基于WebGIS的延河流域土壤侵蝕信息發布系統設計與實現

胡文敏，周衛軍，謝紅霞，余 德，莫 劍

（1.中南林業科技大學 理學院，湖南 長沙410000；2.湖南農業大學 資源環境學院，湖南 長沙 410128）

基于WebGIS的延河流域土壤侵蝕信息發布系統設計與實現

胡文敏1，周衛軍2，謝紅霞2，余 德2，莫 劍2

（1.中南林業科技大學 理學院，湖南 長沙410000；2.湖南農業大學 資源環境學院，湖南 長沙 410128）

延河流域信息發布系統是利用先進的Web開發技術和GIS功能組件設計實現的一套具有地圖瀏覽、空間查詢分析和專題圖繪制等功能的WebGIS應用系統，系統實現了空間信息和GIS應用模型的網絡部分共享的協同工作，從而提高水土保持、生態環境調查、監測、管理和流域綜合治理規劃工作的技術水平，為延河流域水土流失快速調查、動態監測分析評價和水土保持生態環境綜合治理規劃服務。

WebGIS；土壤侵蝕；SuperMap；CSLE

延河流域地處我國黃土高原，水土流失、土地沙化等生態問題突出[1]。改革開放以來，延河流域水土保持工作得到迅速發展，并創造了不少成功的經驗。但是，水土保持調查的信息來源主要通過現場實地勘測調查取得[2]，人力物力投入大，歷時也較長，且難以在大范圍內進行各地域間調查結果的可比性評價[3]。隨著地理信息系統技術研究和應用的發展，在GIS 支持下，通過建立土壤侵蝕因子數據庫[4]，用土壤侵蝕模型進行土壤侵蝕定量評價，是區域和大中流域土壤侵蝕評價研究的基本趨勢[5]。建立流域土壤侵蝕信息發布系統，及時準確地提供流域內土壤侵蝕信息，為指導區域水土流失調查監測、預測、評價及其綜合規劃治理工作提供了可能[6]。延河流域信息發布系統是利用先進的Web開發技術和GIS功能組件設計實現的一套具有地圖瀏覽、空間查詢分析和專題圖繪制等功能的WebGIS應用系統，實現空間信息和GIS應用模型的網絡共享及部分協同工作。系統采用Microsoft Visual Studio 2005、SuperMap Object 2008 作為開發工具。

1 系統功能需求分析

延河流域土壤侵蝕信息發布系統是基于WebGIS的專業信息網絡發布平臺[4]，除具有普通GIS系統所應有的圖形管理、數據查詢、打印出圖等基本功能外，還可以實現流域土壤侵蝕模型演算、相關因子分析、因子差值等獨特功能。其任務主要有4個方面：

1）實現延河流域自然環境概況信息發布，方便用戶快速獲取流域地形地貌、氣候特征、河流水系、行政區劃等背景信息。

2）實現流域土壤侵蝕相關因子多年原始數據的查詢和數據處理方法的解釋。

3）流域土壤侵蝕模型（chinese soil loss equation, CSLE）演算[7]，實現土壤侵蝕評價過程的可視化和用戶對可評價因子計算結果的查詢。

4）通過對流域歷年土壤侵蝕結果以及相關因子的分析，綜合評價流域水土流失治理效果以及相關因子作用大小，為水土保持管理決策提供科學依據。

2 系統設計

2.1 系統組成

延河流域土壤侵蝕信息發布系統主要由4個模塊組成，分別是地圖發布模塊、數據查詢模塊、模型演算模塊、數據維護與打印輸出模塊[8]，系統的組成和總體設計框架如圖1所示。

1）地圖發布模塊：主要用于儲存與土壤侵蝕有關的圖形圖像信息，包括區域概況相關圖件（DEM圖、行政區劃圖等）、土壤侵蝕評價圖、各種矢量圖（雨量站點分布圖、水系分布圖等）及各類專題圖等，并根據實際需要對圖形圖像信息實現科學管理。

