新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队 830000
摘要：遥感监测模型的构建和应用离不开GIS技术，笔者结合实际工作经验，在本文中分析了GIS技术支持下，以定量遥感监测构建区域土壤侵蚀模型及其应用。
关键词：土壤侵蚀；定量遥感；GIS；模型
土壤侵蚀是常见的环境危害性问题，其引发原因有复杂的人文、地理因素影响，例如降雨、土壤结构、地形构成、人为活动等，因此有必要以专业化的监测手段防止土壤侵蚀对环境和人类生存造成的不利影响。相较于传统的以人力人为活动监测，现在普及应用的遥感技术能够收集更丰富的综合信息，以较强的实时性、较高效准确的动态性数据收集，发挥对土壤侵蚀问题的监测优势。
1土壤侵蚀的研究和监测
土壤侵蚀是指土壤及其表层岩石等母质，因为各种营力作用和人类活动影响，而导致土壤结构成分除一般流失速率外，还在原位置有了更快速的流失。其外营力影响有风力、水力、重力、融冻等因素导致的土壤侵蚀，其内营力影响主要为土壤结构和构成等。我国的大部分区域为亚热带季风气候条件，土壤侵蚀类型以面蚀、溅蚀、沟蚀等水力侵蚀为主[1]。
1.1土壤侵蚀的研究类型
依据土壤侵蚀的研究模型类别，将其分为对坡面、小流域、流域、全球范围土壤和其他区域的侵蚀研究;依据土壤侵蚀的研究手段，将其分此定性、半定量和定量这三类研究;依据土壤侵蚀的研究科目方法，将其分为以测量学、水力学、地貌学、土壤学、地球综合学等方法的研究。
1.2土壤侵蚀的监测模型构建
1.2.1监测模型分类
为加强土壤侵蚀的分析准确性，一般利用模型模拟的方式，让对土壤的综合分析能够更加直观化。根据模型构建中的数据来源和构建方法，可将其分为概念模型、经验模型和物理模型这三类。经验模型的观测数据分析对操作者的经验有更高的依赖性，而对计量数据的要求较低，因此在数据条件不足时有很好的应用效果；但其假设可能不够合理，对区域土壤的物理机制、空间异质性等的综合考虑都不足[2]。物理模型与经验模型有很大不同，其构建基础为区域的自然机制和物理数据计算，要求模型能够真实描述区域的土壤情况，并保障各个参数选择能够严格遵守相关的物理能动量方程，以明确、可量测的、具有空间异质性的参数来构建区域土壤的监测模型，具有很好的准确性和真实性；但其大量参数计算和分析的要求，也大大增加了计量和处理的数据量增加，可能因过参数化、复杂计算、结果难检验等问题而影响了监测模型的正常利用。概念模型则是融合了前两种模型构建方式的技术，利用与本区域的相互联系存储单元及其物理原理联系，对一些难以深入界定区分的内容则应用了经验模拟从而构建出区域的监测模型，可操作性强也具有一定的物理科学意义；但概念模型尽管基本描述了河流、土壤自然变化的过程，但对各过程环节的机理成因的解释不足，模型参数物理意义也不够明确。
1.2.2常用的土壤侵蚀监测模型
土壤侵蚀模型的选择需要考虑到其各自的功能、参数输入、数值计算和输出模型等各个因素，一般需要根据应用区域及对区域土壤侵蚀监测的需求。从实际工作上看，(R)USLE模型的分析结构清晰、不需要过多的数据量、操作简便快捷，是全球范围内多种土壤监测中广泛应用的监测模型[3]。
2基于GIS的定量遥感在土壤侵蚀监测中的应用
2.1收集遥感监测数据
土壤侵蚀是常见的环境危害性问题，其引发原因有复杂的人文、地理因素影响，例如降雨、土壤结构、地形构成、人为活动等，根据相关研究，与土壤侵蚀的强度有高度相关性的影响因素包括LUCC、坡度和植被覆盖度等，而这几项因素也是土壤侵蚀强度调查中常常选用的间接调查指标。基于GIS的定量遥感技术能够很便捷的收集到这些间接调查指标的遥感数据。遥感技术的发展经过了原先的航空GPS影像，发展为今天的多波段卫星传感器综合监测，一直对土壤侵蚀的调查研究和分析改进活动有着重要的辅助作用。到目前为止，基于GIS的定量遥感技术已成为土壤侵蚀相关研究中最广泛利用的技术，而我们CBERS02B、HJ1A/1B、BJ1等国产卫星数据的应用，也反映出土壤监测活动的良好发展前景和我国对环境保护的重要性。
