水土保持自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用探討

姚明學(xué)

【摘要】筆者基于水土流失監(jiān)測工作實(shí)際，對近幾年水土保持監(jiān)測領(lǐng)域所出現(xiàn)的一些實(shí)用的自動(dòng)化方法和技術(shù)進(jìn)行分析歸納與探討，并列舉出各種方法中常用的監(jiān)測設(shè)備，并對各類自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的利弊及發(fā)展趨勢進(jìn)行了簡要分析。

【關(guān)鍵詞】水土保持；自動(dòng)化監(jiān)測；應(yīng)用

1、引言

水土保持監(jiān)測是水土保持工作的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，同時(shí)也是加強(qiáng)水土保持生態(tài)建設(shè)宏觀調(diào)控與決策的依據(jù)。水土保持自動(dòng)化監(jiān)測是從水土資源保護(hù)與生態(tài)環(huán)境維護(hù)等角度出發(fā)，綜合運(yùn)用多種現(xiàn)代化自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)與方法，對引起水土流失的成因、數(shù)量、強(qiáng)度、影響點(diǎn)面、危害程度及防治等環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測監(jiān)控與綜合評估的過程，是水土流失防治的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。作為世界上水土流失最嚴(yán)重的國家，我國水土流失形成原因復(fù)雜、危害嚴(yán)重，監(jiān)測評估方法落后，所以科學(xué)運(yùn)用水土保持自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)，準(zhǔn)確掌握水土流失實(shí)際情況，并對水土保持生態(tài)建設(shè)成效進(jìn)行科學(xué)評估對決策部門掌握監(jiān)測區(qū)域水土流失面積、流失量的變動(dòng)情況，生物、工程措施等的總體效益演變及生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，并制定相應(yīng)的處理措施顯得尤為重要。

2、水土保持監(jiān)測方法

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

3、水土保持自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

3.1 模型監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)的應(yīng)用

我國對水土流失監(jiān)測預(yù)報(bào)模型的研究并借此評價(jià)水土流失環(huán)境危害與水土保持防治效益等工作始于上世紀(jì)八十年代，例如，在監(jiān)測模型構(gòu)建方面，先進(jìn)性破面、小流域水土流失及防治效果的監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不同尺度水土流失預(yù)測預(yù)報(bào)模型的研究。運(yùn)用該方法進(jìn)行水土保持監(jiān)測研究的重點(diǎn)是通過所獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)對包括陡坡和長坡條件下土壤侵蝕規(guī)律的研究，建立其侵蝕的數(shù)學(xué)模型，并對土壤侵蝕因子進(jìn)行定量評價(jià)，并總結(jié)出我國不同土種土壤可蝕性與土壤屬性的關(guān)系，并估算出土壤可蝕性評價(jià)的基本方法。此外，模型監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)還可應(yīng)用于坡面水蝕預(yù)報(bào)模型、小流域分布式水蝕預(yù)報(bào)模型、風(fēng)蝕預(yù)報(bào)模型及農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染模型等的構(gòu)建。

3.2 “3S”遙感技術(shù)的應(yīng)用

“3S”技術(shù)是遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）的統(tǒng)稱，是搖桿和信息技術(shù)領(lǐng)域自動(dòng)化監(jiān)測的高新技術(shù)，當(dāng)前，“3S”遙感技術(shù)正處于日新月異的發(fā)展階段，其中在空間遙感信息獲得技術(shù)方面，正在建立和形成一個(gè)多層次、立體位、多角度、全方位、全天候的對地觀測網(wǎng)；在信息與數(shù)據(jù)處理方面，正在實(shí)現(xiàn)遙感、制圖、地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)決策支撐一體化、數(shù)字化；在技術(shù)應(yīng)用層面，信息提取的自動(dòng)化與智能化，通過信息共享實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的環(huán)境空間基礎(chǔ)性信息設(shè)施，并逐步增強(qiáng)其信息分析能力是發(fā)展目標(biāo)。我國從上世紀(jì)九十年代末期開始，“3S”遙感技術(shù)便被逐步應(yīng)用于水土流失監(jiān)測。

3.3 遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)具有多時(shí)相、周期性和連續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)通過監(jiān)測，對不同時(shí)相且同一區(qū)域內(nèi)的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行提取并分析整合，作為相關(guān)部門進(jìn)行水土流失監(jiān)測及水土保持決策的重要依據(jù)。該技術(shù)對水土流失信息的提取和處理是建立在“3S”遙感和GIS技術(shù)基礎(chǔ)上，可以客觀、快速獲取區(qū)域內(nèi)水土流失的主要影響因素及流失狀況等信息。在實(shí)踐中，遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)也可以越野監(jiān)測車作為遙感平臺(tái)，利用地物波譜儀等遙感器進(jìn)行定位，并進(jìn)行水土流失信息的采集，同時(shí)配合自動(dòng)化的GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，對所獲取的水土流失數(shù)據(jù)資料進(jìn)行數(shù)字化、矢量化處理，通過地面遙感圖像技術(shù)對其進(jìn)行判讀與輸出。

遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)主要應(yīng)用于土壤侵蝕調(diào)查與評價(jià)、制圖研究、土壤侵蝕及水保信息系統(tǒng)建立等多方面，今后該技術(shù)的發(fā)展方向?yàn)閷?shí)現(xiàn)國家水土流失與水土保持的動(dòng)態(tài)監(jiān)測、建立中國水土流失定量評價(jià)模型系統(tǒng)、定期快速清查區(qū)域內(nèi)水土流失狀況并建立國家水土保持管理信息系統(tǒng)。將地面遙感與“3S”技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)野外監(jiān)測工作的自動(dòng)化、數(shù)字化與智能化，大大簡化監(jiān)測流程，節(jié)省費(fèi)用，大大提高了水土保持監(jiān)測工作對精度的要求，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測自動(dòng)化與常規(guī)監(jiān)測手段的完美結(jié)合。

3.4 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息管理技術(shù)

監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息管理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水土保持自動(dòng)化監(jiān)測的客觀要求，同時(shí)也是進(jìn)行水土保持自動(dòng)化預(yù)測預(yù)報(bào)的載體，可以說上述自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步都必須基于水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的不斷完善。對于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息管理技術(shù)，當(dāng)前主要致力于初步建成覆蓋全國的水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)并建立起全國水土保持?jǐn)?shù)據(jù)庫及信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對水土流失最為嚴(yán)重區(qū)域、重點(diǎn)防治區(qū)域及大型開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測與動(dòng)態(tài)管理，在此基礎(chǔ)上，逐步建立和完善覆蓋全國的水土保持自動(dòng)化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建立健全水土保持自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系與制度建設(shè)，形成高效精準(zhǔn)的信息自動(dòng)采集、處理、傳輸與發(fā)布體系。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳楠，武劍，水土保持自動(dòng)監(jiān)測信息化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)初探[J]，河北水利，2013（06）

[2] 楊愷，無人機(jī)遙感技術(shù)在開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用[J]，陜西水利，2013（07）