231）

隨著經濟全球化的發展趨勢，全國各個區域毀林開荒的現象日趨嚴重，林地面積不斷銳減，導致植被出現不同程度的破壞，從而加劇水土流失現象。因此，對水土流失實現全方位動態監控具有重要的意義。3S 技術作為一種全新的技術手段，主要集全球定位系統、集遙感以及地理信息系統于一體，可精準高效地獲取地面信息。本文主要圍繞3S 技術在水土流失監測中的應用，展開全面的闡述。

水土保持；動態監測；遙感；全球定位系統；地理信息系統

0 引言

隨著社會經濟建設的不斷深入，環境問題引進了全球的廣泛關注，其中水土流失成為當今世界環境最嚴重的問題之一。目前，我國的水土流失現象日趨加劇，嚴重影響當地農林牧業的正常生產，無法維持生態環境與當地經濟的協調發展，同時，水土流失給河流帶來了大量泥沙，難以科學調整水利設施的調蓄能力，降低了天然河道泄洪能力，導致下游的洪澇災害頻繁發生，從而阻礙了河道整治和防洪等工作的順利進行。因此，為了實現水土流失的動態監測，需要及時采取水土保持策略，采取適時動態監測已勢在必行。在傳統的水土保持監測中，大多是采取不同年份的衛星遙感影像，進行統計水土流失面積、水土流失量，此方法需要消耗的成本過高，更新速度非常慢，計算的結果也不精確，不能對重點區域進行重點監控，特別是在雨水多發季節，無法采取及時的水土流失治理措施。利用GPS、RS、GIS 相結合的3S 技術，可對重點區域進行重點監控，更新速度較快較精準，為災害處理提供科學支持，從根本上保障共同財產安全。

1 3S 技術的簡述以及在水土監測中的應用

針對不同的監測對象、層次，采取的監測方法與技術也各不相同。水土保持監測技術主要包括RS、GPS、GIS等，地面觀測、專項試驗、調查統計、數理分析組成了主要的監測方法。RS 技術覆蓋的范圍相關廣泛，可有效收集水土流失相關因素；GPS 技術主要用于獲取地理位置信息，數據收集精度較高；GIS 技術主要用于編輯、管理監測信息，其圖形、屬性數據處理特點相當突出。3S 技術作為水土保持的全新技術方法，對水土流失進行全方位的動態監測。3S技術介紹如圖1所示。

圖1 3S技術介紹

1.1 RS技術在水土流失監測中的應用

遙感(RS)技術主要是指從遠處探測、感知物體，衛星作為此技術的傳感器的遙感平臺。不受地面條件對RS技術的影響比較小，其視域范圍相當廣泛，不但可全面獲取可見光波段的電磁波信息、紫外、紅外等波段信息等，還能夠快速提供地球表面信息等。

遙感影像處理技術日趨成熟，其特征在于影像資源相當豐富化，分辨率比較高，周期非常快，成為水土流失監測的主要手段，在水土保持工作發揮不可或缺的作用。在不同的地區中，遙感水流失監測可進行提取變化的動態信息，其周期性和連續性維持了水流失監測的高效運行。利用實時的遙感圖像可有效監測土壤侵蝕強度的動態變化情況；綜合分析植被資源動態變化情況、綠化工程措施治理效益等；及時警示水土流失程度、生態環境惡化區域；合理分析相關資料，分布水土保持成效公告 。張雪才等人采取地面遙感監測系統進行動態監測水土流失現象，使部分監測工作更加自動化、時效性、數字化，不斷優化水土保持監測系統。

1.2 GPS系統在水土流失監測中的應用

全球定位系統(GPS)系統作為現代衛星導航與定位系統，其具有全天候、多功能等特征，具有相當高的精度與效率。GPS 系統主要包括地面控制部分、空間部分、用戶設備部分。GPS-RTK技術是目前實時、動態的新型測量系統，此系統將一臺GPS 接收機作為基準站，若干臺接收機作為流動站，主要用于傳輸數據。RTK 定位技術可向動態用戶及時發送觀測數據及坐標信息通過數據鏈方式，從而進行實時差分處理，獲取動態用戶的實時三維位置等。

應用GPS 技術可改善遙感技術的時間性、無法及時反映影像等局限性，比如：某一區域在一時段內進行大面積毀林、毀草開荒行為，利用遙感影像只能反映此時段之前的信息，因此，可應用GPS 定位，以掌握全新的變化動態，在最短時間內準確繪測出新破壞的區域，并落到相應的空間位置上，進行補充和修訂原有信息，獲取正確的地理位置信息。

在宏觀方面，應用GPS技術對自然水土流失的監測，可建立GPS 控制網進行像控點測量，以合理提取區域內水土流失和土地利用信息。在微觀方面可利用GPS技術進行監測坡面地形變化、溝頭前進以及溝底下切速度等。同時，在最短時間內還可應用GPS技術進行確定開荒、毀林、破壞水土保持情況等。付曉婷等人在水土保持監測中應用GPS 快速RTK 技術，及時了解水土流失面積及分布情況，進行評估災害程度，綜合解決了水土保持監測問題。

