3S技术水利工程中应用

3S技术水利工程中应用第一页，共258页。“3S”技术及其在水利中的运用“3S”技术基础及其在水利信息化中的作用“3S”技术在防洪减灾中应用“3S”技术在水资源与生态环境管理中的应用旱情监测水环境监测、评价与管理“3S”技术在水土保持中的应用灌溉面积监测“3S”技术在河道动态监测中的作用遥感在水库库容和湖泊动态变化监测中的应用2第二页，共258页。“3S”技术基础及其在水利

信息化中的作用“3S”技术基础数字地球与数字水利水利信息化Part13第三页，共258页。

地理信息系统（GeographicInformationSystem）、遥感（RemoteSensing）与全球定位系统（GlobalPositionSystem）的英文名称中最后一个单词均含有“S”，习惯上将这三种技术合称为“3S”技术。

早在20世纪70年代，集成技术也逐步得到应用。但用现代系统科学与信息技术的观点来解释集成思想，并把这种思想用于3S集成，形成一个较完整的系统集成理论、技术与方法体系，则是空间信息领域的专家学者近年来一直在致力探索的事情。空间信息集成系统的核心在于系统集成，实现各单元信息系统的异构同化和同构整体化；这是一个多学科多技术相互渗透的并行、重构与协同过程，是多方法、多机制相互融合以产生突破与聚变的过程。第四页，共258页。地理信息系统概论GIS基本概念一．信息革命与GIS的产生1．信息革命：人类社会发展进程计算机的应用（第一次信息革命）

信息产业的兴起与发展信息高速公路与数字地球（第二次信息革命）

第五页，共258页。信息时代的特性：对海量信息的科学管理和充分利用“瓶颈”问题：具有地理坐标的空间数据GIS的产生背景：数字地球的雏形

2．GIS是信息时代地学科学的必然产物第六页，共258页。3.与信息有关的概念信息：客观事物在人脑中的反映

数据：对客观事物进行定性，定量描述的原始材料，是信息的符号表示。数据与信息的关系：数据是信息的载体，信息是数据的内涵，二者不可分离数据处理的目的：为获取信息第七页，共258页。地理信息：与空间地理分布有关的信息，具有空间定位和多维结构的性质。信息系统：具有对数据进行各种处理功能并可向用户提供辅助预决策信息的计算机系统。

第八页，共258页。4.GIS的定义：能够处理各种地理空间信息并能以多种形式输出的计算机系统。外观表现：计算机硬软件系统。内涵：计算机程序和地理空间数据组织成的地理空间信息模型。第九页，共258页。以地理信息世界模拟表达地理现实世界，通过信息联系反映客观实体之间联系，对客观世界中各种具有空间特征的事物、关系和过程进行描述，分析和仿真。

5．GIS的工作模式：第十页，共258页。第十一页，共258页。

6.GIS的发展

(1)国外：已进入商品化生产阶段。

(2)国内：（大体分为三个阶段）：起步阶段

试验阶段

全面发展阶段(3)GIS发展趋势：集成化、网络化、智能化的数字地球基础框架OPEN-GIS,WEB-GIS

第十二页，共258页。7.GIS的基本特征具有公共的地理定位基础和多维结构（空间性、动态性）为信息管理和决策服务第十三页，共258页。二.GIS的基本构成1.软硬件环境：

GIS硬件环境：计算机主机＋外围设备计算机主机：处理速度、字长、内存数据存贮设备：硬盘、软盘、光盘、磁带数据输入设备：键盘、数字化仪、扫描仪、数据电缆数据输出设备：硬拷贝、软拷贝、电子输出第十四页，共258页。2.GIS的软件模块:软件系统：计算机系统软件：汇编程序、库程序…等GIS基础软件：输入、编辑、管理、分析、输出GIS二次开发软件

第十五页，共258页。基础软件模块:数据输入与编辑数据库管理系统软件空间查询，分析软件用户接口输出软件第十六页，共258页。3.地理空间数据空间数据：具有公共地理定位基础的数据（如经纬度），如：地理空间实体的点、线、面表示。

