淺談基于GIS的區(qū)域土壤侵蝕遙感快速調(diào)查技術(shù)

1、準(zhǔn)»（sl190 - 96）的規(guī)定，土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)，必須以年平均侵 蝕模數(shù)為判別指標(biāo)，只有缺少實(shí)測(cè)及調(diào)查侵蝕模數(shù)資料時(shí)，可 以在經(jīng)過(guò)分析后，運(yùn)用有關(guān)侵蝕方式的指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)。鑒于在 我國(guó)大部分地區(qū)暫時(shí)還難以獲取足夠的侵蝕模數(shù)資料,一般運(yùn) 用右關(guān)侵蝕方式的指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，常用的方法是多因素綜合 法，即全而考慮影響土壤侵蝕的各個(gè)因素，在分析各個(gè)因素與 土壤侵蝕量關(guān)系的基礎(chǔ)上，確定土壤侵蝕的強(qiáng)度。下面以水力 侵蝕強(qiáng)度分級(jí)為例,簡(jiǎn)述第二次全國(guó)土壤侵蝕遙感調(diào)查屮基于 gis的多因素綜合法操作技術(shù)。1 土壤侵蝕調(diào)查的技術(shù)路線在本次全國(guó)土壤侵蝕調(diào)查中，土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)采用多因 素綜合法，操作中存在截

2、然相反的兩種過(guò)程，技術(shù)路線分別見(jiàn) 圖1和圖2。第一種方法,首先將區(qū)域劃分為若干基本評(píng)價(jià)單 元（或網(wǎng)格），然后按基本單元分析影響土壤侵蝕各因索的屬性 （因子值），再綜合各因子值判別基本單元的侵蝕強(qiáng)度;第二種 方法，首先分析影響土壤侵蝕的因子值，并分別作為一個(gè)層面, 然后將各個(gè)層面疊加，得到疊加圖斑和與其對(duì)應(yīng)的各因子值, 再按照一定規(guī)則進(jìn)行制圖綜臺(tái)，得到評(píng)價(jià)單元及與其對(duì)應(yīng)的各 因子值，綜合評(píng)價(jià)各因子值確定侵蝕強(qiáng)度。實(shí)踐證明，兩種方 法都是行之有效的，其結(jié)果是客觀的和可靠的。2影響土壌侵蝕因子值的提取土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí),需要得到植被、地形（地而坡度）和土 地利用類(lèi)型等3個(gè)因子值。下而就植被信息和地形信

3、息的提 取技術(shù)進(jìn)行闡述（土地利用類(lèi)型信息已從其他單位得到）。 211植被覆蓋度獲取方法由于綠色植物的光譜特征是在近紅 外波段呈反射峰，在紅光波段呈反射谷，故一般都采用這兩個(gè)波段來(lái)研究植被。在這 兩個(gè)波段組成的平面上，土壤背景的光譜數(shù)據(jù)基本上沿著與這 兩個(gè)軸呈45的直線分布，這條線被稱(chēng)作“土壤線”，沿著“土壤 線”移向坐標(biāo)原點(diǎn),土壤濕度増加，因此采用近紅外波段（nir）第二步:給評(píng)價(jià)單元賦因子值|土壤侵蝕因子狀況圖斑號(hào)面積被瀕植覆地面 坡度土地利 用類(lèi)型 12第三步:綜合判定侵蝕強(qiáng)度i土壤侵蝕強(qiáng)度圖i第一種方法技術(shù)路線圖林草覆蓋度地面坡度第三步:確定土壤侵蝕強(qiáng)度圖斑號(hào)面積被度蓋植覆土地利 用類(lèi)型

4、 土填侵 蝕強(qiáng)度1n圖2第二種方法技術(shù)路線圖被指數(shù)，刃表不為rvi = nir/ r ,其屮nir表示近紅外波段的亮度值，r表示紅波段的亮度值。 不同傳感器的nir和r的選取如表1。表1不同傳感器比值植被指數(shù)波段選擇傳感器nir波段r波段tm4,5 ,73mss6,75avhrr21雖然簡(jiǎn)單比值形式能夠用于綠色植物的相對(duì)測(cè)量，但地點(diǎn) 和軌道不同的植被指數(shù)可能有相當(dāng)大的差異。(2) nqw植被指數(shù)。ndvi被指數(shù)(歸一化差值植被指 數(shù))被定義為紅波段和近紅外波段亮度值的差與和的比值即ndyi = (nir - r)/(nir + r)。地點(diǎn)和軌道 不同的ndv/植被指數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定，并且對(duì)于植被覆

5、蓋相對(duì)較好的地區(qū)(如植被覆蓋度大于60 %的地區(qū))有 著很好的指示。當(dāng)植被覆蓋度f(wàn)rl對(duì)較小時(shí)，n"/可能變成負(fù) 值，為對(duì)這種情形進(jìn)行修正，捉出轉(zhuǎn)換植被指數(shù)的概念，即將 nd刃值增加()15后取其平方根，其表達(dá)式為tvi= (ndvi + 0. 5丿 1/2 o(3) kauth和thomas植被指數(shù)。該植被指數(shù)應(yīng)歸屬于波段 線性組合的植被指數(shù)，是基于地物光譜統(tǒng)計(jì)特征設(shè)計(jì)的一種方 法。對(duì)于mss圖像其定義為gvi = - 0.29mss4 - 0. 562 mss5 +0.6mss6 +0.491 mss1;對(duì)于tm圖像其gvi定義為gv1 = - 0. 2848 tm + 2. 2

