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GIS技术在水土保持中的应用

2015-01-17 14:20:31      点击:

摘要GIS技术作为一门新兴的信息技术,在水土保持工作中得到了广泛的应用。目前在水土保持领域主要应用于水土保持规划、土壤侵蚀危险性评价、开发建设项目水土流失监测等领域。随着计算机技术的发展GIS 技术在水土保持工作中的应用将不断拓展、深入,并与RSGISERDAS等相关技术相结合进行在水土保持中发挥更加积极的作用。

关键词:水土保持地理信息水土保持规划水土保持监测

    GIS既地理信息系统(Geographic Information System),20世纪60年代中期发展起来的一门新技术是一种以计算机硬件系统为基础软件系统为平台的空间信息处理系统。近些年,随着信息技术的不断进步和高速发展,GIS技术在水土保持领域的应用也越来越广泛。如:流域范围内的水土保持规划、水土保持监测、土壤侵蚀危害评估以及开发建设项目建设和使用过程中的水土保持监测等土壤侵蚀和水土保持等相关领域。

一、 GIS基本原理

(一)GIS概念及组成   

    地理信息系统简称GISGeographic Information System是一项以计算机为基础的新兴技术是融计算机图形和数据库于一体储存和处理空间信息的高新技术。它把地理位置和相关属性有机结合起来根据实际需要图文并茂地将空间和地理属性信息输出给用户[1-2]GIS需要的硬件包括处理速度高且存储容量大的计算机,如数字化仪、扫描仪图形输出设备如绘图仪等数据输入设备。软件方面有ESRI公司的ARC/ INFOARCVIEWERDASIMAGINEUS ARMYGRASS等。在我国应用较广的为美国环境研究公司(Environmental Systems Research Institute, Inc.) 开发的ARC/INFO

(二)GIS技术

    GIS是对各种空间信息进行收集、存储、分析和可视化表达的信息处理与管理系统。能提供文字和数据根据栅格数据和矢量数据还提供直观形象的空间图形和图像。能对空间属性的对象进行输入、输出、编辑、修改、查询等数据管理GIS也可以使用各种坐标系统,甚至包括AUTOCAD 等软件包使用的直角坐标系统对空间对象进行精确定位。此外GIS还能与AUTOCAD 等软件进行数据交流也可以输出其他应用系统能够接受的文件格式实现数据共享。另外GIS强大的空间分析和统计运算功能能对已有资料进行加工处理得到科学的结果避免因人而异的主观随意性有利于科学决策[3-4]

二、GIS技术的主要功能

(一) 数字化

    把地形图, 实地调查结果, 处理后的卫星遥感影像, 航片以及属性数据等转化成GIS 数据形式。包括点 线多边形XY坐标的输入或网格数据的输入和拓扑结构自动生成两个主要过程。

(二)数据储存和数据库管理

    这是GIS的核心工具,空间数据库管理系统的主要功能它涉及系统的数据结构和处理方式空间数据库的存取、查询和维护以及空间数据库完整性、一致性检查等。

(三)数据分析与处理模块

    第一类是数据预处理如查错、修改等第二类是数据分析并提供用户各种问题的回答。

(四)应用分析软件

    系统开发人员或用户根据专题或区域分析模型需要编制的用于解决特定应用任务的程序是系统的延伸。

三、GIS在水土保持中的应用

(一)GIS在水土保持规划中的应用

    利用GIS进行水土保持规划主要是应用GIS软件对地形图进行数字化处理,建立数字高程模型(Digital Elevation Model),根据坡度、坡向等情况,建立地理数据库,包括空间地理数据和属性数据。并绘制土地利用现状图、水土流失现状图、植被状况图、水土保持体系图、坡面水系图等规划区的自然植被、土壤侵蚀和水土保持现状[5-6]。在次基础上根据不同的需求,建立相应的模块。由于利用GIS技术规划区的各种现状和布置措施都可以独立提取和显现,因此利用该技术不仅可以优化各种水土保持措施配置而且还能对水土保持措施的实施效果进行数量化分析和评估。应用GIS技术在水土保持规划中可以实现用用要求的一下功能:(1)构建图层:可以构建规划区数字地形图、地面植被图、水系图、土壤侵蚀现状图等各种地面状况的图层;(2)图层显示:任意打开或关闭图层;(3)图层编辑:用户可以根据需要对图层的属性以及参数等进行修改并保存修改结果;(4)图层叠加分析:用户可以将有相关关系的不同图层进行叠加并进行多种途径的分析,得到自己想要的结果;(5地形图三维分析:建立DEM,并利用相关工具产生地形三维模型,并对局部区域进行分析;(6)图层属性查询:查询图层中任一选定区域的属性信息,并进行比较;(7)图层输出:根据需求可以输出多种格式的图层,并和其它软件进行共享[3-4,7]