空间关系：邻接、距离、包含、重叠等。

地理空间数据构成：参考系确定的空间位置；空间拓扑关系；属性；

第十七页，共258页。在某参考系中的空间位置（用坐标来标识，用分类码，识别码描述）点实体（Node）：（XaYa）有特定位置，零维物体线实体（Arc）：（X1Y1）（X2Y2）…（XnYn），用坐标对序列标识，一维物体面实体（Polygon）：（X1Y1）…（XnYn）（X1Y1），封闭线加内点表示多边形，二维物体第十八页，共258页。4.空间实体的拓扑关系区域定义：采用一组封闭线定义多边形。称Arc—Node结构邻接性：多边形—弧段拓扑，Poly—Arc结构，确定多边形相互之间的邻接关系，既确定公共边左右多边形信息。连通性：对线段连接的判别。采用在每个结点上汇集的线段列表来表示方向性：采用线段起终点来表示线段的方向包含性：多边形内嵌套多边形的关系。第十九页，共258页。5.与几何位置无关的属性定性属性：名称，类型，特性等定量属性：数量，等级等属性与空间数据的连接：给属性数据赋于一个公共识别符第二十页，共258页。6.数据的标准化和数字化数字化：数据经过扫描或手工数字化仪进行模数转换、坐标变换等形成数据文件存入数据库中标准化：对不同比例尺，不同投影系统，不同精度的数据，统一其坐标，统一记录格式以便在同一基础上进一步工作

第二十一页，共258页。三.系统运行环境硬件运行环境：客户机／服务的体系软件运行环境：操作系统、数据库软件、GIS软件网络环境：局域网（LAN）广域网（WAN）网络拓扑结构：网络中各个结点相互连接的方法和形式。第二十二页，共258页。基于因特网/企业网分布式因特网体系结构--DNA直接联通信息高速公路各级管理业务融为一体数据共享、集中控制、分布处理第二十三页，共258页。程序+数据程序+数据程序+数据程序+数据PC机时代（单机）浏览器浏览器浏览器浏览器数据服务器应用（程序）服务器因特网因特网时代（DNA)程序程序程序程序数据库服务器局域网时代（客户/服务器）局域网第二十四页，共258页。属性数据图形数据Web服务器因特网/局域网查询/绘图查询/绘图查询/绘图图形/属性统一的关系数据库模式支持并发控制支持事务处理第二十五页，共258页。WindowsDNA体系结构第二十六页，共258页。第二十七页，共258页。四.GIS数据结构1.数据结构概念数据逻辑结构（抽象结构）数据物理结构（存贮结构）第二十八页，共258页。2.空间数据库的概念：除管理属性数据以外，还要管理空间定位和拓扑关系的地理空间数据3.属性的作用：通过相应的编码、指针与图形数据连接，使图形数据成为具有地理意义的地理实体第二十九页，共258页。4.GIS数据模型DBMS的概念文件处理系统采用DBMS的数据库GIS数据库管理的发展类型第三十页，共258页。关系模型：用表格数据表示实体间的模型关系：二维数据表格关系应满足的条件：每列为基本字段，各列名字不同各行相异，行列次序无关关系模型不分层，也无指针第三十一页，共258页。五.GIS空间数据编码：矢量结构编码栅格结构编码第三十二页，共258页。常用空间数据编码方式┏━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━┓

┃矢量结构编码方式┃栅格结构编码方式┃

┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫

┃---坐标序列编码┃---链码┃

┃---层次索引编码┃---直接栅格编码┃

┃---拓扑结构编码┃---游程长度编码┃

┃┃---块码┃

┃┃---四叉树码┃

┗━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━┛第三十三页，共258页。

六.GIS的基本功能数据输入功能数据输入：对数据编码和写入数据库的过程1.统一的地理基础

北京市基本图比例尺：1：500城区1：2000规范市区1：10000全市区域第三十四页，共258页。2．空间数据的输入数字化仪输入（产生矢量结构数据）扫描仪输入（主要产生栅格数据）3.属性数据输入及连接

