水土保持自動化監測技術的應用探討

姚明學

【摘要】筆者基于水土流失監測工作實際，對近幾年水土保持監測領域所出現的一些實用的自動化方法和技術進行分析歸納與探討，并列舉出各種方法中常用的監測設備，并對各類自動化監測技術的利弊及發展趨勢進行了簡要分析。

【關鍵詞】水土保持；自動化監測；應用

1、引言

水土保持監測是水土保持工作的基礎性環節，同時也是加強水土保持生態建設宏觀調控與決策的依據。水土保持自動化監測是從水土資源保護與生態環境維護等角度出發，綜合運用多種現代化自動監測技術與方法，對引起水土流失的成因、數量、強度、影響點面、危害程度及防治等環節進行動態監測監控與綜合評估的過程，是水土流失防治的基礎性環節。作為世界上水土流失最嚴重的國家，我國水土流失形成原因復雜、危害嚴重，監測評估方法落后，所以科學運用水土保持自動化監測技術，準確掌握水土流失實際情況，并對水土保持生態建設成效進行科學評估對決策部門掌握監測區域水土流失面積、流失量的變動情況，生物、工程措施等的總體效益演變及生態環境的動態變化，并制定相應的處理措施顯得尤為重要。

2、水土保持監測方法

將獲取水土保持監測數據的各類手段統稱為監測方法。一般根據監測途徑及監測對象的差異性，將監測方法概括為微觀與宏觀監測兩大類，微觀監測以小區、樣地、破面的重力侵蝕等監測內容為主，微觀監測方法對水土流失影響較大的溝道侵蝕觀測領域較為薄弱，其中的風蝕觀測方法在我國當前尚處于初步發展、不斷完善階段，對風蝕與水蝕的復合影響尚無法進行很好地觀測，所以風蝕與水蝕復合影響的觀測將是微觀監測自動化的未來發展方向之一。而宏觀監測則以基于地表覆蓋信息的遙感監測等內容為主，宏觀監測一般采用具有高空間分辨率、多時相、多光譜的搖感數據，在自動化監測技術的支撐下，進行土壤侵蝕、水土流失信息的人機交互式破譯，當前以土地利用、水土保持為基礎的遙感影像土壤侵蝕解釋程序技術已經得到廣泛應用。綜上所述，可以將當前水土保持監測方法概括為地面監測、遙感監測和調查監測等三種類型。對于典型區和典型斷面水土流失等情況適宜采用地面監測方法，將典型樣點（區）作為監測對象，通過觀測儀器與傳感裝置等進行連續性地面監測，以獲得水土流失的典型數據。作為普遍采用的宏觀監測手段，遙感監測具有很強的實時性與宏觀性，其主要利用遙感衛星影響處理技術、地理信息系統技術和GIS、GPS全球定位技術，進行地區土壤侵蝕及水土流失數據的實時獲取，為水土保持防治決策提供技術依據。

3、水土保持自動化監測技術的應用

3.1 模型監測預報技術的應用

我國對水土流失監測預報模型的研究并借此評價水土流失環境危害與水土保持防治效益等工作始于上世紀八十年代，例如，在監測模型構建方面，先進性破面、小流域水土流失及防治效果的監測，在此基礎上進行不同尺度水土流失預測預報模型的研究。運用該方法進行水土保持監測研究的重點是通過所獲取的監測數據對包括陡坡和長坡條件下土壤侵蝕規律的研究，建立其侵蝕的數學模型，并對土壤侵蝕因子進行定量評價，并總結出我國不同土種土壤可蝕性與土壤屬性的關系，并估算出土壤可蝕性評價的基本方法。此外，模型監測預報技術還可應用于坡面水蝕預報模型、小流域分布式水蝕預報模型、風蝕預報模型及農業非點源污染模型等的構建。

3.2 “3S”遙感技術的應用

“3S”技術是遙感（RS）、地理信息系統（GIS）和全球衛星定位系統（GPS）的統稱，是搖桿和信息技術領域自動化監測的高新技術，當前，“3S”遙感技術正處于日新月異的發展階段，其中在空間遙感信息獲得技術方面，正在建立和形成一個多層次、立體位、多角度、全方位、全天候的對地觀測網；在信息與數據處理方面，正在實現遙感、制圖、地理信息系統、衛星定位系統、虛擬現實技術決策支撐一體化、數字化；在技術應用層面，信息提取的自動化與智能化，通過信息共享實現網絡化的環境空間基礎性信息設施，并逐步增強其信息分析能力是發展目標。我國從上世紀九十年代末期開始，“3S”遙感技術便被逐步應用于水土流失監測。

3.3 遙感動態監測技術的應用

遙感動態監測技術具有多時相、周期性和連續性等優點，該技術通過監測，對不同時相且同一區域內的遙感數據進行提取并分析整合，作為相關部門進行水土流失監測及水土保持決策的重要依據。該技術對水土流失信息的提取和處理是建立在“3S”遙感和GIS技術基礎上，可以客觀、快速獲取區域內水土流失的主要影響因素及流失狀況等信息。在實踐中，遙感動態監測技術也可以越野監測車作為遙感平臺，利用地物波譜儀等遙感器進行定位，并進行水土流失信息的采集，同時配合自動化的GPS衛星定位技術，對所獲取的水土流失數據資料進行數字化、矢量化處理，通過地面遙感圖像技術對其進行判讀與輸出。

遙感動態監測技術主要應用于土壤侵蝕調查與評價、制圖研究、土壤侵蝕及水保信息系統建立等多方面，今后該技術的發展方向為實現國家水土流失與水土保持的動態監測、建立中國水土流失定量評價模型系統、定期快速清查區域內水土流失狀況并建立國家水土保持管理信息系統。將地面遙感與“3S”技術有機結合起來，可以實現野外監測工作的自動化、數字化與智能化，大大簡化監測流程，節省費用，大大提高了水土保持監測工作對精度的要求，實現了監測自動化與常規監測手段的完美結合。

3.4 監測網絡信息管理技術

監測網絡信息管理技術是實現水土保持自動化監測的客觀要求，同時也是進行水土保持自動化預測預報的載體，可以說上述自動化監測技術的發展與進步都必須基于水土保持監測網絡的不斷完善。對于監測網絡信息管理技術，當前主要致力于初步建成覆蓋全國的水土保持監測網絡并建立起全國水土保持數據庫及信息管理系統，實現對水土流失最為嚴重區域、重點防治區域及大型開發建設項目區域的實時監測與動態管理，在此基礎上，逐步建立和完善覆蓋全國的水土保持自動化監測網絡，建立健全水土保持自動化監測技術標準體系與制度建設，形成高效精準的信息自動采集、處理、傳輸與發布體系。

參考文獻：

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[2] 楊愷，無人機遙感技術在開發建設項目水土保持監測中的應用[J]，陜西水利，2013（07）