水蚀野外调查单元底图批量制作技术研究

水力侵蚀普查是全国第一次水利普查水土保持情况普查的重要内容之一。野外调查单元是本次水力侵蚀普查抽样调查的基本单元,而调查底图作为野外调查的基础工作底图,在野外调查工作中有着十分重要的作用。本次水力侵蚀普查覆盖范围广,抽样调查单元的数量巨大,制图流程涉及的工序较多,采用传统人工制图较为繁杂,且容易出错。基于Arc GIS与Python语言,详细介绍了水蚀野外调查单元底图批量制作技术,通过编写批处理脚本程序,自动实现制图模板分发、数据替换、制图输出等流程,极大减轻了制图工作量,对制图的质量保证也起到了一定的作用。     

计算机技术在泸县水力侵蚀野外调查中的应用

2010年3月,国务院决定利用3年时间在全国范围内开展第一次水利普查,其中水力侵蚀普查是水土保持情况普查专项中土壤侵蚀普查方面的重要任务。为确保调查结果的准确性,泸县水土保持技术人员根据水力侵蚀野外调查技术要求和县情实际,积极探索,利用GETScreen软件精确裁剪调查单元google影像,以CAD软件为平台,实现调查单元底图(pdf格式)与google影像完全重合,结合GPS现场复核,有效降低了野外调查过程中的工作量,提高了数据精确度,较好地完成了水力侵蚀普查任务。     

区域土壤侵蚀普查方法的初步讨论

区域土壤侵蚀调查制图和动态分析,是国家和省区编制土壤侵蚀宏观规划的数据基础,也是一个重大前沿性研究命题。在综述国内外区域土壤侵蚀调查制图、区域土壤侵蚀因子、土壤侵蚀尺度效应和土壤侵蚀模型等研究现状的基础上,对即将开展的全国土壤侵蚀普查工作提出以下建议：土壤侵蚀普查需要充分利用我国土壤侵蚀模型研究的最新成果,采用模拟计算方法实现对土壤侵蚀强度的定量估算;调查内容应包括区域土壤侵蚀因子、土壤侵蚀类型与强度、水土保持措施、典型区域抽样调查等;对土壤侵蚀尺度效应、区域土壤侵蚀模型应用示范和区域土壤侵蚀数据库建设方法等关键技术展开攻关研究。     

基于抽样调查法的水土流失普查技术问题解析

在总结前四次全国水土流失调查的方法和取得成果的基础上,全面介绍了第四次全国水土流失调查采用的抽样调查方法,并从分层不等概抽样、水土保持措施落地、与"3S"技术高度融合和土壤侵蚀因子量化等方面分析了抽样调查方法的代表性和先进性;分析了以小流域为对象开展野外调查的依据、代表性以及抽样方法的制图精度,进行了抽样调查单元与遥感调查和全域计算方法的对比分析。总结认为,在当前技术经济水平条件下,采用抽样调查方法开展普查能够满足表征水土保持措施的作用、准确掌握全国水土流失面积和分布的需要,同时对于县级水土流失分布制图需采用更高密度的布点开展调查。     

第一次全国水利普查侵蚀模数的批量计算方法--基于CSLE和GIS的土壤水蚀模数计算器设计与应用

为快速有效地完成第一次全国水利普查水土保持情况普查中30 000多个野外调查单元的土壤侵蚀模数计算,采用.NET平台并结合ArcEngine二次开发包,开发了基于中国土壤流失方程(CSLE)的土壤水蚀模数计算器软件。以陕西省安塞县野外调查单元数据为例,应用该软件进行计算并得到了野外调查单元的水蚀模数,将计算结果与手工操作ArcMap计算得到的侵蚀模数进行了比较。结果表明,利用水蚀模数计算器软件计算得到的结果准确可靠,并可极大地提高计算效率。该软件可用于区域水土流失调查水蚀模数的计算。     

Geoway和ArcGIS在广西水土保持普查中的应用技巧

以广西为例,总结了Geoway和ArcGIS在水土保持普查中的应用技巧,具体介绍了地形图几何纠正、划定野外调查单元、等高线矢量化、等高线高程赋值、数据层坐标定义与投影转换、野外调查底图编制、野外调查清绘图配准及地块属性录入等关键技术,实现了Geoway与ArcGIS在广西水土保持普查数据处理中的一体化作业,既保证了数据质量,又提高了工作效率。     

