3S技術(shù)在水土保持與荒漠化防治中的主要應(yīng)用

申貴旭

（貴州大學(xué)　林學(xué)院，貴州　貴陽　550025）

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3S技術(shù)在水土保持與荒漠化防治中的主要應(yīng)用

申貴旭

（貴州大學(xué)林學(xué)院，貴州貴陽550025）

摘要：如今我國在空間信息獲取、存儲(chǔ)過程中廣泛應(yīng)用3S技術(shù)內(nèi)容，包括遙感技術(shù)在荒漠化中的防治，地理信息系統(tǒng)全球定位分析等，都利用3S集成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理特性和精度標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行野外工作量縮減.再就是經(jīng)過異質(zhì)化空間尺度水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)內(nèi)容提煉，合理開發(fā)對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)模型架構(gòu)，最終穩(wěn)固水土保持工作信息化、現(xiàn)代化成果，避免任何瓶頸限制因素滋生.本文旨在聯(lián)合此類技術(shù)在我國水土保持和荒漠化防治活動(dòng)中的應(yīng)用細(xì)節(jié)加以細(xì)致闡述，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)活動(dòng)規(guī)劃提供些許指導(dǎo)建議.

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)；水土保持；現(xiàn)場監(jiān)測；流域管制

現(xiàn)如今我國面臨的最為嚴(yán)峻的環(huán)境問題就是水土流失、荒漠化現(xiàn)象，其分布范圍廣闊且類型復(fù)雜，由于人為影響因素廣泛介入，一時(shí)之間難以得到快速合理解決.盡管在特定情境動(dòng)態(tài)化監(jiān)測、預(yù)報(bào)和防治期間已經(jīng)提煉合理規(guī)范信息，但是因?yàn)橐龑?dǎo)體系不夠完善，難以提供整體生態(tài)環(huán)境保護(hù)活動(dòng)所需的技術(shù)內(nèi)容.另外，大部分資料都?xì)w特定部門所有，在設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)不盡相同前提下，想要實(shí)施后續(xù)共享、有機(jī)開發(fā)指標(biāo)顯得步履維艱.所以，快速完成此類基礎(chǔ)信息工程建設(shè)，確保標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范化工作績效有力凸顯，將是3S技術(shù)今后在水土保持工程中大力擴(kuò)展的主流模式，不得不引起相關(guān)工作人員關(guān)注和靈活調(diào)試.

1　RS在我國水土保持和荒漠化防治活動(dòng)中的具體應(yīng)用細(xì)節(jié)

結(jié)合上世紀(jì)七十年代調(diào)查記錄結(jié)果觀察，借助航天技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息資源多層次遙感劃分，使得我國不同水土流失位置和小流域信息得到精準(zhǔn)監(jiān)測提煉，加上遙感圖件輔助條件，可以進(jìn)一步確保政府決策的合理性，杜絕信息化、現(xiàn)代化元素的潰散危機(jī).尤其是80年代之間，我國開始令遙感技術(shù)貫穿于生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程之內(nèi)，并且在黃土高原、三北防護(hù)林項(xiàng)目中獲取較高適應(yīng)成就.具體來講，水利部組織開展的全國水土流失遙感調(diào)查活動(dòng)，將后續(xù)整改活動(dòng)中所需資料信息基本梳理完全.

1.1遙感調(diào)查

配合遙感技術(shù)進(jìn)行荒漠化分布情況調(diào)查，操作簡便且效率高，特別是同一時(shí)期衛(wèi)星影片，反差效果不會(huì)過于明顯，對(duì)于地類地物辨別功效異常深刻.利用土地資源、土地類型評(píng)價(jià)系統(tǒng)建立解譯標(biāo)識(shí)，提供衛(wèi)星像片第一手分析結(jié)果，掌握荒漠化和水土流失程度，并聯(lián)合樣板測試勾勒對(duì)應(yīng)草圖.其間維持精度評(píng)價(jià)和整飾修改水準(zhǔn)，線狀態(tài)規(guī)劃工作便也算暫時(shí)告一段落.

