水土流失监测中“3S”技术的应用分析

郑凯利

（四川水利职业技术学院,611231）

水土流失监测中“3S”技术的应用分析

郑凯利

（四川水利职业技术学院,611231）

随着经济全球化的发展趋势，全国各个区域毁林开荒的现象日趋严重，林地面积不断锐减，导致植被出现不同程度的破坏，从而加剧水土流失现象。因此，对水土流失实现全方位动态监控具有重要的意义。3S 技术作为一种全新的技术手段，主要集全球定位系统、集遥感以及地理信息系统于一体，可精准高效地获取地面信息。本文主要围绕3S 技术在水土流失监测中的应用，展开全面的阐述。

水土保持；动态监测；遥感；全球定位系统；地理信息系统

0 引言

随着社会经济建设的不断深入，环境问题引进了全球的广泛关注，其中水土流失成为当今世界环境最严重的问题之一。目前，我国的水土流失现象日趋加剧，严重影响当地农林牧业的正常生产，无法维持生态环境与当地经济的协调发展，同时，水土流失给河流带来了大量泥沙，难以科学调整水利设施的调蓄能力，降低了天然河道泄洪能力，导致下游的洪涝灾害频繁发生，从而阻碍了河道整治和防洪等工作的顺利进行。因此，为了实现水土流失的动态监测，需要及时采取水土保持策略，采取适时动态监测已势在必行。在传统的水土保持监测中，大多是采取不同年份的卫星遥感影像，进行统计水土流失面积、水土流失量，此方法需要消耗的成本过高，更新速度非常慢，计算的结果也不精确，不能对重点区域进行重点监控，特别是在雨水多发季节，无法采取及时的水土流失治理措施。利用GPS、RS、GIS 相结合的3S 技术，可对重点区域进行重点监控，更新速度较快较精准，为灾害处理提供科学支持，从根本上保障共同财产安全。

1 3S 技术的简述以及在水土监测中的应用

针对不同的监测对象、层次，采取的监测方法与技术也各不相同。水土保持监测技术主要包括RS、GPS、GIS等，地面观测、专项试验、调查统计、数理分析组成了主要的监测方法。RS 技术覆盖的范围相关广泛，可有效收集水土流失相关因素；GPS 技术主要用于获取地理位置信息，数据收集精度较高；GIS 技术主要用于编辑、管理监测信息，其图形、属性数据处理特点相当突出。3S 技术作为水土保持的全新技术方法，对水土流失进行全方位的动态监测。3S技术介绍如图1所示。

图1 3S技术介绍

1.1 RS技术在水土流失监测中的应用

遥感(RS)技术主要是指从远处探测、感知物体，卫星作为此技术的传感器的遥感平台。不受地面条件对RS技术的影响比较小，其视域范围相当广泛，不但可全面获取可见光波段的电磁波信息、紫外、红外等波段信息等，还能够快速提供地球表面信息等。

遥感影像处理技术日趋成熟，其特征在于影像资源相当丰富化，分辨率比较高，周期非常快，成为水土流失监测的主要手段，在水土保持工作发挥不可或缺的作用。在不同的地区中，遥感水流失监测可进行提取变化的动态信息，其周期性和连续性维持了水流失监测的高效运行。利用实时的遥感图像可有效监测土壤侵蚀强度的动态变化情况；综合分析植被资源动态变化情况、绿化工程措施治理效益等；及时警示水土流失程度、生态环境恶化区域；合理分析相关资料，分布水土保持成效公告 。张雪才等人采取地面遥感监测系统进行动态监测水土流失现象，使部分监测工作更加自动化、时效性、数字化，不断优化水土保持监测系统。

1.2 GPS系统在水土流失监测中的应用

全球定位系统(GPS)系统作为现代卫星导航与定位系统，其具有全天候、多功能等特征，具有相当高的精度与效率。GPS 系统主要包括地面控制部分、空间部分、用户设备部分。GPS-RTK技术是目前实时、动态的新型测量系统，此系统将一台GPS 接收机作为基准站，若干台接收机作为流动站，主要用于传输数据。RTK 定位技术可向动态用户及时发送观测数据及坐标信息通过数据链方式，从而进行实时差分处理，获取动态用户的实时三维位置等。

应用GPS 技术可改善遥感技术的时间性、无法及时反映影像等局限性，比如：某一区域在一时段内进行大面积毁林、毁草开荒行为，利用遥感影像只能反映此时段之前的信息，因此，可应用GPS 定位，以掌握全新的变化动态，在最短时间内准确绘测出新破坏的区域，并落到相应的空间位置上，进行补充和修订原有信息，获取正确的地理位置信息。

