基于RuSLE模型的小流域农地水土保持规划研究

李学伟

(四会市宏禹水利水电勘测设计有限公司，广东 四会 526200)

在国家用地规划设计中，小流域农地水土保持规划是研究的重点课题，通过对小流域农地水土保持规划设计，从地理空间和地图空间出发，进行小流域农地水土空间和水体保持的相关参数分析，监测小流域农地水土的变化，从储水量变化情况、土壤变化等着手，采用尺度因子分析和数学参数模型分析的方法，建立小流域农地水土保持规划的统计分析模型，通过监测小流域农地水储量时变、土壤平面变化等情况，实现小流域农地的水土保持和规划研究。研究小流域农地水土保持规划方法，在陆地水储量变化情况分析和降水数据分析中具有重要意义[1]。

对小流域农地水土保持规划研究是建立在对小流域农地水土的重力场特征分析基础上，结合监测地域的模型特征参数分析，通过地质层面和断层拓扑关系分析，建立小流域农地水土保持规划的地质层面参数分析模型，实现对小流域农地水土保持规划及地质层模型构造。文献[2]中采用Grid网格模型分析的方法，进行小流域农地水土保持过程控制设计，采用数据内插的Grid(栅格网)模型实现水体地质层面重组，实现空间规划控制，但该方法容易导致水土规划层面在空间上出现重叠区域。文献[3]中提出基于拓展初始地层法的小流域农地水土保持规划方法，通过层面空间拓扑关系约束的方法，实现小流域农地水土保持，但该方法在有断层的区域中规划性能不好。针对上述问题，本文提出基于RuSLE模型的小流域农地水土保持规划方法。首先进行规划模型的总体构架设计，提取不同阶次的小流域农地植被和土壤粗糙度分布特征量，其次基于反演算法和综合指标评价的方法，建立不同频段下的卫星遥感观测信息分析数据库，在RuSLE高精度测量模型中，实现水土保持规划模型优化设计，最后进行实验测试分析，展示了本文方法在提高小流域农地水土保持和空间规划能力方面的优越性能。

1 小流域农地水土保持规划的总体架构和参数分析

1.1 总体架构

为实现对小流域农地水土保持规划模型设计，基于断层曲面空间约束的方法，进行小流域农地水土的遥感特征监测，建立小流域农地水土遥感信息数据库，将数据库组成RuSLE参数解析库，采用层多边形的重叠区域分割方法，进行断面空间约束，采用水土空间分布重组[4]，建立不同网格点上的农地水土保持控制点集合V={v1x，y，z，v2x，y，z，…，vnx，y，z}，差异拓展初始地层法，得到n个断层点的水土遥感特征点，小流域农地水土保持的遥感断层点重组模型如图1所示。

图1 小流域农地水土保持的遥感断层点重组模型

根据图的结构模型，顾及季节影响尺度因子，通过水文数据和土壤数据分析，利用模拟和真实数据的平差试验分析的方法，得到小流域农地水土规划的像点坐标分布，在影像覆盖区域范围内进行水土变化特征分析[5]，通过三号立体影像定位设计，求解补偿项系数及待定目标点，得到多传感器、多光谱影像数据，并通过模数转换、电子计算机与自动控制处理技术，进行大数据分析处理，实现小流域的农地水土摄影测量。总体实现技术图如图2所示。

图2 小流域农地水土保持规划实现技术图

1.2 参数分析

结合模拟法、解析法、数字法等多传感信息分析的方法，建立小流域农地水土在地图上的几何图形分布结构模型，采用三维种子点插值的方法，进行小流域农地水土保持规划的本体模型构造，通过组成部分、功能和属性3个方面的相似度分析，建立网格内部形成断面封闭约束模型[6]，得到土壤和农地2个实体类在本体语义网分布结构模型表示为：

(1)

(2)

式中，mi—对应时段的表面土壤湿度数据；si(ci_smallScal，ci_larg eScale)—水土保持规划摄影测量处理的输出相似度；n—大范围时间有序序列长度。根据度大气可降水量的观测，得到小流域农地水土保持规划的三维空间中断面约束和网格内部形成断面封闭约束模型如图3所示。

图3 小流域农地水土保持的断面约束模型

根据图3对小流域农地水土保持的断面约束规划，通过几何语义一体化的智能分析方法，构建RuSLE模型，提取不同阶次的小流域农地植被和土壤粗糙度分布特征量，根据语义信息及时序变化关系，进行水土保持规划中的几何位置、物理属性、语义信息分析。

2 小流域农地水土保持规划模型优化

2.1 实景三维几何语义联合建模

采用实景三维建模的方法，建立小流域农地水土保持的多源广义地理信息分析RuSLE模型，引入如控制点、参考影像、矢量数据、高程数据及其他辅助数据，得到三维地形产品、大范围多源合成影像，采用单源遥感视觉规划方法，得到小流域农地水土保持的多源影像精准配置模型为：

(3)

在语义约束后保留农地水土分配的匹配点，在DEM和控制点影像库中进行小流域农地水土保持规划过程中的自适应加权融合和土壤湿度反演特征分析，根据对小流域农地水土湿度和土壤的渗透性特征，在语义辅助精准几何处理的基础上，进行实景三维几何语义联合建模[8]。

2.2 小流域农地水土保持规划

采用影像匹配、区域网平差分析的方法，利用多时相影像特征分析，构建小流域农地水土多光谱含云影像的云检测修复模型，结合每组影像的匹配结果[9]，形成水土遥感监测的立体影像DOM/DEM，在平面高程控制区域，得到区域网平差的数据量为：

(4)

(5)

3 实验测试分析

对小流域农地水土保持的规划的实验建立在DEM/DOM基础地理信息库基础上，不同试验区的功能区的占比分布见表1。

表1 功能区分布占比

利用ECMWF提供的2019—2021年水土RuSLE数据模型，得到小流域农地水土湿度和土壤的渗透性特征分布[10]见表2。

表2 小流域农地水土湿度和土壤的渗透性特征分布

根据上述参数分布，进行农地水土规划，得到小流域农地水土遥感监测影像如图5所示。

图5 小流域农地水土遥感监测影像

根据图5的遥感监测影像，在RuSLE高精度测量模型中，实现小流域农地水土的保有量计算，从而实现小流域农地水土保持规划，优化规划输出如图6所示。

图6 水土规划

分析图6得出，本文方法能实现对小流域农地水土的空间分布优化规划设计，测试土地利用率，对比结果见表3，分析得出，本文方法实现农业生产中进行精准灌溉，提高了水资源的利用率。

表3 水土保持利用率对比

4 结语

本文提出基于RuSLE模型的小流域农地水土保持规划方法。建立小流域农地水土在地图上的几何图形分布结构模型，采用三维种子点插值的方法，进行小流域农地水土保持规划的本体模型构造，采用深度语义分割和分块匹配方法，得到农地水土保持规划的全自动匹配的控制点，在语义辅助精准几何处理的基础上，进行实景三维几何语义联合建模，实现对小流域农地水土的空间分布优化规划。测试得出，本文方法进行对小流域农地水土的空间分布优化规划的精准性较高，利用率较高。因此，对于规划途径而言，基于利用RuSLE模型的情况下，惯用方式存在问题就能很好地解决。