1.2遙感監(jiān)測

其布置過程不會(huì)與調(diào)查活動(dòng)產(chǎn)生過度沖突，主要是通過不同時(shí)期遙感資料加以科學(xué)對(duì)比解析，其中最常見的技術(shù)內(nèi)容便是影像復(fù)合模式，包括多季相影像類型劃分和多年代影像監(jiān)測活動(dòng).前者在分類精度調(diào)試上輔助功效深刻，后者主要在監(jiān)測變化情景下才會(huì)順勢(shì)擴(kuò)展.需要特別注意的是，多季相遙感影像復(fù)合和類型劃分手段，因?yàn)閱螘r(shí)相內(nèi)部同譜異物現(xiàn)象廣泛分布，對(duì)應(yīng)的土地利用狀況會(huì)由于物候期差異而衍生各類光譜變化效應(yīng).因此，選取光譜反射率、類內(nèi)綜合差相對(duì)不高，而對(duì)應(yīng)方差較大的兩類季相影像組合便可以重復(fù)分類，在遏制同譜異物隱患基礎(chǔ)上，適當(dāng)提升遙感自動(dòng)分類精度指標(biāo).長久以來影像復(fù)合監(jiān)測技術(shù)總是配合兩個(gè)年代同季相影像資料加以比對(duì)，監(jiān)測活動(dòng)開展地也更加順利，而相同季下部的地雷光譜反射率基本維持一致結(jié)果，至于變化地類差異相對(duì)顯著.在進(jìn)行這部分?jǐn)?shù)據(jù)累加分析和適度轉(zhuǎn)換過后，使得變化和穩(wěn)定地類特征基本集中分布在異質(zhì)化主分量內(nèi)部，所以選取能夠適應(yīng)波段組合效應(yīng)且可以輕易鑒別的變化類型.歸結(jié)來講，水土流失、荒漠化動(dòng)態(tài)監(jiān)測活動(dòng)中具體依靠光譜特性進(jìn)行衛(wèi)星影片內(nèi)部機(jī)理拆解，分析，最終推動(dòng)野外校檢成圖工作的有機(jī)銜接效率.

2　GIS在水土保持和荒漠化防治活動(dòng)中的貫穿現(xiàn)象

地理信息系統(tǒng)具體在上世紀(jì)六十年代快速發(fā)展，其中多學(xué)科交叉跡象十分顯著，全程配合地理空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行模型制備，同時(shí)在關(guān)鍵時(shí)刻供應(yīng)多類空間動(dòng)態(tài)監(jiān)控信息內(nèi)容，可說是地理決策服務(wù)的技術(shù)體系架構(gòu).具有信息采集、分析、輸出活動(dòng)同步調(diào)試功能，在此基礎(chǔ)上利用地理決策作為動(dòng)機(jī)媒介，實(shí)現(xiàn)地理模型對(duì)區(qū)域空間、多要素分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測指標(biāo)，進(jìn)而產(chǎn)生高級(jí)形態(tài)地理信息規(guī)范體系.借由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)管理活動(dòng)支持，使得常規(guī)、專門地理分析方法全面開啟，直接作用于特定空間數(shù)據(jù)資料并滋生可利用信息.正因?yàn)檫@類全面性功能特征影響，使得實(shí)際開展水土保持和荒漠化防治工程期間，包括基礎(chǔ)資料整編、專題圖數(shù)字化功能敷設(shè)、地形因子提取等活動(dòng)得以順利拓展.

3　GPS在上述工程項(xiàng)目中的合理穿插補(bǔ)充

作為衛(wèi)星測距、測時(shí)導(dǎo)航工具，GPS技術(shù)成果上世紀(jì)七十年代嶄露頭角，保留地面連續(xù)覆蓋功效前提下，確保任何

地點(diǎn)、任何地點(diǎn)在四顆衛(wèi)星信號(hào)的對(duì)接展現(xiàn)效果，保證全球?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航結(jié)果，進(jìn)一步為用戶提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)三維審視信息.另外，整體工序活動(dòng)基本可在1s范圍內(nèi)完成，抗干擾性和保密程度可說是一流，觀測和操作也不會(huì)過難.結(jié)合客觀層面審視，此類工藝成就在生態(tài)建設(shè)應(yīng)用發(fā)展中成長速率較快，同時(shí)對(duì)于全球水土流失現(xiàn)象，特別是地面監(jiān)測影響深刻，主要是充分配合GPS全球精準(zhǔn)定位手段完成數(shù)據(jù)快速收集整編任務(wù)，進(jìn)一步確保對(duì)象屬性的完整解析.

