土壤监测方法的新技术

1、 一一 土壤环境介绍土壤环境介绍 二二 土壤监测的意义土壤监测的意义 三三 现代土壤侵蚀监测技术现代土壤侵蚀监测技术 四四 结语结语 主要内容主要内容 土壤侵蚀：土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、 冻融或重力等外营力作用下，被破坏、剥蚀、搬运和 沉积的过程。土壤在外营力作用下产生位移的物质量， 称土壤侵蚀量。 什么叫土壤侵蚀？什么叫土壤侵蚀？ 土壤土壤 侵蚀的侵蚀的 主要因主要因 素素 1.1 土壤侵蚀土壤侵蚀的主要因素的主要因素 一一 土壤环境介绍土壤环境介绍 土壤侵蚀土壤侵蚀 的危害的危害 破坏土 壤资源 土壤肥 力和质 量下降 生态环 境恶化 破坏设 施 淤积抬 高河床 加剧洪 涝灾

2、害 淤塞水 库湖泊 影响开 发利用 1.2 土壤侵蚀土壤侵蚀的危害的危害 土壤侵蚀监测对土壤侵蚀发生、发展、危害及 水土流失防治效益进行调查、观测和分析, 为认 识水土流失现状、研究土壤侵蚀规律、制订水 土流失防治规划、设计水土保持措施、评价水 土保持效益和行政监督执法提供指导 二二 土壤监测的意义土壤监测的意义 现代土壤现代土壤 侵蚀监测侵蚀监测 技术技术 现代原 位监测 现代地 形测量 核素示 踪 沉积泥 沙反演 三三 现代现代土壤侵蚀监测技土壤侵蚀监测技 术术 3.1 现代现代土壤侵蚀监测土壤侵蚀监测技术技术特点特点 提供各种时 空尺度高精 度的监测数 据 现代地形测量 成本较低、 操作

3、简单, 能 提供多年土 壤侵蚀平均 值 核素示踪 沉积泥沙反演 是基于传感 器和无线数 据传输等现 代技术的土 壤侵蚀监测 新理念,是满 足土壤侵蚀 监测快速化、 自动化和系 统化发展的 重要方向 现代原位监测 3.1 现代现代地形测量地形测量 数字高程模型( DEM ) 的出现极大方便了现代地形 景观演化研究。利用DEM 进行土壤侵蚀监测主要 分2类: 1)直接利用数字高程模型计算土壤侵蚀量或沉积量; 2)利用DEM 提取地貌特征值(坡度、坡长、坡向等) , 结合相关模型和水沙统计资料分析土壤侵蚀或沉积。 3.1.1 三维激光扫描三维激光扫描 基本原理 是由激光脉冲二极管周期性发射出激光脉冲

4、经旋转棱 镜射向目标, 电子扫描探测器接受并记录反射回来的激光 脉冲, 产生接受信号, 光学编码器记录整个过程的时间差 和激光脉冲角度, 微电脑根据距离和角度计算采集点三维 信息。目标范围内连续扫描便形成“点云”数据, 经后处 理软件对“点云”处理, 转换成绝对坐标系中的模型并以多 种格式输出 特点：具有高效率、高精度的独特优势 3.1.2 差分差分GPS 基本原理 是2台GPS接收机分别作为基准站和流动站并同时保持 对5颗以上卫星的跟踪。基准站接收机将所有可见卫星观 测值通过无线电实时发送给流动站接收机。流动站根据 相对定位原理处理本机和来自基准站接收机的卫星观测 数据, 计算用户站的三维坐