在宏观方面，应用GPS技术对自然水土流失的监测，可建立GPS 控制网进行像控点测量，以合理提取区域内水土流失和土地利用信息。在微观方面可利用GPS技术进行监测坡面地形变化、沟头前进以及沟底下切速度等。同时，在最短时间内还可应用GPS技术进行确定开荒、毁林、破坏水土保持情况等。付晓婷等人在水土保持监测中应用GPS 快速RTK 技术，及时了解水土流失面积及分布情况，进行评估灾害程度，综合解决了水土保持监测问题。

1.3 GIS系统在水土流失监测中的应用

地理信息系统(GIS)作为集中多项数据的计算机系统，其空间数据信息处理能力相当突出，可根据不同要求的用户，获取所需要的信息，将以地图、图形、数据等形式显示处理结果。利用GIS系统可进行管理遥感普查数据资料，为水土保持工作提供合理的决策依据。

图2 3S技术集成流程图

GIS系统可进行运算图形数据，从而生成新的专题图件。地形因素作为影响水土流失的重要因素之一，在传统监测中都是利用人工勾绘坡度坡长，消耗了太多时间与精力，却无法保证绘图精度。但是应用GIS 的DEM模型和DTM 模型，可轻松生成与地形有关的空间分布特征，在微机中输入地形，经过矢量化处理，即可获取全国的地面坡度分级图。采取叠加分析模型可进行叠加影响水土流失的因素，同时输入适当的参数标准，GIS 即可生成各项专题图件,以获取水土流失发生发展动态变化情况，然后通过统计分析模型进行分析预测水土流失的发展趋势、治理效益等，提高水土保持相关部门的工作效率。相关专家介绍了水土保持动态监测Web GIS 系统，表明此系统可解决水土保持动态监测所涉及海量数据处理问题，集成多种来源数据，提供大型数据库支持，高效进行桌面地图排版与专题图制作等。黄忠民等人在水土保持监测中应用地理信息系统，充分应用GIS的数据管理、空间分析及可视化等功能，总结地理信息系统在水土保持监测中的应用优势，明确水土保持监测的新发展方向。

2 3S 集成技术在水土流失监测中的应用

在水土流失监测中应用3S 集成技术，可准确收集关于水土流失现状、治理等方面的信息，为水土保持提供充分的依据。3S技术集成流程，如图2所示。

2.1 增强遥感数据收集功能的处理技术

与水土流失相关的因素多种多样，为了从遥感数据中提取精确的信息，应该应用各种复合技术方法，全面收集水土流失因素等信息，比如：区域遥感信息多波段与多平台复合方法、遥感信息与地图复合方法、定性分析与定量分析结合方法、综合分析与主导分析结合方法、室内判读与外业调查方法等。

2.2 3S 集成技术结合4D 技术

GIS、RS、GPS等技术日趋集成化，其发展涉及不同的学科，3S的相互作用与集成，如图3所示。在传统GIS技术中大多以矢量数据为主，与遥感数据结构具有相当大的差异性，对3S 的集成产生了很大的限制。但是4D技术主要以栅格数据为主，兼容各项矢量数据，此技术优化3S 技术的集成。4D技术产品主要包括DEM、DOQ、DRG、DIG等数字产品生产产技术，在水土流失动态监测中得到广泛的应用，其应用优势在于具有显著的方便性、简单性，提高监测效率等。

图 3 3S的相互作用与集成

2.3 构建数字化水土保持信息管理系统

在重点防治工程与重大开发建设项目中应用分辩率非常高的三维动态模型，将水土流失预测预报模型应用于典型区域中，可以结合3S 集成技术，构建数字化水土保持信息管理系统，对各个区域内的重点区域水土流失情况实施全方位的动态监测，增强管理的动态性、时效性，促进水土保持管理水平的快速发展，为政府决策提供充分的依据，实现现代化、数字化、先进化的水土保持管理模式，高效率完成各项水土保持工作。

3 结束语

在水土流失监测中广泛应用3S技术，其应用具有经济性、快捷性、客观性、精准性等优势，全面收集水土流失动态变化相关信息，综合处理水土流失现象，有利于完善水土流失动态监测数据库、水土流失动态监测系统等，在最大程度上提高水土保持的工作效率，为各级政府制定长期水土保持生态建设规划提供充分的科学依据，推动生态环保型社会建设，实现社会效益、经济效益的最大化。

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郑凯利，女，汉族，籍贯：陕西宝鸡，生于：1981-9-11，四川水利职业技术学院，资源环境工程系，职称：讲师.大学本科，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