第三十五页，共258页。4.图形与文本编辑功能编辑功能：查错、纠错、修正、整饰（图形合并、分割、线划整理等）对空间数据编辑对属性数据编辑第三十六页，共258页。5.数据存贮与管理功能GIS数据库特点：数据量大，管理空间与非空间数据，数据应用面广GIS数据库要求：数据集中管理，冗余小，独立性强，分布式管理第三十七页，共258页。属性数据文件服务器GIS软件包GIS软件包GIS软件包图形数据文件格式转换GIS方式第三十八页，共258页。属性数据Web服务器GIS软件包专用浏览器浏览器图形数据文件格式转换GIS方式因特网/局域网第三十九页，共258页。6.空间查询与空间分析功能(1)．空间查询：双向查询查询派生信息第四十页，共258页。(2)．空间分析：依赖于分析对象位置信息才能得出分析结果的技术叠置分析：（Overlay）亦被称为拓扑叠加，多边形叠置等缓冲区分析：（Buffer）对实体周边区域进行的空间接近度或邻近性操作拓扑空间查询：（几种关系）第四十一页，共258页。(3)地学分析数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）不规则三角网法（TriangulationIrregularNet，TIN）地形分析第四十二页，共258页。(4)数据输出与表达功能屏幕显示打印机绘图仪第四十三页，共258页。第四十四页，共258页。第四十五页，共258页。数字地球与数字水利

数字地球数字水利第四十六页，共258页。数字地球1998年1月31日,美国副总统戈尔在“数字地球:对21世纪人类星球的认识”的讲演中提出了“数字地球”的概念。由政治家而不是科学家提出的这一概念，是带有整体性和导向性的国家战略目标,是为了刺激经济发展，保持美国在高新技术领域的领先地位。它与美国以前提出的星球大战计划和信息高速公路一样，都是为美国的战略目标服务的，因此受到世界各国普遍的关注，在以美国为首的北约对南联盟狂轰滥炸之后尤为如此。47第四十七页，共258页。数字地球数字地球是指信息化的地球，是一个完整的地球信息模型。它把有关地球上每一个点的所有信息，按地球的地理坐标加以整理，然后构成一个全球的信息模型。通过它可以快速地、形象地、完整地了解地球上任何一点、任何方面的信息，从而实现“信息就在指尖上”的理想。从数字地球所包含的主要内涵来看，它是一个扩展了的、全方位的、高速的、网络化的全球综合信息系统。48第四十八页，共258页。数字地球应用遥感、数据收集系统、全球定位系统、地理信息系统、网络和多媒体技术、现代通信等科技手段；通过收集全方位、多分辨率、三维空间的、覆盖于地球表面的大量地理信息；使用基于地理数学模型的高级决策系统，对这些数据进行分析、运算、筛选、重组，以达到对全球各类综合现象的模拟和仿真；精确、定量和数字化地描述和表达人类与地球环境之间的关系；49第四十九页，共258页。BLUEGREENREDNEARIRSHORTWAVEIRMID-WAVEIRLONGWAVEIR1LandsatTMBand234576BandCombination=742(LANDSAT)ColorGuns=BandCompositeOutput=数字地球第五十页，共258页。数字地球，距离我们有多远让生活更惬意打造“高科技农民”出行更顺利巩固国防51第五十一页，共258页。让生活更惬意数字地球将容纳大量行业部门、企业和私人添加的信息，进行大量数据在空间和时间分布上的研究和分析。例如国家基础设施建设的规划、全国交通运输的规划、城市发展的规划、海岸带开发以及西部开发。52第五十二页，共258页。

基于地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、网络(IT)、数据库(DB)、虚拟现实(VR)等现代高新技术，再现全国、七大江河流域、重点河系及重点保护区三维地形、地貌场景，并在三维场景上展现防洪工程体系以及相关的场景属性信息。