5、标。利用GPS获取目标多时相 DEM 并将其配准到同一坐标系, 对比获取目标的土壤侵蚀 量或沉积量 特点：全天候不受任何天气的影响，全球覆盖（高达 98%），三维定点定速定时高精度，快速、省时、高效率， 应用广泛、多功能，可移动定位。 3.1.3 摄影测量摄影测量 基本原理 利用安装在飞行器上和设在 地面多个基准站的GPS获取航 摄仪曝光时刻摄站的三维坐标, 将其视为附加摄影测量观测值 引入摄影测量区域网平差中, 以 空中控制代替地面控制来进行 区域网平差。 特点：所摄影像是客观物体或目 标的真实反映，信息丰富、形象 直观，适用于大范围地形测绘， 成图快、效率高；产品形式多样 3.1.4 差分

6、差分雷达干涉测量雷达干涉测量 特点：能克服不良天气的影响, 对 地形变化监测精度可以达到厘米级 或者更高, 具有连续空间覆盖特征 基本原理 合成孔径雷达( SAR)以飞机或者 卫星为搭载平台, 通过接受能动微 波传感器发射微波被地面反射的信 息来判断地表的起伏和特征 基本原理 低空无人飞行器遥感是随计算机、GPS 和飞行控制技术 发展而兴起的一种遥感测量系统, 集飞行器控制技术、遥 感传感技术、通讯技术、GPS 差分定位技术于一体, 以无 人飞行器为飞行平台, 高分辨率数字遥感设备为机载传感 器, 获取低空高分辨率遥感数据。 3.1.5 低空低空无人飞行器遥感系统无人飞行器遥感系统 特点：无人

7、飞行器低空遥感系统具有机动、快速、经济 等优势, 解决了传统航空摄影技术对机场和天气条件的 依赖性、成本高、周期长等问题 3.1.6 光电光电侵蚀针系统侵蚀针系统 基本原理 光电侵蚀针是在一个透明的聚丙烯管中依次排列的 一组光电池感应可见光, 入射子激光发出的光生载流子 在外加偏压下进入外电路后, 将光信号转变为电信号, 形 成可测光电流, 根据探针传感器产生的电压与探针暴露 长度正比例关系推算侵蚀深度。 特点：光电侵蚀针可自动监测土壤侵蚀和沉积过程, 连 续记录地貌变化。 3.2 核素核素示踪示踪 基本原理 测定研究区土壤核素含量和空间分布, 比较其核素含量与 环境核素的输入量建立土壤侵蚀、

8、泥沙沉积与核素含量之间 的定量关系, 利用定量模型将测量点的核素含量转换为土壤侵 蚀或沉积量测定研究区土壤核素含量和空间分布, 比较其核素 含量与环境核素的输入量建立土壤侵蚀、泥沙沉积与核素含 量之间的定量关系, 利用定量模型将测量点的核素含量转换为 土壤侵蚀或沉积量 特点：在不改变原地貌、不需要固定的野外观测设 施的条件下对土壤侵蚀进行定量表达, 具有成本小, 劳动强度低, 分析和量化精度高等特点 应用放射性核素示踪土壤侵蚀成为研究热点。常用的 137 C s、210 Pbex和7 Be 都是大气散落核素 3.2 核素核素示踪示踪 3.3 沉积沉积泥沙反演泥沙反演 主要途径 沉积泥沙反演主要通过2种途径实现: 1)利用积沙量 计算湖泊或塘库淤沙模数、河流含沙量、泥沙输移率、 土壤侵蚀速率; 2)利用保存在泥沙中的各种物理、化学、 生物和放射性性质示踪泥沙来源. 基本原理 沉积泥沙测量通过确定流域侵蚀面积、沉积面积和 沉积时间, 用塘库泥沙沉积量来推算淤沙模数。在不考 虑泥沙输移比或者泥沙输移比已知的前提下, 计算流域 土壤侵蚀模数 3.4 现代现代原位监测原位监测 以土壤侵蚀自动监测系统为代表的现代原位监测满足了 监测数据时效性和完整性的要求, 适应系统化、自动化需 求, 基于光电探测、无线数据传输和远程控制等技术, 集 气象、水文、土壤、泥沙、水质数据采集、传输、分析