基于ARCGIS和PYTHON的水蚀野外调查单元的质量控制方法

水蚀野外调查单元是全国第一次水利普查水土保持情况普查抽样调查的基本单元,调查单元提交成果的质量状况直接影响数据分析阶段的工作量与效率。本次普查覆盖范围广,抽样调查单元数量巨大,采用传统人工整理数据上报容易出错。基于ARCGIS与PYTHON语言,详细介绍了水蚀野外调查单元在资料准备阶段与数据处理阶段的质量控制方法。通过编写批处理脚本程序,实现调查单元四级存放目录的建立,矢量、栅格、文本等数据的分发,以及调查表到GIS数据属性表的转换等工作。在关键环节引入批处理脚本程序对质量进行控制,可解放人力,提高工作效率并可保证数据质量。     

土壤侵蚀普查数据管理及数据库构建

介绍了全国土壤侵蚀普查数据库的设计思路、总体结构、数据库结构、系统主要功能和入库的成果。该数据库的总体技术路线是将全国土壤侵蚀普查各类数据按业务逻辑和时空关系管理,建立以地理空间为基础的“全国一张图”式的土壤侵蚀普查数据库,形象直观地管理普查数据,实现以基础地理、土壤侵蚀因子、野外调查单元、侵蚀沟道、土壤侵蚀强度数据的检查与入库为主体,对土壤侵蚀普查数据进行集中存储,按全国一张图形式统一、分类、分层管理。     

我国风力侵蚀抽样调查方法

风力侵蚀普查是第一次全国水利普查水土保持情况普查的重要内容之一。抽样调查方法是风力侵蚀普查的重要方法。在介绍我国风力侵蚀野外调查单元布设、基础数据收集的基础上,详细介绍风力侵蚀模型、侵蚀因子计算方法,并结合实际调查情况,对包括资料准备、野外调查、汇总上报和成果评价等普查过程的各个阶段及其质量控制措施进行详细总结。普查技术方法的正确把握对于保证普查结果的可靠性、科学性和权威性具有重要意义,普查结果可为国家水土保持规划与生态环境建设提供基础数据。     

土壤侵蚀动态监测中的高分辨率影像土地利用解译精度分析

土壤侵蚀与土地利用有很大的相关性,土地利用直接影响土壤侵蚀的形式、空间分布和强度。高分辨率遥感影像是土地利用状况调查的主要信息源,是准确掌握土壤侵蚀动态的基础和前提。为进一步提高高分影像解译土地利用类型的判读正确率,全面支撑县域土壤侵蚀动态监测和水土保持规划,以河北省怀来县为例,基于高分影像解译和野外抽样调查获取的土地利用信息,将野外抽样调查所得的土地利用结果作为真值,从整个县域和抽样调查单元2个层面,通过土地利用变化转移矩阵,对比分析了遥感普查所得土地利用的类型、面积和分布等。结果表明:1)除园地和灌木林地比例相差较大之外,其他土地利用比例相当,因此遥感普查与野外抽样调查2种方法所得的土地利用结构具有较好的一致性;2)遥感普查土地利用的耕地、园地和草地精度较高,分别为85.3%、91%和89%,林地次之,为78.6%,灌木林地和其他土地再次之,分别为68.2%和64.2%;3)遥感普查灌木林地的解译正确率偏低,只有68.2%,是由于灌木林地和草地容易混淆导致误判,灌木林地误判为草地的比例高达30.5%。2种方法都可以作为获取土地利用信息的可靠手段,而且高分遥感影像在大比例尺水土流失调查与制图中具有较高的使用价值,灌木林地和草地二者之间的误判还需在解译时多加注意,可从纹理与明暗的分析,野外实地调查的增加和影像处理技术等方面提高其判读正确率。本文的研究方法及其结果,为提高土地利用高分遥感影像解译精度提供了定量的依据,为土地利用信息获取提供了可参考的技术路线与方法,对县域土壤侵蚀动态监测和水土保持规划具有重要意义。     