    冯九梁等在进行山西狼窝沟小流域水土保持规划时,将遥感(S)GIS CAD 与常规方法相结合,大大提高了规划设计的准确性,并节约了经济成本[8]。李建民、李昌志等也分别利用GIS 进行水土保持规划和水土保持初步设计。

(二) GIS支持下的水土流失生态风险评价

    水土流失生态风险评价对土地的合理利用和不同程度土壤侵蚀危险性的评估以及采取不同的水土保持对策的指导具有重要意义。倪九派等应用ARGINFORSPASS统计软件运用层次分析法和系统聚类法对重庆丰都水土保持生态园区土壤危险性作了评价。评价中综合考虑了影响土壤危险性的各个因素,避免了仅仅根据土层厚度来衡量土壤侵蚀危险性和不确定性[9]。邹亚荣等TM影像为主要数据,ARCPINFO 中运用主成分分析方法对江西省水土流失生态环境风险进行了评价选出主成分与其权重相乘得到风险图ARCVIEW下定出风险等级从而对江西省的生态环境风险性作出评价[10]

(三)GIS在开发建设项目水土保持中的应用

    水土保持监测包括土壤侵蚀和治理效益两大方面。GIS技术的应用使监测工作更加动态化、科学化特别是以小流域为单元的监测管理能把土壤侵蚀和水土保持治理效益等情况及时而准确地落实在小流域的实际地块上使得GIS技术在水土保持监测工作中起着极其重要的作用[11]。水土保持监测中通常将GISRS 结合,并分层次建立水土保持本底信息库以及治理区年度监测各项指标的完成状况,建立动态的监测管理信息系统。最终适当的评价模型对土壤侵蚀和治理效果进行动态分析,对主管部门的决策提供指导。具体做法可利用高分辨率遥感数据获取治理动态变化的指标GPS进行定点定位确保各项监测指标在不同的时间序列上地理位置一致。监测成果以数据库、图形库、图像库、图片库、视频文件等多种方式表达并将检测成果提交相关部门,实现最终的监测目标。

四、结语与建议

      GIS技术在外水土保持工作中得到了广泛应用,这种技术的使用大大提高了水土保持工作效率以及水土保持成果的科学性准确性。随着计算机技术的发展,GIS技术在水土保持工作中的应用将不断拓展和深入并与RSGPSERDAS等相关软件相结合,开发出更科学和实用的水土保持技术。GIS技术的使用在提高了工作效率和准确性的同时也大大节约了成本同时将水土保持工作的科技水平提升到了一个新的高度,增加了水土保持的科技含量。例如,在水土保持方案编制过程中利用GIS技术可高效合理地配置各项水土保持措施在水土保持监测过程中利用GIS技术并结合RS技术可宏观动态地监测扰动土地面积、损坏植被原地貌状况和面积以及水土保持治理状况

参考文献:

[1]修文群.地理信息GIS 数字化城市建设指南[M].北京:北京希望电子出版社, 2001:1.

[2]陈俊,宫鹏.实用地理信息系统[M].北京:科学技术出版社,1998:1.

[3]陈述彭.地理信息系统导论[M].北京:科学出版社,1998.

[4]Maribeth Price,李玉龙,张怀东,等译.ArcGIS地理信息系统教程(第五版)[M].北京:电子工业出版社,2012.

[5]张野,赵旭珍.GIS在水土保持中的应用动态及展望.水土保持应用技术术. 2013,4:29.

[6]卜崇峰,蔡强国.GIS技术在水土保持中的应用.水土保持研究.2004,4: 162.

[7]李昌志,刘兴年,曹叔尤.GIS技术在水土保持初设中的应用以四川省遂宁市玉丰小流域为例[J].水土保持通报,2001,21(4):34.

[8]冯九梁,王贵平,贾志军,.基于RS GIS 的小流域水土保持规划设计[J].山西水土保持科技,2001,3.18.

[9]倪九派,傅涛,何丙辉,.基于GIS 的丰都三合水土保持生态区土壤侵蚀危险性评价[J] . 水土保持学报,2002,6(1):62.

[10]邹亚荣. GIS 支持下的江西省水土流失生态风险评价[J].水土保持通报, 2002,22(1):18.

[11]王鹏,王姝,翟旭.GIS技术在水土保持中的应用.安徽农业科学,2007, 35(15):4589.