3.1在水體保持規(guī)劃活動(dòng)中的介入

GPS針對(duì)水保工程項(xiàng)目的合理設(shè)計(jì)將產(chǎn)生出人意料的輔助功效，包括圖斑跟蹤、樣點(diǎn)侵蝕量調(diào)查以及數(shù)字地面模型開發(fā)等.結(jié)合GPS內(nèi)部RTK技術(shù)成果，將一臺(tái)基站布置在已知區(qū)域之中，使得流動(dòng)站能隨時(shí)提供圖斑變化信息，同時(shí)賦予對(duì)應(yīng)程序代碼，技術(shù)人員結(jié)合計(jì)算機(jī)程序處理過后就可精確提煉土地利用三維現(xiàn)狀圖.而結(jié)合GPS進(jìn)行壩址周邊各類地形特征坐標(biāo)數(shù)據(jù)測量，之后經(jīng)過軟件編制成對(duì)應(yīng)的地面模型架構(gòu)，借以完成地壩規(guī)劃任務(wù).應(yīng)用此類手段進(jìn)行工程精細(xì)化整改，自動(dòng)化程度較高且提供方案多樣，技術(shù)人員可從中選取最佳結(jié)果并進(jìn)行簡易修改應(yīng)用.

3.2水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測

在宏觀層面上建立GPS控制網(wǎng)絡(luò)，使得控點(diǎn)測量在航空遙感像片定向加密特征凸顯，穩(wěn)定重點(diǎn)區(qū)域水土流失狀況信息提取進(jìn)度.主要監(jiān)測模式表現(xiàn)為：在衛(wèi)星遙感影像內(nèi)部快速挖掘出對(duì)應(yīng)明顯地物點(diǎn)，并且在已經(jīng)建立的控制網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行外業(yè)觀測，從中衍生影像幾何精度糾正依據(jù)，對(duì)后期宏觀區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測提供幫助.結(jié)合航測成圖規(guī)范要求解析，從中選取部分地物特征點(diǎn)進(jìn)行GPS外業(yè)觀測，使得三維坐標(biāo)共同產(chǎn)生作用并形成立體模型框架，之后采集對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，就可實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域模擬監(jiān)測了.而在微觀角度上，運(yùn)用GPS技術(shù)成果進(jìn)行溝頭前進(jìn)、底部下切以及邊緣線后退速率檢驗(yàn).具體實(shí)施手段就是令基站在控制網(wǎng)內(nèi)已知點(diǎn)擴(kuò)散開來，技術(shù)人員會(huì)用相同辦法進(jìn)行各類狀況觀察，并與前期航片地形圖曲線結(jié)構(gòu)加以對(duì)比，加上計(jì)算機(jī)特定程序校驗(yàn)，相信整體變化量精度質(zhì)量會(huì)更加可觀.

3.3水土保持信息管制

經(jīng)過區(qū)域選取、外業(yè)觀測和控制網(wǎng)設(shè)計(jì)提煉修繕GPS控制網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場全面測量和室內(nèi)加密調(diào)整，提供立體模型之后，配合自動(dòng)和半自動(dòng)DTM程序完成地面模型數(shù)字模式生成任務(wù)，確保信息系統(tǒng)地形數(shù)據(jù)的完整特性.另外，運(yùn)用矢量采集軟件實(shí)現(xiàn)水系、道路數(shù)據(jù)整編.需要特別引起關(guān)注的是，水土保持信息系統(tǒng)需要快速加以更新調(diào)試，保證圖斑信息的合理補(bǔ)充結(jié)果，而對(duì)于重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域，則運(yùn)用GPS的RTK技術(shù)內(nèi)容針對(duì)新完成的圖斑屬性結(jié)果加以觀測，確保無誤后輸入信息系統(tǒng)加以靈活補(bǔ)充.

