遥感及GIS在水土保持中的应用

2016-04-14谷超杰

地球 2016年5期

关键词：目视土壤侵蚀遥感技术

■谷超杰

（黑龙江省第六地质勘察院黑龙江佳木斯154002）

遥感及GIS在水土保持中的应用

■谷超杰

（黑龙江省第六地质勘察院黑龙江佳木斯154002）

土壤侵蚀一直是遥感、地理信息系统应用研究的重要领域，它们为土壤侵蚀研究提供丰富的信息资料和处理手段，开辟新的广阔空间，并把水土保持工作推向更深的层次。土壤侵蚀模型是预报水土流失、指导水土保持措施配置、优化水土资源利用的有效工具，是水土保持研究的热点。

遥感地理信息系统水土保持；

1 遥感技术及其发展

遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线，对目标进行探测和识别的技术。随着“数字地球”浪潮的兴起及信息高速公路的飞速发展，对遥感信息获取的动态性、准确性、精确性也提出了更高的要求。新型传感器的不断出现，使得从过去的摄影型传感器发展到现在的扫描型、雷达型等多种类型的传感器，并能搭载到地面、航空、航天等遥感平台上并可获取不同类型、不同空间分辨率、不同时间分辨率、不同光谱分辨率的遥感影像。现代遥感技术的显著特点是尽可能多的集成多种传感器、多级分辨率、多谱段和多时相，并与全球定位系统、地理信息系统、惯性导航系统等高技术系统相结合以形成智能型传感器。

2 地理信息系统及其发展

地理信息系统有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统是"用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术"。

3 水土保持

水土保持是指对自然因素和人为活动造成水土流失所采取的预防和治理措施。八十年代以来，进入了一个以小流域为单元开展水土流失综合治理的新阶段。小流域是指以分水岭和出口断面为界形成的面积比较小的闭合集水区。流域面积最大一般不超过50平方公里。每个小流域既是一个独立的自然集水单元，又是一个发展农、林、牧生产的经济单元，分布在大江大河的上游。一个小流域就是一个水土流失单元，水土流失的发生、发展全过程都在小流域内产生具有一定的规律性。

4 遥感及GIS在水土保持中的应用

4.1 遥感在水土保持中应用

随着遥感影像资源的丰富和处理技术的日益提高，遥感影像覆盖面广、周期快、分辨率高和信息量丰富等特点使得遥感技术在水土保持监测领域发挥越来越大的作用。土壤侵蚀一直是遥感、地理信息系统研究的一个重要领域，自从有航空摄影以来，航空像片就在土壤侵蚀的调查工作中发挥着重要作用，当航天遥感和地理信息系统出现以后，更为土壤侵蚀的研究提供了丰富的信息资料和处理手段，开辟了新的广阔空间，把水土保持工作推向更深的层次。纵观遥感与地理信息系统在土壤侵蚀研究中的发展，可分为目视解译方法研究土壤侵蚀、遥感光谱分析方法、模型参数化方法、人机交互式解译方法以及它们的组合。

4.1.1 目视解译法

目视解译是指专业人员通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。目视解译方法曾是20世纪80年代初遥感工作者土壤侵蚀调查的主要方式，其在我国的“腾冲遥感调查”、“山西太原盆地遥感调查”、“内蒙古草场资源遥感调查”等项目中做出巨大贡献。水利部曾在1987-1990年间组织我国遥感和土壤侵蚀科技工作者，采用目视解译的方法进行了全国1：50万土壤侵蚀遥感制图，第一次获得了全国范围的土壤侵蚀数据，极大的推动了我国水土保持工作。

4.1.2 遥感光谱分析法

遥感光谱分析法研究土壤侵蚀主要包括分析、解读遥感数字影像和分析、解读遥感地物光谱辐射值。分析、解读遥感数字影像主要是通过数字图像处理的方法对遥感数字图像进行有关土壤侵蚀的信息增强，将土壤侵蚀信息进行分类归纳。分析、解读遥感地物光谱的方法是通过对遥感数字图像中的地物光谱辐射值进行定量分析，从而得到土壤侵蚀的信息。

4.1.3 模型参数化方法

随着遥感技术不断提高，地理信息系统技术不断成熟，遥感和地理信息系统方法被广泛应用到土壤侵蚀监测工作中。GIS技术使得时间和空间信息的收集、存储、分析、展示愈加简便，土壤侵蚀研究人员已可非常方便的处理大量涉及土壤侵蚀的数据，从遥感信息、DEM数据、数字专题图中提取土壤侵蚀模型参数，提高土壤侵蚀模型计算精度和速度。

4.1.4 人机交互式解译

人机交互式解译是以计算机系统为支撑环境，利用模式识别技术与人工智能技术相结合，实现对遥感图像的理解，完成对遥感图像的解译。虽然人机交互式解译在识别信息时依靠的是目视解译的原理，但是具体的操作是在GIS基础上进行的，这与在计算机基础上的操作过程给人机交互式解译带来了很多与过去目视解译完全不同的地方，可以进行一些基本的信息增强处理、图形编辑、人机交互式解译使影像、图形统计数据达到了统一，人机交互式解译是建立精确土壤侵蚀遥感信息提取模型的基础。利用计算机自动获取土壤侵蚀信息是土壤侵蚀遥感调查发展的必然趋势，人机交互式解译已经在从目视解译到计算机自动解译的道路上迈出了坚实的一步。

4.2 GIS在水土保持中应用

事实上，遥感技术应用于土壤侵蚀研究的过程中已大量的涉及GIS技术，遥感作为信息获取的手段，而GIS则更多的表现在相关信息的存储、处理、应用上。由于土壤侵蚀具有多元性、复杂性、时空多变性等，土壤侵蚀调查一般根据研究区域选取合适的土壤侵蚀模型，综合运用RS、GIS、GPS等技术，以实现大面积、客观、快速的获取区域水流失的主要影响因素及水土流失状况。我国第一次至第三次土壤侵蚀调查多是基于RS、GIS、GPS等技术基础上完成的，经过具有代表性的实测小区验证，其结果是符合水土流失规律和现状的。地理信息系统在土壤侵蚀调查中的应用主要在于土壤侵蚀因子计算方面，如坡度坡长、沟谷密度、地表物质、降水因子、植被盖度、土地利用状况，同时辅助遥感进行因子

信息提取，存储相应的专题信息数据，进行各种空间分析、拓扑分析，如土壤侵蚀因子的拓扑叠加等。