能够将雨情、水情、工情等防洪抗旱减灾信息在三维地形地貌环境中进行逼真展示，为我国防洪抗旱决策支持系统、防汛会商系统、洪水风险图等提供高水平的三维空间信息平台。全国七大流域电子沙盘系统第五十三页，共258页。矿石资源分布第五十四页，共258页。让生活更惬意从贴近人们的生活看，房地产公司可以将房地产信息链接到数字地球上；旅游公司可以将酒店、旅游景点，包括它们的风景照片和录像放入这个公用的数字地球上；世界著名的博物馆和图书馆可以将其收藏品以图像、声音、文字形式放入数字地球中；商店也可以将货架上的商品制作成多媒体或虚拟产品放入数字地球中，让用户任意挑选。55第五十五页，共258页。世界数字图书馆第五十六页，共258页。让生活更惬意基于高分辨率正射影像、城市地理信息系统、建筑CAD，建立虚拟城市和数字化城市，能够实现真三维和多时相的城市漫游、查询分析和可视化。数字地球服务于城市规划、市政管理、城市环境、城市通讯与交通、公安消防、保险与银行、旅游与娱乐，可以为城市的可持续发展服务并且提高市民的生活质量服务。57第五十七页，共258页。打造“高科技农民”二十一世纪农业要走节约化的道路，实现节水农业、优质高产无污染农业。这就要依托数字地球，每隔3~5天给农民送去他们庄稼地的高分辨率卫星影像，农民在计算机网络终端上可以从影像图中获得他的农田的长势征兆；通过GIS作分析，制定出行动计划，然后在车载GPS和电子地图指引下，农田实施作业，及时地预防病虫害，把杀虫剂、化肥和水用到必须用的地方，而不致使化学残留物污染土地、粮食和种子，实现真正的绿色农业。58第五十八页，共258页。SatelliteimageandderivedsoilsmapofMotuekaRivercatchment,NewZealand第五十九页，共258页。植物水分含量叶绿素含量Chlorophyll-aConcentrationmgm-3第六十页，共258页。出行更顺利将采集到的各种道路交通及服务信息经交通管理中心集中处理后，传输到公路运输系统的各个用户(驾驶员、居民、警察局、停车场、运输公司、医院、救护排障等部门)，出行者可实时选择交通方式和交通路线；61第六十一页，共258页。汽车导航仪第六十二页，共258页。出行更顺利交通管理部门可自动进行合理的交通疏导、控制和事故处理；运输部门可随时掌握车辆的运行情况，进行合理调度。这样，可以使路网上的交通流运行处于最佳状态，改善交通拥挤和阻塞，最大限度地提高路网的通行能力，提高整个公路运输系统的机动性、安全性和生产效率。63第六十三页，共258页。巩固国防数字地球是后冷战时期“星球大战”计划的继续和发展。在美国眼里，数字地球的另一种提法是星球大战,是美国全球战略的继续和发展。显然，在现代化战争和国防建设中，数字地球具有十分重大意义。建立服务于战略、战术和战役的各种军事地理信息系统，并运用虚拟现实技术建立数字化战场，这是数字地球在国防建设中的应用。

64第六十四页，共258页。巩固国防这其中包括了地形地貌侦察、军事目标跟踪监视、飞行器定位、导航、武器制导、打击效果侦察、战场仿真、作战指挥等等方面，对空间信息的采集、处理、更新提出了极高的要求。65第六十五页，共258页。巩固国防在战争开始之前，需要建立战区及其周围地区的军事地理信息系统；战时利用GPS、RS和GIS进行战场侦察、信息的更新、军事指挥与调度以及武器精确制导；战时与战后需要进行军事打击效果评估。66第六十六页，共258页。数字地球的基础设施及其支撑技术数字地球的最主要的基础设施建设是信息高速公路(即NII)和国家空间数据基础设施(NSDI)。有专家提出：“开放的全球网络和大容量的分布式存储技术是数字地球的基础”。67第六十七页，共258页。构筑数字地球的主要支撑技术有：计算机及网络通信技术卫星遥感(RS)技术全球定位系统(GPS)地理信息系统(GIS)虚拟现实(VR)技术海量数据的存储处理技术卫星图像智能处理大型数据库68第六十八页，共258页。关键技术全球高速网络与分布式大规模存储只有通过高速网络才能实现全球信息共享。现在的国际广域网--Internet的带宽无法满足数字地球的需求例如，多媒体实时图像传输、视频点播的广泛应用均要求有较高的网络带宽；美国白宫的NGI计划(NextGenerationInternetInitiative)的关键目标之一就是把Internet网络的传输速率比现在提高100和1000倍，达到100Mbps和1Gbps。网络宽带化、业务综合化是信息化社会通讯网络的发展方向，也是实现数字地球构想的必不可少的途径。69第六十九页，共258页。分布式大规模存储数字地球是由分布式大型数据库构成的，存储10.15比特信息和每天新产生的大量数据，需要具有相应的高密度高速率大规模(海量)空间数据存储、压缩、处理技术，对信息提取和分析技术的智能化程度也有更高要求，这些都是对现有计算机软硬件设计、技术的有力挑战。数据库建设是构筑"数字地球"的基础，数据的采集、处理、使用都要强调规范化、要有统一的数据交换标准，才能真正实现信息共享。70第七十页，共258页。高分辨率卫星影像数字地球的主要信息源来自对地观测，当前，全球已经具备制造和发射卫星能力的各国在高分辨率遥感卫星的研制与发射方面竞争激烈。现在民用卫星对地观测的最高分辨率可达到1m，可以满足包括1∶1万以上比例尺的测图、农业、资源、环境、交通等多方面的应用，是构成数字地球的最基本的空间数据。高分辨率卫星影像还可以作为其它非空间数据的载体和框架，用于实现数字地球的空间定位。在这方面，我国目前与美国、欧洲诸国存在着较大差距。71第七十一页，共258页。IKONOS4mLandsat30mDOQ0.5m©SpaceImagingSpatialResolution