1.3 GIS系統在水土流失監測中的應用

地理信息系統(GIS)作為集中多項數據的計算機系統，其空間數據信息處理能力相當突出，可根據不同要求的用戶，獲取所需要的信息，將以地圖、圖形、數據等形式顯示處理結果。利用GIS系統可進行管理遙感普查數據資料，為水土保持工作提供合理的決策依據。

圖2 3S技術集成流程圖

GIS系統可進行運算圖形數據，從而生成新的專題圖件。地形因素作為影響水土流失的重要因素之一，在傳統監測中都是利用人工勾繪坡度坡長，消耗了太多時間與精力，卻無法保證繪圖精度。但是應用GIS 的DEM模型和DTM 模型，可輕松生成與地形有關的空間分布特征，在微機中輸入地形，經過矢量化處理，即可獲取全國的地面坡度分級圖。采取疊加分析模型可進行疊加影響水土流失的因素，同時輸入適當的參數標準，GIS 即可生成各項專題圖件,以獲取水土流失發生發展動態變化情況，然后通過統計分析模型進行分析預測水土流失的發展趨勢、治理效益等，提高水土保持相關部門的工作效率。相關專家介紹了水土保持動態監測Web GIS 系統，表明此系統可解決水土保持動態監測所涉及海量數據處理問題，集成多種來源數據，提供大型數據庫支持，高效進行桌面地圖排版與專題圖制作等。黃忠民等人在水土保持監測中應用地理信息系統，充分應用GIS的數據管理、空間分析及可視化等功能，總結地理信息系統在水土保持監測中的應用優勢，明確水土保持監測的新發展方向。

2 3S 集成技術在水土流失監測中的應用

在水土流失監測中應用3S 集成技術，可準確收集關于水土流失現狀、治理等方面的信息，為水土保持提供充分的依據。3S技術集成流程，如圖2所示。

2.1 增強遙感數據收集功能的處理技術

與水土流失相關的因素多種多樣，為了從遙感數據中提取精確的信息，應該應用各種復合技術方法，全面收集水土流失因素等信息，比如：區域遙感信息多波段與多平臺復合方法、遙感信息與地圖復合方法、定性分析與定量分析結合方法、綜合分析與主導分析結合方法、室內判讀與外業調查方法等。

2.2 3S 集成技術結合4D 技術

GIS、RS、GPS等技術日趨集成化，其發展涉及不同的學科，3S的相互作用與集成，如圖3所示。在傳統GIS技術中大多以矢量數據為主，與遙感數據結構具有相當大的差異性，對3S 的集成產生了很大的限制。但是4D技術主要以柵格數據為主，兼容各項矢量數據，此技術優化3S 技術的集成。4D技術產品主要包括DEM、DOQ、DRG、DIG等數字產品生產產技術，在水土流失動態監測中得到廣泛的應用，其應用優勢在于具有顯著的方便性、簡單性，提高監測效率等。

圖 3 3S的相互作用與集成

2.3 構建數字化水土保持信息管理系統

在重點防治工程與重大開發建設項目中應用分辯率非常高的三維動態模型，將水土流失預測預報模型應用于典型區域中，可以結合3S 集成技術，構建數字化水土保持信息管理系統，對各個區域內的重點區域水土流失情況實施全方位的動態監測，增強管理的動態性、時效性，促進水土保持管理水平的快速發展，為政府決策提供充分的依據，實現現代化、數字化、先進化的水土保持管理模式，高效率完成各項水土保持工作。

3 結束語

在水土流失監測中廣泛應用3S技術，其應用具有經濟性、快捷性、客觀性、精準性等優勢，全面收集水土流失動態變化相關信息，綜合處理水土流失現象，有利于完善水土流失動態監測數據庫、水土流失動態監測系統等，在最大程度上提高水土保持的工作效率，為各級政府制定長期水土保持生態建設規劃提供充分的科學依據，推動生態環保型社會建設，實現社會效益、經濟效益的最大化。

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鄭凱利，女，漢族，籍貫：陜西寶雞，生于：1981-9-11，四川水利職業技術學院，資源環境工程系，職稱：講師.大學本科，研究方向：水土保持

Soil erosion monitoring"3S"technology applicationanalysis

Zheng Kaili
(sichuan water conservancy vocational college,611231)

With the development of economic globalization,regional deforestation is becoming more and more serious,forest land area has decreased,resulting in the vegetation in different degree of damage,thus aggravating soil erosion phenomenon.Therefore,it has important significance to realize the full range dynamic monitoring soil erosion.3S technology is a new technical means,the main set of global positioning system,remote sensing and geographic information system as a whole,can be accurate to obtain the ground information.This paper focuses on the application of 3S technique in monitoring soil erosion,a comprehensive exposition.

of soil and water conservation;dynamic monitoring;remote sensing;global positioning system; geographic information system