土壤侵蚀监测预报培训课件

土壤侵蚀监测预报培训课件主要教学目标：阐述土壤侵蚀监测预报分类、原则及指标体系，使学生掌握土壤侵蚀监测预报方法与步骤。教学方法：以课堂讲授为主，学生课堂及课下自学，参阅课外书及野外实习为辅。主要内容：第一节土壤侵蚀监测预报概述，第二节监测预报方法与程序第三节土壤侵蚀预报模型第一节土壤侵蚀监测预报概述一、监测预报的原则

土壤侵蚀监测预报应为工农业生产、土地经营服务，同时也为科学研究服务，应遵从以下原则。

科学性原则：土壤侵蚀监测预报既要考虑侵蚀发生的成因，又要重视侵蚀发育阶段和其形成特点的联系，使内因与外因相结合，宏观与微观相结合，抓住主要矛盾，把握土壤侵蚀总体规律，使监测预报尽可能准确、及时。

实用性原则：监测预报的成果能够为土壤侵蚀防治、生产建设、科学研究等服务，为土地可持续利用提供科学依据。主导因子与次要因子相结合原则：在宏观上抓住影响土壤侵蚀的主要因子，同时在微观上要注重影响土壤侵蚀的次要因子，既突出重点又顾全综合因素，从而使监测结果能够满足不同层次的生产与土壤侵蚀防治要求。可操作性原则：监测指标容易获得，模型运算灵活方便，分级分类指标清晰直观、符合逻辑，监测结果便于应用。二、监测预报分类

土壤侵蚀监测预报，按不同的分类标准可分为以下几种类型。按监测方法可分为人工监测预报、遥感监测预报、计算机监测预报系统；按监测范围可分为典型监测预报、全面监测预报；按监测途径可分为直接监测预报、间接监测预报；按监测内容可分为土壤侵蚀类型监测预报、土壤侵蚀程度监测预报、土壤侵蚀强度监测预报、土壤侵蚀模数监测预报等。按监测性质可分为定性监测预报、定量监测预报、混合监测预报。三、监测预报的指标体系土壤侵蚀监测预报的内容，包括土壤侵蚀模数、允许土壤流失量、土壤侵蚀类型分区、土壤侵蚀程度分级、土壤侵蚀强度分级等。监测往往不能直接得到这些数据，需要通过预报模型间接获取结果。因此应有相应的指标才能够进行监测预报。土壤侵蚀类型不同、监测预报方法不同，需要的监测指标也会有差异。但从侵蚀的产生原因来看，影响土壤侵蚀的主要因子是地貌、地面组成物质、植被、气候和人为活动等。1.监测预报指标

土壤侵蚀监测预报指标大致有气象、地貌、地质、土壤、植被、土壤利用现状等6大类。每个类别中具体有若干个监测因子2.指标编码

编码目的在于区分专题属性和分类数据内容，基于遥感与地理信息系统技术的系列专题制图与专题分析，如土地利用、土壤侵蚀类型、沟壑密度、土壤质地、DEM、坡度、高程带等专题层面，各专题制图内容均形成切实可行的分类体系和统一的编码方法，为GIS支持下的专题数据存储、管理与分析奠定了基础。四、监测预报成果目前土壤侵蚀监测预报已经发展到运用遥感、地理信息系统、全球定位系统相结合的技术手段进行全面监测、定点分析、动态预报。按这种技术路线，土壤侵蚀监测预报将会产生一系列成果。1.信息指标体系与专题数据土壤侵蚀监测需要的各类指标，根据土壤侵蚀监测国家标准，把这些指标划分为不同等级、区间或精度的指标，通过RS、GPS、GIS等手段快速获取专题信息。