空间分辨率第七十二页，共258页。虚拟现实技术虚拟现实(VirtualReality|VR)是近年来出现的高新技术，它综合集成了计算机图形学、人机交互技术、传感与测量技术、仿真、人工智能、微电子等科学技术。虚拟现实技术被认为是数字地球概念提出的依据和关键技术。73第七十三页，共258页。虚拟现实技术虚拟现实技术通过系统生成虚拟环境，用户通过计算机进入虚拟的三维环境，可以运用视觉、听觉、嗅觉、触觉感官与人体的自然技能感受逼真的虚拟环境，身临其境地与虚拟世界进行交互作用，乃至操纵虚拟环境中的对象，完成用户需要的各种虚拟过程。虚拟现实技术主要应用于工程设计、数据可视化、飞行模拟、模拟实验、多媒体远程教育、远程医疗、旅游娱乐等方面。74第七十四页，共258页。元数据元数据(Metadata)是“关于数据的数据”或“关于信息的信息”，被比喻为数字地球的引擎。通过元数据可以对数字地球中所关心的内容进行查询和浏览。元数据在地理空间信息中用于描述地理数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理公式以及数据集的其它特征，是实现地理空间数据共享的核心标准之一。75第七十五页，共258页。数字水利随着“数字地球”这一概念的提出，“数字水利”也应运而生。“数字水利”是一个以空间信息为基础，融合各种水文模型和水利业务的专业化系统平台，是对真实水文水利过程的数字化重现，它把水活动的自然演变搬进了实验室和计算机，成为真实水利的虚拟对照体。“数字水利”是由各种信息的数据采集、传输、存储、模拟和决策等子系统构成的庞大系统。可以根据不同需要，对不同时间的数据进行检索、分析，透视水文环境要素的变化规律，实现数字仿真预演。76第七十六页，共258页。数字水利

水利政务、防汛减灾、水资源监控调度、水环境综合治理、大型工程的设计和施工、大中型灌区的综合管理等都迫切需要采用计算机技术、通讯网络技术、微电子技术、计算机辅助设计技术、3S技术等一系列高新技术进行技术改造，我们把利用以信息技术为核心的一系列高新技术对水利行业进行全面技术升级和改造这一过程形象地称为数字水利。77第七十七页，共258页。

基于地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、网络(IT)、数据库(DB)、虚拟现实(VR)等现代高新技术，再现全国、七大江河流域、重点河系及重点保护区三维地形、地貌场景，并在三维场景上展现防洪工程体系以及相关的场景属性信息。

能够将雨情、水情、工情等防洪抗旱减灾信息在三维地形地貌环境中进行逼真展示，为我国防洪抗旱决策支持系统、防汛会商系统、洪水风险图等提供高水平的三维空间信息平台。全国七大流域电子沙盘系统第七十八页，共258页。数字水利“数字水利”的应用不仅仅局限在防洪抗旱，它还能够为流域内水量调度、水土流失监测、水质评价等提供决策支持服务；能够为水利工程运行、水利电子政务和水利勘测规划设计等提供信息服务；能够为人口、资源、生态环境和社会经济的可持续发展提供决策支持；能够为人居环境、社区规划、社会生活等方面提供全面的信息服务，提高人们的生活质量。79第七十九页，共258页。数字水利水利行业自80年代初开始应用遥感(RS)技术，即通过对地观测获取信息。对GIS的使用则始于80年代后期，在经历了认识了解和初步应用这两个阶段后，现已步入深入应用的阶段，且很快就与生产实际紧密地结合起来。全球定位系统(GPS)在水利行业的应用始于90年代初，但发展非常迅速，在地面及水下地形测绘中使用已很普遍。80第八十页，共258页。3S技术的应用1.灾情评估洪涝灾害淹没耕地及居民地面积、受灾人口和受淹房屋间数;旱情;大面积水体污染和赤潮的影响范围;大面积泥石流、滑坡等山地灾害的影响范围.81第八十一页，共258页。