2.2基于GIS的定量遥感在土壤侵蚀监测中的具体应用项
2.2.1提取区域土壤侵蚀因子
为更准确的评估监测区域土壤侵蚀的影响因子，从而对其做好管理控制，保护区域土壤和自然环境的稳定性，需要利用定量遥感技术的模型构建来进行综合分析。一般来说，区域土壤侵蚀因子中的重要部分包括区域的植被条件、土壤结构、地形构成、土地利用情况、降雨水力影响等。
（1）植被条件:主要为植被覆盖率、植被构成等，有效、丰富的植被条件能够消减降雨对区域土壤的直接作用，保障本区域的吸水、固水土能力，从而抵抗土壤的侵蚀作用。常用NDVI等植被指数来对区域的植被条件进行分类或估算，利用定量遥感收集和提取区域的植被条件数据，是监测土壤侵蚀情况的常用手段。
（2）土壤结构:包括区域土壤的组成、干湿度、机质含量、岩石成为、土层结构等，他们影响着土壤对于降雨的耐侵蚀力。基于GIS的定量遥感能够为土壤的结构性分析识别提供丰富的实际监测资料，从而有利于监测工作者依据其光谱特性将土壤按照有机质含量、矿物特性、含氮量、含水量等指标进行分类，据此确认土壤对降雨耐侵蚀力。
（3）地形构成:基于GIS的定量遥感能够提取区域的DEM，从而让研究人员能够利用这些信息，提供计算机分类、目视解译等方法来分析SPOT、ASTER和SAR等区域地形分类，确定本区域土地的利用类别和C值，对区域侵蚀条件有更准确的管理。
（4）土地利用情况:人力建设的梯田、耕作条带等土地利用设施，也能够减少区域的水土流失，基于GIS的定量遥感能够获得土地的综合利用数据信息，有利于更 准确的分析水土保持因子和水土流失对人类生产生活的影响。
（5）降雨水力影响:我国的降雨量整体比较大，尤其是长江中下游的梅雨季节，因此降雨数据和降雨侵蚀力因子的计算对控制土壤具有重要意义。基于GIS的定量遥感能够采集实时的实测数据，利用TRMM进行降雨侵蚀力计算提取降雨侵蚀力的R因子，分析和管理区域土壤侵蚀力受降雨水力的影响。
2.2.2土壤侵蚀调查
定量遥感技术能够调查区域土地侵蚀的特征、面积、分布等综合情况。实时收集数据能够形成供土壤侵蚀综合情况分析的多时相数据，从中自动提取侵蚀面积、地物分布等信息。而检测的光谱反射率也有利于判别区域土壤侵蚀的强度，有利于环境管理者针对具体情况进行有针对性的土壤侵蚀管理。
2.2.3土壤侵蚀制图
本功能的基础是利用定量遥感对区域土壤侵蚀情况的综合调查和影响因子反演，从而给侵蚀制图提供足够的调查数据和侵蚀情况综合评价。土壤侵蚀制图一般先计算单个因子，再与其它数据源结合分析，构建土壤侵蚀模型。
3结语
我国的洪水汛期管理一直是国家的重要环境工作项目，而随着降雨带来的土壤侵蚀也一定程度的阻碍了我国的经济发展，影响了区域居民的生产生活，应当以土壤侵蚀实时监测和有针对性的影响因子加紧治理，促进我国经济、社会的和谐、可持续发展。GIS支持下的土壤侵蚀定量遥感监测已成为主要监测和调查应用方法，本文主要分析了本项技术的具体应用过程和构建模型方法。
参考文献：
[1]建立全国土壤侵蚀遥感监测与管理系统的设想方案[A].王进，罗修岳，李小文，赵晓丽.中国减灾与新世纪发展战略——首届“中国21世纪安全减灾与可持续发展战略高级研讨会”论文集[C].2018
[2]高分辨率遥感影像在水土流失定量评价中的应用探讨——以Quickbird影像为例[J].王文娟，张树文，李颖，卜坤，闫业超.农业系统科学与综合研究.2008(04)
[3]丹江口库区水土流失遥感监测应用研究——以商南县为例[J].张锦凰，刘丹强，姜小三，卞新民.农业资源与环境学报.2015(02)
作者简介：王坤（1983.11-）男 湖南 汉族 本科 助理工程师 新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队 研究方向:遥感应用及测量