2）數據查詢模塊：用于儲存土壤侵蝕有關的數據資料，包括基本信息數據（自然地理概況）、監測數據（日降雨量）和文本文件（模型描述）等，并根據實際需要實現對數據信息的科學管理。

3）模型演算模塊：主要建立了基于SuperMap土壤侵蝕模型[9]（chinese soil loss equation, CSLE），以及降雨侵蝕因子（R）、土壤可蝕因子（L）、坡度（S）坡長（L）因子、生物措施因子（B）、工程措施因子（E）、耕作措施因子（T）模型的演算過程，實現流域土壤侵蝕評價結果的可視化。

4）數據維護與打印輸出模塊：主要服務于數據的實時更新、定期維護和數據查詢結果的打印輸出。

2.2 系統數據

圖1 系統總體設計框架

所使用的數據主要有實測數據、遙感數據和調查數據3種，實測數據主要包括水文站觀測的徑流泥沙數據、雨量站觀測的降雨數據等；遙感數據主要包括流域30 m分辨率的Landset-4/5的TM 影像；調查數據主要包括流域水土保持措施數據、流域水土流失和水土保持場景數據、地表覆蓋狀況數據等。

表1 延河流域土壤侵蝕信息發布系統基礎數據

2.3 數據處理

數據處理主要是利用遙感圖像處理軟件Erdas8.7、地理信息系統軟件ArcGIS9.2、ArcView3.3、SuperMap Deskpro 2008。通過Erdas對遙感影像進行校正配準、圖像增強等預處理，然后基于地物標志解譯圖像獲取矢量圖。其他數據可以通過ArcGIS、SuperMap Deskpro進行處理形成相應的點、線、面矢量文件，運用ArcGIS的空間數據差值方法[10]，分別產生各相關因子評價圖和土壤侵蝕評價圖。最后將所有矢量數據、柵格數據導入SuperMap Deskpro，生成SDD、SDB文件，然后進行數據發布[11]，如圖2所示。

2.4 土壤侵蝕因子數據模型演算

圖2 系統數據發布

土壤侵蝕因子數據模型主要涉及到降雨侵蝕力因子模型、土壤可蝕性因子模型、坡度坡長因子模型、水土保持措施因子、林草措施因子、工程措施因子、耕作措施因子。

以降雨侵蝕力計算模型為例，采用章文波的全國日降雨數據擬合公式[12]，計算了1980～2000年和2006 年各個站點半月降雨侵蝕力，由此計算得到1980～2000年和2006年半月平均、月平均、逐年、年平均降雨侵蝕力，然后利用計算得到的結果，采用IDW反距離加權內插方法進行降雨侵蝕力空間表面插值，得到降雨侵蝕力表面。模型如圖3所示。

圖3 降雨侵蝕因子模型計算

式中，k=1，2，…，m 是某半月內侵蝕性降雨日數；Pk是半月內第k 天的日雨量；Pd12是一年

內侵蝕性降雨日雨量的平均值（即一年中大于等于12 mm 日雨量的總和與相應日數的比值）。Py12是侵蝕性降雨年總量的多年平均值，降雨侵蝕力單位為公制單位（MJ·mm·ha-1·h-1·a-1）。

3 結 語

本系統界面簡約、精美、實用、友好，力求操作簡潔，用戶可以直接有效地獲取信息。其次，系統依據CSLE演算出延河流域土壤侵蝕量。此外，系統實現了延河流域35個降雨站點近10 a內各年的月降雨、年降雨因子的動態計算和查詢；最后，系統將SuperMap軟件組件與分析模型、網絡平臺有機結合，相互發揮優勢，避免了組件的機械堆砌，使用戶操作更為簡易快捷。

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P208

B

1672-4623（2015）03-0085-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.030

胡文敏，博士,工程師，研究方向為土地利用管理、土地生態環境過程模擬。

2014-04-02。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41001071）。