淮河、荆江、长江洪水预报、预警与调控系统第八十二页，共258页。

黄河下游防洪工程体系图第八十三页，共258页。

第八十四页，共258页。2.水资源水环境调查应用遥感资料进行下垫面属性分类,计算其分类面积,选取经验参数及入渗系数.根据多年平均降水量,计算出多年平均地表径流深、入渗补给量.两者之和扣去重复计算的基流量即为多年平均水量,对国内某些流域进行估算的相对误差小于7%,尤其适用于无水文资料地区.此外,根据遥感资料提供的积雪分布(三维)、积雪量、雪面湿度,用融雪径流流域模型估算融雪水资源和流域出流过程的相对误差在10%左右.85第八十五页，共258页。3.土地资源调查包括:监测水蚀、风蚀等多种类型的土壤侵蚀区的侵蚀面积、数量和强度发展的动态变化;盐碱地、沼泽地、风沙地、山地侵蚀地等劣质土退化地的面积调查与动态监测;土地利用现状调查、耕地面积和滩涂面积调查.86第八十六页，共258页。遥感可见光波段反映出的植被变化情况从1989至1991摩洛哥莫拉森林变化情况第八十七页，共258页。4.工程规划与管理大型水库淹没区实物量估算,库区移民安置环境容量调查,灌溉区实际灌溉面积和有效灌溉面积的调查,水库淤积测量.88第八十八页，共258页。5.防洪减灾及业务运行星载和机载侧视合成孔径雷达(ＳＡＲ)实时监测特大洪水造成的灾情,将信息迅速传送到指挥决策机构;对易发洪灾区和重点防洪地区建立防洪信息系统;旱灾的实时监测;在全球气候变暖、海平面上升以及地下水超采造成地面沉降等情况下,对可能造成的海水入侵的范围作出预估和进行对策研究.89第八十九页，共258页。6.水资源开发利用研究利用遥感资料和GIS建立与大气模型耦合的大尺度水文模型,计算出在全球未来气候变化情况下区域水资源的增减;采用细分光谱卫星资料、主动式微波传感器与地球物理、地球化学等多种信息源相结合,以信息系统为支持,分析研究地下储水结构.90第九十页，共258页。7.大型水利水电工程及跨流域调水工程对生态环境影响的监测与综合评价大型水利水电枢纽工程地质条件的遥感调查、技术经济评价及动态监测,流域综合规划;灌区规划;水库上游水土流失调查及对水库淤积的趋势预测,河口泥沙监测和综合治理;河道演变监测;河道、水库、湖泊等水体水质污染遥感动态监测;流域治理效益调查;海岸带综合治理;对施工过程中的坝址进行1∶2000的大比例尺遥感制图,包括坝肩多光谱近景摄影,以研究坝肩裂隙和节理的分布变化情况.91第九十一页，共258页。“3S”技术在防洪减灾中的应用92第九十二页，共258页。一、防洪减灾1991年淮河和太湖的大洪水，受灾面积246000km2，损失800亿元1994年珠江、湘江、赣江、辽河洪水，损失1636亿元1998年长江、松花江、嫩江洪水，损失2700亿元93第九十三页，共258页。治理的手段疏防拦排退94第九十四页，共258页。非工程措施建立防汛指挥系统，包括雨、水、工、灾情的采集、传输、处理和决策支持这几个子系统。目前全国已有2万多个水文站。在黄河的三门峡至花园口区间，长江荆江河段、淮河等20余处以及150多座水库已建了水文自动测报系统，遥测点有170多个，分别采用超短波、微波、卫星通信和计算机网络等手段传输信息。95第九十五页，共258页。可供水利部门使用的微波通信干线已达15000km，微波站有500个。在灾情方面也充分发挥了遥感、GIS、GPS等高新技术进行监测与评估。利用洪水预报预警系统进行洪峰流量、洪峰水位、洪量、历时、洪水到达时间等洪水特征的预报。96第九十六页，共258页。在此基础上，对各种调度预案，利用基于GIS的数据库进行洪水演进和灾情评估，为决策提供依据。在决策后又基于GIS作出抢险物资及居民避险迁安最佳输运路线的方案。在灾情发生后，利用遥感进行动态监测、后续降雨及水情的预报、救灾物质输运路线的确定等等，也都是系统能发挥的作用。97第九十七页，共258页。二、雨情监测常规监测遥感监测雷达监测卫星监测