专题数据生成是在土壤侵蚀信息标志建立后，依靠人机交互方式进行信息识别、信息分析、信息分类、信息提取、信息编辑操作等，产生专题图件，形成新的专题数据层面。这些专题层面作为预报模型的变量，是最基础的信息。2.分析模型库的建立不同的侵蚀类型，相应的土壤侵蚀程度和强度判别指标也不相同，依靠上述间接指标不同组合关系进行逻辑分析、数理分析或统计分析而产生土壤侵蚀程度和强度。也就是说，针对不同大小、不同类型、不同地区建立经验模型、统计模型、数理模型或逻辑模型，形成土壤侵蚀监测预报模型库。在模型的计算方法上，可采用有序数值阵列管理和GIS空间叠加分析技术支持下的土壤侵蚀强度栅格分析模型，在逐点分析结果基础上形成任意区域大小单元内的综合结果，也可以采用矢量层面叠加分析技术方法，得到不同尺度下的各级行政单元和不同流域土壤侵蚀程度和强度状况。3.监测预报系统的建立选择合适的软硬件，作为监测预报信息系统建设的主要系统平台。针对全国、省、地区、县的特点，制定数据库建设规范和标准。把已经建立的指标库、模型库有机组织起来，通过良好的人机界面，建立方便的输入输出机制。最终按行政区域建立全国土壤侵蚀监测预报网络系统。4.最终成果

在地理信息系统软件支持下，完成分幅编辑、坐标转换和图幅拼接等过程。利用土壤侵蚀监测预报信息系统生成的土壤侵蚀图，与行政区域或流域叠加，能够建立不同区域或流域的侵蚀数据库，在此基础上按流域、地区统计土壤侵蚀类型、土壤侵蚀程度和强度数据。五、监测预报网络系统土壤侵蚀监测预报网络系统，包括野外监测、室内技术分析两大部分组成。野外部分主要进行定点监测，为监测指标的获取、指标分类、数据纠正、模型建立、数据拟合、动态更新等提供典型数据，主要由实验站、观测站、GPS定位分析点等组成。室内部分主要进行指标提取、指标分析、模型建立、监测预报成果生成、信息发布等工作，主要由以国家监测中心为核心的计算机网络系统与相应的监测预报系统构成。六、监测预报技术标准1.数据标准

数据组织、存储及命名规范，主要是指出数据组织的方法、结构及存储以及数据文件的命名规则的方法。

行政区划数据标准，主要在GB2260-1995的国家标准的基础上，对我国最新的行政区划进行补充，增加县名及拼音注记。遥感图像数据标准是监测系统使用遥感图像的标准，包括格式文件类型、投影及坐标参数等。

土地资源数据专题标准，包括分类系统及编码、数据基本属性表格式、数据派生表格式以及相关各类数据项的标准。基础地理数据标准，主要包括河流、地名注记等的标准。数据交换标准：主要包括数据类型、交换格式标准。2.主要技术指标

土壤侵蚀遥感调查作业比例尺是按不同行政区别而确定的，一般县级使用1：50000～1:10000万，大中流域或省级使用1:1000000～1:500000，全国常使用为1:2500000～1：4000000。

遥感影像深加工的几何精度中误差控制在2个像元内，即1:100000比例尺地图上的误差为0.6mm左右；读精度的判对率＞95%，定位偏差＜0.5mm；制图精度最小图斑≥6×6个象元，最小条状图斑的短边长度≥4个像元。3.监测周期

土壤侵蚀范围及强度是一个动态变化过程，但各侵蚀因子的变化速度又是不一样的，这就要求在土壤侵蚀动态监测时，针对不同侵蚀因子选择不同监测周期。对于侵蚀因子几乎不变的，本底数据库长期有效。对于侵蚀因子渐变的，如沟壑密度，以10年为一监测周期(水蚀严重地区5年为一监测周期)。对于侵蚀因子变化快的，如土地利用、植被盖度等，以5年为一监测周期。第二节监测预报方法与程序一、资料准备与野外作业

首先要准备的是TM影像，采用近期TM假彩色合成数字影像为宜。图面资料选择最新版本的1:50000～1:100000地形图，条件许可情况下向国家测绘部门直接购买电子板地形图，供解译判读、行政及流域界线划分、DEM生成使用。为提高影像信息可解译性，广泛收集整理现有基础研究成果及地质图、地貌图、植被图、土壤图、沙漠化图、土壤侵蚀图、土地利用图、流域界线图等专业性图件。还要收集整理有关站、点的水文、气象观测资料，包括水文站点的水文泥沙资料、实验站的土壤侵蚀观测资料、淤地坝的泥沙淤积资料等。

通过各流域不同土壤侵蚀区域进行的外业路线调查，建立土壤侵蚀类型、程度和强度分级遥感解译标志，拍摄野外实况照片，用于土壤侵蚀强度判读分析用。二、数据处理数据处理包括对数字的专题分类、图形矢量化处理、图幅编制、其它有关声音及图片索引关系建立等。1.图形分层处理把不同属性的图形分层处理时，应注意不同的系列专题图，各图层的图框和坐标系应该一致；各图层比例尺一致；每一层反映一个独立的专题信息；点、线、多边形等不同类的矢量形式不能放在一个图层上。2.图形分幅处理大幅面的图形分幅后才能满足输入设备的要求。图形分幅有2种方法。

