遙感及GIS在水土保持中的應(yīng)用

■谷超杰

（黑龍江省第六地質(zhì)勘察院黑龍江佳木斯154002）

遙感及GIS在水土保持中的應(yīng)用

■谷超杰

（黑龍江省第六地質(zhì)勘察院黑龍江佳木斯154002）

土壤侵蝕一直是遙感、地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究的重要領(lǐng)域，它們?yōu)橥寥狼治g研究提供豐富的信息資料和處理手段，開(kāi)辟新的廣闊空間，并把水土保持工作推向更深的層次。土壤侵蝕模型是預(yù)報(bào)水土流失、指導(dǎo)水土保持措施配置、優(yōu)化水土資源利用的有效工具，是水土保持研究的熱點(diǎn)。

遙感 地理信息系統(tǒng) 水土保持；

1 遙感技術(shù)及其發(fā)展

遙感技術(shù)是從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或自身輻射的電磁波、可見(jiàn)光、紅外線，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的技術(shù)。隨著“數(shù)字地球”浪潮的興起及信息高速公路的飛速發(fā)展，對(duì)遙感信息獲取的動(dòng)態(tài)性、準(zhǔn)確性、精確性也提出了更高的要求。新型傳感器的不斷出現(xiàn)，使得從過(guò)去的攝影型傳感器發(fā)展到現(xiàn)在的掃描型、雷達(dá)型等多種類型的傳感器，并能搭載到地面、航空、航天等遙感平臺(tái)上并可獲取不同類型、不同空間分辨率、不同時(shí)間分辨率、不同光譜分辨率的遙感影像。現(xiàn)代遙感技術(shù)的顯著特點(diǎn)是盡可能多的集成多種傳感器、多級(jí)分辨率、多譜段和多時(shí)相，并與全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等高技術(shù)系統(tǒng)相結(jié)合以形成智能型傳感器。

2 地理信息系統(tǒng)及其發(fā)展

地理信息系統(tǒng)有時(shí)又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是"用于采集、存儲(chǔ)、管理、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)"。

3 水土保持

水土保持是指對(duì)自然因素和人為活動(dòng)造成水土流失所采取的預(yù)防和治理措施。八十年代以來(lái)，進(jìn)入了一個(gè)以小流域?yàn)閱卧_(kāi)展水土流失綜合治理的新階段。小流域是指以分水嶺和出口斷面為界形成的面積比較小的閉合集水區(qū)。流域面積最大一般不超過(guò)50平方公里。每個(gè)小流域既是一個(gè)獨(dú)立的自然集水單元，又是一個(gè)發(fā)展農(nóng)、林、牧生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)單元，分布在大江大河的上游。一個(gè)小流域就是一個(gè)水土流失單元，水土流失的發(fā)生、發(fā)展全過(guò)程都在小流域內(nèi)產(chǎn)生具有一定的規(guī)律性。

4 遙感及GIS在水土保持中的應(yīng)用

4.1 遙感在水土保持中應(yīng)用

隨著遙感影像資源的豐富和處理技術(shù)的日益提高，遙感影像覆蓋面廣、周期快、分辨率高和信息量豐富等特點(diǎn)使得遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。土壤侵蝕一直是遙感、地理信息系統(tǒng)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，自從有航空攝影以來(lái)，航空像片就在土壤侵蝕的調(diào)查工作中發(fā)揮著重要作用，當(dāng)航天遙感和地理信息系統(tǒng)出現(xiàn)以后，更為土壤侵蝕的研究提供了豐富的信息資料和處理手段，開(kāi)辟了新的廣闊空間，把水土保持工作推向更深的層次。縱觀遙感與地理信息系統(tǒng)在土壤侵蝕研究中的發(fā)展，可分為目視解譯方法研究土壤侵蝕、遙感光譜分析方法、模型參數(shù)化方法、人機(jī)交互式解譯方法以及它們的組合。

4.1.1 目視解譯法

目視解譯是指專業(yè)人員通過(guò)直接觀察或借助判讀儀器在遙感圖像上獲取特定目標(biāo)地物信息的過(guò)程。目視解譯方法曾是20世紀(jì)80年代初遙感工作者土壤侵蝕調(diào)查的主要方式，其在我國(guó)的“騰沖遙感調(diào)查”、“山西太原盆地遙感調(diào)查”、“內(nèi)蒙古草場(chǎng)資源遙感調(diào)查”等項(xiàng)目中做出巨大貢獻(xiàn)。水利部曾在1987-1990年間組織我國(guó)遙感和土壤侵蝕科技工作者，采用目視解譯的方法進(jìn)行了全國(guó)1：50萬(wàn)土壤侵蝕遙感制圖，第一次獲得了全國(guó)范圍的土壤侵蝕數(shù)據(jù)，極大的推動(dòng)了我國(guó)水土保持工作。