运用分类树进行土壤类型自动制图的研究

提供了一种基于机器学习的方法来自动建立针对土壤资源制图的规则库。以浙江省龙游县研究区为例,将已有的土壤图与地质图、土地利用现状图、DEM及其派生属性、双时相的TM卫星数据相结合,使用分类树算法从训练数据中生成该地区土壤制图的规则知识,并进行了研究区土壤类型的知识分类。这种建立土壤自动制图知识库的方法要比传统的知识获取方法更为简便易行。精度评价结果表明,所建立的知识库对于研究区的大部分土壤类型的预测是可行的。     

遥感技术在土壤侵蚀定量评价中的应用——以泰国巴萨克流域为例

本文以巴萨克流域为例,介绍了应用航空遥感技术和通用土壤流失方程式进行土壤侵蚀潜在危险定量评价的基本方法和步骤,主要包括:1.收集分析前人的基础研究资料;2.应用航片和野外调查方法,判读解译土壤侵蚀特征,确定制图单元;3.以制图单元为基本单位,应用土壤流失方程式,确定诸因子量值,并计算土壤侵蚀量;4.结果分析与方法评价。利用航空遥感技术和通用土壤流失方程式进行大比例尺土壤侵蚀调查,具有快速、准确、高效、简便易行和节约人力、物力等优点,成为土壤侵蚀研究工作的有效途径。本文结合笔者的工作实践,试对其实施步骤和应用效果作以分析介绍。     

自动土壤图基于知识的分类

A machine-learning approach was developed for automated building of knowledge bases for soil resources mapping by using a classification tree to generate knowledge from training data. With this method, building a knowledge base for automated soil mapping was easier than using the conventional knowledge acquisition approach. The knowledge base built by classification tree was used by the knowledge classifier to perform the soil type classification of Longyou County, Zhejiang Province, China using Landsat TM bi-temporal images and GIS data. To evaluate the performance of the resultant knowledge bases, the classification results were compared to existing soil map based on a field survey. The accuracy assessment mad maalysis of the resultant soil maps suggested that the knowledge bases built by the machine-learning method was of good quality for mapping distribution model of soll classes over the study area.     

基于CSLE和抽样调查的泰国土壤水蚀评价

通过对泰国区域土壤侵蚀的定量评价,掌握泰国土壤水蚀特征,以期为泰国土壤侵蚀防控和相关研究提供技术和数据支撑。采用CSLE模型,基于30 m分辨率区域侵蚀因子综合运算完成泰国土壤水蚀速率计算(地图代数法制图),基于亚米级分辨率抽样调查完成抽样单元水蚀速率计算,再以抽样单元计算结果为参考,对地图代数制图结果进行直方图匹配,最终获得研究区土壤水蚀速率专题图。结果表明:(1)直方图匹配制图结果既保留了原有的空间分布特征,又具有准确的统计特征。(2)泰国平均土壤水蚀速率为687.9 t/(km²·a),是全球平均土壤水蚀速率的2.4倍,个别地区达到1 000 t/(km²·a)以上(占面积13.2%,占侵蚀总量72.0%),与全球平均水蚀速率相比,土壤水蚀较为严重,0.6%的区域年侵蚀量约占研究区侵蚀总量的21.5%,局部侵蚀剧烈。(3)在各土地利用类型中,耕地水蚀最为严重,平均水蚀速率高达1 020.2 t/(km²·a),水蚀速率>2 500 t/(km²·a)的热点地区84.1%区域为耕地。由此可知,泰国局部区域的土壤水蚀较为剧烈,耕地对区域水土流失的贡献较大。     

基于遥感与多变量概率抽样调查的作物种植面积测量

针对传统抽样调查工作中调查基础资料时效性不高和野外调查工作量较大等问题,该文提出了一种遥感与MPPS(multivariate probability proportional to size)抽样调查相结合的农作物种植面积测量方法。利用第2次农业普查数据进行抽样框的编制;利用时序中分辨率遥感数据进行农作物种植面积的分类;在中分辨率遥感分类图的基础上进行MPPS抽样;采用高空间分辨率遥感数据对抽选样本进行面向对象的分类;根据MPPS抽样方法进行总体农作物种植面积的推断;计算CV值,评价抽样精度,以国家统计局公布数据为标准进行总体面积精度评价。以辽宁省北镇市为研究区对该方法进行了测试。结果显示,该方法能够有效的提取县级农作物种植面积,农作物种植面积提取精度优于92%。     