4　3S集成技術(shù)內(nèi)容在我國水土保持和荒漠化調(diào)整工程中的擴(kuò)充

經(jīng)過空間信息、數(shù)字圖像綜合處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)程序有機(jī)協(xié)調(diào)發(fā)展影響，使得遙感和地圖學(xué)重點(diǎn)數(shù)據(jù)加工活動(dòng)得到進(jìn)一步靈活轉(zhuǎn)移，為后期3S技術(shù)集成高級(jí)階段轉(zhuǎn)移提供疏通媒介.實(shí)際上，涉及RS、GIS、GPS三類技術(shù)目前已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)合理交融改造目標(biāo)，同時(shí)一躍成為目前我國地圖編制、攝影遙感測量、衛(wèi)星定位以及專家信息系統(tǒng)綜合運(yùn)用的特定關(guān)口，其全面形成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性的智能化操作系統(tǒng).因?yàn)閭鹘y(tǒng)形式的GIS主要借助適量數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感控制，但是內(nèi)部機(jī)理出現(xiàn)紊亂跡象，進(jìn)而限制3S集成改造效應(yīng).而對(duì)于水土保持和荒漠化防治工作，有關(guān)地圖要素、專題信息內(nèi)容等都利用柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，而兼容矢量數(shù)據(jù)的4D技術(shù)便為上述集成活動(dòng)提供最為合理的介入機(jī)遇.這里強(qiáng)調(diào)的4D技術(shù)成果，其實(shí)就是高程模型、正射影像圖、柵格圖和專題圖的數(shù)字形態(tài)結(jié)合體，其全面突破傳統(tǒng)借助矢量數(shù)據(jù)為主體的GIS體系束縛特性，方便各類數(shù)據(jù)疊加改造活動(dòng)進(jìn)行，無論在結(jié)構(gòu)精度或是內(nèi)涵機(jī)理更新速率上都十分理想，最重要的是生產(chǎn)成本不是很高.

5　4D技術(shù)應(yīng)用于水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測

4D技術(shù)應(yīng)用于水流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測，開拓出了一條高效率、高精度、簡便易行之路.其方法如下：首先，構(gòu)建4D本底數(shù)據(jù)庫.以現(xiàn)有地形圖、航空像片、各種專題圖、統(tǒng)計(jì)資料為信息源，按照4D產(chǎn)品方法建立DEM、DOQ、DRG、DTI，構(gòu)建4D本底數(shù)據(jù)庫.其次，通過多重?cái)?shù)據(jù)源的疊加分析，利用DRG、DEM進(jìn)行高度配準(zhǔn)，從4D基底提取坡度、坡向、土壤侵蝕分級(jí)圖和土地利用圖.GPS實(shí)測或航空遙感調(diào)查獲取的新數(shù)據(jù)制作，提取新水保信息，更新本底數(shù)據(jù)庫.再次，針對(duì)不同坡向上的土壤侵蝕狀況，不同的治理措施、效果，不同的土地利用類型，不同作物下的土壤侵蝕狀況和經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況，分析其對(duì)水土流失的影響.最后，根據(jù)分析結(jié)果評(píng)價(jià)水土流失綜合治理效益，為水土保持規(guī)劃提供決策支持.歸結(jié)起來，設(shè)定國家水土保持管制信息系統(tǒng)的主要?jiǎng)訖C(jī)方向，在于借由各類集成處理技術(shù)成果完成后續(xù)決策活動(dòng)，其間有關(guān)于文獻(xiàn)管理、決策支持、數(shù)據(jù)通訊以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測信息綜合處理功能全面呈現(xiàn)，使得水土保持規(guī)劃活動(dòng)進(jìn)展得更加順利.

綜上所述，關(guān)于3S一體化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及信息高速公路的建設(shè)成就，已經(jīng)為我國各區(qū)域大范圍水土流失監(jiān)測、數(shù)據(jù)的快速采集與處理、大量空間數(shù)據(jù)的管理與快速傳輸、區(qū)域水土流失預(yù)報(bào)、水土保持工程規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了新的技術(shù)支持.相信長此以往，3S技術(shù)必然會(huì)在水土保持與荒漠化防治中的應(yīng)用將不斷發(fā)展，走向統(tǒng)一化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化.

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中圖分類號(hào)：S126；TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673- 260X（2015）03- 0142- 02