日本热带测雨量卫星南北纬35°之间效果不错

美国日本，GPM计划（全球降雨监测）计划，12颗卫星，每3个小时98第九十八页，共258页。三、洪涝灾害灾情监测及评估（一）洪涝灾害灾情监测

1991年以后，许多专家认识到了图像实时传输对把损失减到最小的重要性，建议建立机载遥感监测灾害的实时传输系统。通过5年的努力，建成了这一系统并应用。在“九五”期间，通过科技攻关，该系统传输图像的空间分辨率从6m提高到了3m并实现了图像数据和数据的复合传输，在洪涝灾害监测中发挥了重大作用。99第九十九页，共258页。洪水的遥感监测在五级平台上进行：气象卫星、星载SAR、机载SAR、中分辨率的MODIS卫星直升机。地面的水文、水位站的水情信息予以配合。国家卫星气象中心负责气象卫星的宏观和动态监测，它在北京、广州和乌鲁木齐设立了三个接收站。数字图像通过通信卫星传往北京，在校正后镶嵌成覆盖全国的图像。汛期在天气状况允许条件下每天监测一次，资料接收后2h提供水灾区域监测图和灾情粗评估报告。100第一百页，共258页。（二）洪涝灾害灾情评估从灾害发生时的遥感影像提取的现势水体与基础背景数据库中的本底水体叠加就可以进行洪涝灾害评估。主要内容是以县为单位的受淹面积、受淹耕地和居民地面积及其空间分布，有统计表也有专题图。工情调查则包括有水库、堤岸、闸、行洪区、桥梁、铁路、公路、港口、机场、油田等。灾情评估主要基于以下数据源：洪水频发地区的地理信息系统；由汛前或汛后的图像得出的土地利用分类图、地形图（用于找图像几何校正所需的控制点以及提取行政境界线）和其他专题图。101第一百零一页，共258页。灾前评估根据预报的水位、流量、洪量以及调度预案，通过已有的洪水风险图或水力学、水文学模拟，确定受淹范围，再通过包括社会经济信息的基础背景数据库或洪灾风险图（带有社会经济属性的洪水风险图），对可能受灾地区耕地、房屋、人口、工农业产值、私人财产等进行快速评估，为调度方案决策提供依据。为决策提供的依据有以下几个方面。从可能的经济损失这个角度为决策提供判据。从可能的受灾人口这个涉及社会因素的角度为决策提供判据。从迁安能力（人口数量、时间、车辆调动等）的角度为决策提供判据。从可能受淹的重要工业基地、交通动脉、军事要地等重点保护对象的角度为决策提供判据。102第一百零二页，共258页。灾中评估在灾害发生过程中，依靠遥感实时监测图像，或根据水位、洪量等情况依据专家经验确定受淹范围。在用遥感作实时监测时，还能分出洪、涝、渍的范围。然后，通过包括社会经济信息的基础背景数据库或洪灾风险图对已受淹地区耕地、房屋、人口、工农业、产值、私人财产等进行快速评估。这一评估最好是动态的，甚至还带有预测性的。后者则需根据预测的雨情、水情和工情加以判断与估计。灾中评估要为决策提供的依据有以下几个方面：确定灾情规模及发展趋势。为救灾提供依据。为后继洪水调度提供依据。例如在运用蓄滞洪区时，可根据第一个蓄滞洪区已受灾的情况，确定继续用第一个，还是用第二个，或者同时用第一个和第二个等几种方案中最为有利的一个。根据灾情对避险迁安的人口的安置在方式、时间长短等方面提供依据。为灾后重建的方式、资金、物资等提前作好准备。103第一百零三页，共258页。灾后评估根据目前的运行方式，灾情都是在灾后通过各级政府的主管部门逐级上报的，这种方式由于种种原因，往往其客观性不足。但从国情出发，较长时期内还有必要考虑这种方式。灾情评估系统的任务:一是要对上报灾情作迅速的统计和分析；二是要对上报灾情的可靠性提出评价意见，为上级决策部门服务。104第一百零四页，共258页。“3S”技术在水资源与生态环境管理中的应用105第一百零五页，共258页。一、遥感技术在水资源与生态环境评价中的应用区域水资源与生态环境状况调查是水资源与生态环境评价的基础工作。过去传统的调查手段是依靠水文站网、气象站网及生态环境监测点的数据采集进行的，这种办法往往受到站网布设格局的限制，站网设置多了，则需要大量的人力物理的投人；站网布设过于稀疏，又影响数据的代表性和精度；另外在一些人迹罕至或人迹难至的地方，数据的观测几乎不可能。尤其是在我国西北地区，由于受到自然环境状况的限制，传统的调查手段有相当大的难度和复杂性，必须综合采用多种技术手段106第一百零六页，共258页。遥感技术的应用，可以迅速获得广大地区全面、客观、准确的第一手资料，这是以往传统手段所无法比拟的。利用遥感技术进行水资源与生态环境状况调查可以克服传统手段高投人、长周期、低效率的缺点，快速准确地进行区域水资源与生态环境状况调查，提供快捷、全面、准确、宏观的生态环境本底资料，为水资源与生态环境评价提供科学的数据，对水资源可持续开发发利用具有重要意义。107第一百零七页，共258页。1.土地利用状况分析土地利用状况分析首先要对包括诸如植被类型、覆盖度及土地利用类型进行遥感调查，获取遥感影像，根据科学和标准的分类原则分别建立遥感解译标志，通过相应的遥感解译方法，获取各类遥感解译结果，这些结果包括植被类型遥感调查图及面积统计表、植被覆盖度遥感调查图及面积统计表、土地利用类型遥感调查图及面积统计表。土地利用状况分析是进行基于遥感技术的水资源与生态环境评价的本底状况调查，也是进行评价工作的基础性成果。108第一百零八页，共258页。2.生态环境变迁分析生态环境变迁分析是在土地利用状况分析的基础上进一步开展工作，其基础是利用土地利用状况的动态监测成果，通过GIS分析模块对各个代表性时段所得到土地利用状况遥感影像及其解译结果采用空间叠加等手段进行定性和定量的对比分析，从中寻找生态环境变迁的规律。109第一百零九页，共258页。3.生态耗水（需水）分析技术生态耗水（需水）分析也是利用遥感得到的土地利用状况成果，然后利用GIS技术进行生态分区，在空间上反映出生态耗水（需水）的分异规律，并建立生态分区与水资源分区的空间对应关系，采用叠加分析方法确定流域各级生态分区的面积，最后根据流域降水平衡和水资源平衡分析方法计算生态耗水（需水）。110第一百一十页，共258页。（三）根据遥感资料推求作物需水量地表物理特征遥感辐射腾发量遥感模型腾发速率作物需水量