基于抽样调查资料估算区域土壤侵蚀量

区域土壤侵蚀量估算是土壤侵蚀调查的重点和难点,为了利用抽样调查数据定量估算区域土壤侵蚀状况,以2011年第1次全国水利普查中的水力侵蚀抽样调查资料为基础,利用中国土壤流失方程(CSLE),通过地理信息系统估算2011年辽宁省的降雨侵蚀力、土壤可蚀性、地形、水土保持措施等侵蚀因子及侵蚀量,在此基础上对全省的水力侵蚀强度进行分级和面积统计,并与抽样调查结果进行对比.结果显示:全省各土壤侵蚀因子的估算结果与抽样调查结果较为接近;土壤水蚀以微度和轻度侵蚀为主,每年全省约85％的土地处于微度侵蚀(＜1000t/km2),而强度侵蚀(＞5 000 t/km2)面积仅占2％;抽样调查得到的独立工矿用地、果园、旱地和其他土地的侵蚀模数较估算得出的侵蚀模数大,而在草地、其他林地等土地利用类型上抽样调查得到的侵蚀模数却较估算得出的侵蚀模数小,主要原因可能是省域和抽样单元计算地形因子的DEM数据精度不同.总体上,该研究为如何利用抽样调查数据估算全国土壤侵蚀状况提供参考.     

结合多等级代表性采样和模糊隶属度的区域土壤制图方法

High-resolution and detailed regional soil spatial distribution information is increasingly needed for ecological modeling and land resource management. For areas with no point data, regional soil mapping includes two steps: soil sampling and soil mapping. Because sampling over a large area is costly, efficient sampling strategies are required. A multi-grade representative sampling strategy, which designs a small number of representative samples with different representative grades to depict soil spatial variations at different scales,could be a potentially efficient sampling strategy for regional soil mapping. Additionally, a suitable soil mapping approach is needed to map regional soil variations based on a small number of samples. In this study, the multi-grade representative sampling strategy was applied and a fuzzy membership-weighted soil mapping approach was developed to map soil sand percentage and soil organic carbon(SOC) at 0–20 and 20–40 cm depths in a study area of 5 900 km2 in Anhui Province of China. First, geographical sub-areas were delineated using a parent lithology data layer. Next, fuzzy c-means clustering was applied to two climate and four terrain variables in each stratum. The clustering results(environmental cluster chains) were used to locate representative samples. Evaluations based on an independent validation sample set showed that the addition of samples with lower representativeness generally led to a decrease of root mean square error(RMSE). The declining rates of RMSE with the addition of samples slowed down for 20–40 cm depth, but fluctuated for 0–20 cm depth. The predicted SOC maps based on the representative samples exhibited higher accuracy, especially for soil depth 20–40 cm, as compared to those based on legacy soil data. Multi-grade representative sampling could be an effective sampling strategy at a regional scale. This sampling strategy, combined with the fuzzy membership-based mapping approach, could be an optional effective framework for regional soil property mapping. A more detailed and accurate soil parent material map and the addition of environmental variables representing human activities would improve mapping accuracy.     

RECONNAISSANCE FOR SOIL SURVEY

The total length of soil boundary on a map can be measured by counting the number of intercepts between boundaries and a randomly distributed array of sampling lines. It is thus also possible to estimate the length of the same boundaries before survey by means of a similar array of field traverses. The per cent sampling error of estimates of boundary density (boundary per unit area), is approximately the reciprocal of the square root of the number of intercepts.     

基于传统土壤图的土壤—环境关系获取及推理制图研究

在数字土壤制图研究中,从历史资料中提取准确的、详细的土壤—环境关系对于土壤图的更新和修正十分重要。从传统土壤图中提取土壤类型并从地形数据中提取环境参数,采用空间数据挖掘方法建立土壤—环境关系,并进行推理制图和精度验证。以湖北省黄冈市红安县华家河镇滠水河流域为例,首先选取成土母质和基于地形数据提取的高程、坡度、坡向等7个环境因子;然后利用频率分布原理得到包含土壤类型与环境因子信息的典型样本数据1 410个;采用See5.0决策树方法进行空间数据挖掘,建立土壤—环境关系;将其导入So LIM中进行推理制图;最后利用270个实地采样点验证所得土壤图的精度。土壤图的精度提高了约11%,证明了本研究方法对土壤类型和空间分布推理的可靠性。