4.1.2 遙感光譜分析法

遙感光譜分析法研究土壤侵蝕主要包括分析、解讀遙感數(shù)字影像和分析、解讀遙感地物光譜輻射值。分析、解讀遙感數(shù)字影像主要是通過(guò)數(shù)字圖像處理的方法對(duì)遙感數(shù)字圖像進(jìn)行有關(guān)土壤侵蝕的信息增強(qiáng)，將土壤侵蝕信息進(jìn)行分類歸納。分析、解讀遙感地物光譜的方法是通過(guò)對(duì)遙感數(shù)字圖像中的地物光譜輻射值進(jìn)行定量分析，從而得到土壤侵蝕的信息。

4.1.3 模型參數(shù)化方法

隨著遙感技術(shù)不斷提高，地理信息系統(tǒng)技術(shù)不斷成熟，遙感和地理信息系統(tǒng)方法被廣泛應(yīng)用到土壤侵蝕監(jiān)測(cè)工作中。GIS技術(shù)使得時(shí)間和空間信息的收集、存儲(chǔ)、分析、展示愈加簡(jiǎn)便，土壤侵蝕研究人員已可非常方便的處理大量涉及土壤侵蝕的數(shù)據(jù)，從遙感信息、DEM數(shù)據(jù)、數(shù)字專題圖中提取土壤侵蝕模型參數(shù)，提高土壤侵蝕模型計(jì)算精度和速度。

4.1.4 人機(jī)交互式解譯

人機(jī)交互式解譯是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為支撐環(huán)境，利用模式識(shí)別技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感圖像的理解，完成對(duì)遙感圖像的解譯。雖然人機(jī)交互式解譯在識(shí)別信息時(shí)依靠的是目視解譯的原理，但是具體的操作是在GIS基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這與在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上的操作過(guò)程給人機(jī)交互式解譯帶來(lái)了很多與過(guò)去目視解譯完全不同的地方，可以進(jìn)行一些基本的信息增強(qiáng)處理、圖形編輯、人機(jī)交互式解譯使影像、圖形統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)達(dá)到了統(tǒng)一，人機(jī)交互式解譯是建立精確土壤侵蝕遙感信息提取模型的基礎(chǔ)。利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲取土壤侵蝕信息是土壤侵蝕遙感調(diào)查發(fā)展的必然趨勢(shì)，人機(jī)交互式解譯已經(jīng)在從目視解譯到計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯的道路上邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

4.2 GIS在水土保持中應(yīng)用

事實(shí)上，遙感技術(shù)應(yīng)用于土壤侵蝕研究的過(guò)程中已大量的涉及GIS技術(shù)，遙感作為信息獲取的手段，而GIS則更多的表現(xiàn)在相關(guān)信息的存儲(chǔ)、處理、應(yīng)用上。由于土壤侵蝕具有多元性、復(fù)雜性、時(shí)空多變性等，土壤侵蝕調(diào)查一般根據(jù)研究區(qū)域選取合適的土壤侵蝕模型，綜合運(yùn)用RS、GIS、GPS等技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)大面積、客觀、快速的獲取區(qū)域水流失的主要影響因素及水土流失狀況。我國(guó)第一次至第三次土壤侵蝕調(diào)查多是基于RS、GIS、GPS等技術(shù)基礎(chǔ)上完成的，經(jīng)過(guò)具有代表性的實(shí)測(cè)小區(qū)驗(yàn)證，其結(jié)果是符合水土流失規(guī)律和現(xiàn)狀的。地理信息系統(tǒng)在土壤侵蝕調(diào)查中的應(yīng)用主要在于土壤侵蝕因子計(jì)算方面，如坡度坡長(zhǎng)、溝谷密度、地表物質(zhì)、降水因子、植被蓋度、土地利用狀況，同時(shí)輔助遙感進(jìn)行因子

信息提取，存儲(chǔ)相應(yīng)的專題信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種空間分析、拓?fù)浞治觯缤寥狼治g因子的拓?fù)浏B加等。

5 結(jié)語(yǔ)

水土流失是我國(guó)目前最為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一，實(shí)現(xiàn)水土流失的防治是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和諧發(fā)展的重要保障。深入開(kāi)展水土保持研究是實(shí)現(xiàn)水土流失防治的前提條件，本文以探討遙感與GIS應(yīng)用于水土保持工作的方法與技術(shù)。

[1]錢(qián)易、唐孝炎：環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展，高等教育出版社，2000.

[2鄭合英：水土保持科學(xué)體系研究報(bào)告，黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002.4.

[3]張永生、王仁禮：遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，解放軍出版社，1998.

[4] 孫家抦 ：遙感原理與應(yīng)用，武漢大學(xué)出版社，2003.2.

P228.4[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-311-1