6、435 tm2 + 0. 5436 tm3+ 0. 7243 tm4 + 0. 0840 tm5 - 0. 1800 tm1 o(4) 土壤糾正植被指數(shù)。該植被指數(shù)消除了“土壤線”方向 上的濕度變化。在w/r和r波段組成的平而上，土壤背景的 遙感光譜基本上分布在一個(gè)橢圓形的區(qū)域內(nèi)。橢惻形的長(zhǎng)軸 就是所謂的“土壤線”，它代表土壤濕度的變化。該植被指數(shù)被 定義為sav1 =(nir r)/(nir + r + l) j x( + l),式中l(wèi)為修正因子。由于土壤糾正植被指數(shù)消除了“土壤線” 方向上的濕度變化，同時(shí)進(jìn)行了等值線的偏轉(zhuǎn)矯正，所以其精 度相對(duì)要比其他指數(shù)高。在處理過(guò)程中，為了計(jì)算機(jī)處理方

7、便和考慮到可能的負(fù) 值，對(duì)于植被覆蓋度的提取,可以采用修正nd刃植被指數(shù)，形 式如下：(0r > n1rndvi ( nr r)/( nir + r + l) j xk r < nir 式中r為方便擴(kuò)張值。212地面坡度獲取技術(shù)除利用傳統(tǒng)的坡度圖、坡度尺量算坡度外，在g1s軟件支 度值 撚丿m將二.角形網(wǎng)轉(zhuǎn)化為貝有拓?fù)涮祠榈亩噙呅螖?shù)據(jù)， 后將矢量的多邊形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為柵格坡度數(shù)據(jù)。這就是進(jìn)行 析處理所需要的數(shù)據(jù)。這個(gè)過(guò)程可在arc/info軟件屮，通 擴(kuò)展模塊tin來(lái)完成。tin繪專(zhuān)門(mén)的地表模型生成、顯示和 析模型，可以計(jì)算坡度、坡向及其他數(shù)據(jù)。(2)由dem模型生成坡度。dem (地

8、面數(shù)字高程模型) 地形的數(shù)學(xué)描述,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)多為等距網(wǎng)格模式(矩陣形式)。 dem可以派主坡度、坡向、地勢(shì)圖等。利用dem計(jì)算坡度 算法，按照所用高程的個(gè)數(shù)分為4點(diǎn)法、8點(diǎn)法和9點(diǎn)法，按 計(jì)算方法分為算數(shù)平均值法、加權(quán)平均法、絕對(duì)值最大法、曲 擬合法心。各種算法的合理性、可靠性和適應(yīng)性各具特色， 根據(jù)應(yīng)用目的來(lái)選用。也可通過(guò)dem數(shù)據(jù)光照模擬處理求 平均坡度，即用光照亮度的-次微分判斷坡度，-次微分絕 值大則坡度較陡，反之則坡度較緩，若一次微分為零則表示 底或山脊，即為坡向轉(zhuǎn)折點(diǎn)'。3結(jié)語(yǔ)(1) 基于g1s的區(qū)域土壤侵蝕遙感調(diào)查的快速性?？焖?表現(xiàn)在兩個(gè)階段：其一是在獲得土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)

9、本底值 (一次調(diào)查)階段°利用gis技術(shù)，既可以在遙感信息中提 取響土壤侵蝕的因子值,又能夠分析評(píng)價(jià)單元(圖斑)的幾何 屬(如位崟和而積)，這樣較手工作業(yè)更有效、快速地分類(lèi)分 級(jí)計(jì)、查詢侵蝕面積等。其二是在數(shù)據(jù)更新階段。在gis支 下，對(duì)有變化或變化較大的局部進(jìn)行分析和修改，即可得到 局的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。實(shí)際上，基于gis的區(qū)域土壤侵蝕遙感調(diào)査 術(shù)的快速性史充分地表現(xiàn)在數(shù)據(jù)史新階段。(2) 快速性的實(shí)質(zhì)和基礎(chǔ)。影響土壤侵蝕因子值是通過(guò) 析遙感影像數(shù)據(jù)、地形圖、dem或其他數(shù)據(jù)提取的°因此，快 調(diào)查的基礎(chǔ)是具有良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)質(zhì)是挖掘數(shù)據(jù)得到賽 的信息。這就啟示我們，為了快速查清水土流失現(xiàn)狀、分析 土流失發(fā)展趨勢(shì)，必須長(zhǎng)期不懈地采集和積累全面的而不是 面的、系統(tǒng)的而不是零碎的、準(zhǔn)確的而不是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。(3) 根據(jù)侵蝕類(lèi)型調(diào)整因子提取方法。本文主要敘述了 力侵蝕分級(jí)指標(biāo)獲取技術(shù)和侵蝕強(qiáng)度判別的技術(shù)路線。在 別風(fēng)蝕、凍融侵蝕強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)分級(jí)指標(biāo)，在數(shù)據(jù)源、數(shù)捧參考文獻(xiàn)i卜兆宏，唐萬(wàn)龍,李士鴻遙感技術(shù)與應(yīng)用，1993 ,8(1) :