①规则图形分幅。即把一幅大的图形以输入设备的幅面为基准，或以测绘部门提供的标准地图大小为标准，分成规则的几幅矩形图形。这种分幅方法要使图幅张数分的尽可能少，以减少拼接次数；分幅处的图线尽可能少，以减轻拼接时线段连接的工作量；同一条线或多边形分到不同图幅后，它们的属性应相同。②流域为单位进行分幅。如为完成一个县的流域管理项目，可把一个乡或一个村作为一幅图进行单独管理。这样一幅图被分成若干个不规则的图形。这种分幅方式要以地理坐标为坐标系，同时要求不同图层分幅界线最好一致。3.图形清绘与专题图输入根据技术规范对各项专题图用事先约定的点、线、符号、颜色等做进一步清理，使图形整体清晰、不同属性之间区别明显。把图形和属性数据输入到计算机中，并把图形、属性库以及属性库的内容通过关键字联结起来，形成完整意义的空间数据库。对遥感影像进行精确纠正、合成、增强、滤波、根据野外调查建立判读标准等。三、专题指标提取

专题指标数据是一系列有组织和特定意义的指标要素的空间特征数据，也就是土壤侵蚀监测预报的指标系统，用于在土壤侵蚀类型的基础上，确定土壤侵蚀程度和其强度。四、模型建立与结果生成当得到土壤侵蚀各项指标以后，利用土壤侵蚀分类系统、专家经验模型或数理模型等，分析计算土壤侵蚀程度和土壤侵蚀强度，生成土壤侵蚀数据库。在完成土壤侵蚀类型、程度及强度分级判读后，利用GIS软件进行分幅编辑，坐标转换和图幅拼接等，然后在数据库中对其进行系统集成、面积汇总，生成坡度、高程、流域及省的土壤侵蚀类型、程度和强度图件及数据。第三节预报模型一、经验模型较早建立的土壤侵蚀和产沙模型大多数为经验模型，其试验分析研究的因子主要集中在降雨、植被、土壤和地形等因子上。其基本特点是依据实际观测资料，利用统计相关分析方法，建立侵蚀和产沙量与其主要影响因子之间的经验关系（曲线或方程式），而后根据选定因素的资料估算侵蚀或产沙量。二、数理模型

数理模型开始出现于60年代末，是从产沙、水流汇流及泥沙沉积的物理概念出发，利用各种数学方法把气象学、水文学、土壤学和泥沙运动力学的基本原理结合在一起，经过一定的简化，以数学形式表述土壤侵蚀过程与影响因子之间的关系，以模拟各种不同形式的侵蚀，预报土壤侵蚀在时间和空间上的变化，因此具有较强的理论基础，外延精度也较高，对一次暴雨洪水的产沙模拟较准确。三、随机模型这类是利用以往的资料提供的信息，和降雨-径流-产沙过程的随机特性建立起来的，虽然由于缺乏长期观测资料使得这类模型的发展受到限制，但近来也有一些进展。四、混合模型

混合模型是经验模型、数理模型以及其它模型综合研究得到的模型，它吸收各类模型优点，一般比单一的模型精度高。实际上，前面提到的模型也不完全是单一的，这里提出“混合模型”是为了让在今后的侵蚀模型研究中更注重综合性。五、专家打分模型

土壤侵蚀专家打分模型是通过采用影响土壤侵蚀程度和强度的各个指标进行定量的表达，及在此基础上由各个因素权重参与的综合数学运算形成土壤侵蚀综合状况指数，并对这一指数实施分级方法来建立土壤侵蚀模型。也就是说，该模型需要确定指标、指标打分、确定指标权重等环节。六、逻辑判别模型

逻辑判别模型也是一种专家模型，与专家打分模型不同的是专家直接对影响土壤侵蚀的指标进行组合判别，确定土壤侵蚀程度和其强度。

逻辑判别模型需要确定影响土壤侵蚀的指标，根据专家经验判别在不同的土壤、降水、坡度、地貌、植被、土地利用现状