反射率地表温度植被指数叶面积指数

第一百一十一页，共258页。EvapotranspirationusingSEBALalgorithm:August1999OverlaidonAVHRRimageat1.1kmresolution第一百一十二页，共258页。二、GIS技术在水资源与生态环境评价中的应用自然生态状况分析采用GIS技术并结合遥感图像，能够比较准确地描绘区域沙漠化面积、森林砍伐面积、植被面积、水面面积、河流状况以及土地利用分类等自然生态状况。流域水质污染状况分析与评价根据某条河流上监测端面的监测数据，评价整条河流的水质状况以及排放到该条河流工业污染源贡献率，为决策人员及时提供信息。社会经济状况与水资源状况的综合分析根据区域的社会经济状况与水资源状况结合，为用户提供直观、形象的水资源区域社会经济状况分析成果。113第一百一十三页，共258页。基于遥感与GIS技术的生态需水计算基于遥感和GIS技术的水资源与生态环境评价管理信息系统区域水资源实时监控系统114第一百一十四页，共258页。旱情监测115第一百一十五页，共258页。一、基本概念（一）一般干旱概念干旱现象从水资源角度来看，是供水不能满足正常需水的一种不平衡的缺水情势，这种负的不平衡超过一定的界值后，对城乡生活和工农（牧）业生产产生了不利影响，这样的过程称之为干旱灾害，因此，干旱是相对于需求而言。116第一百一十六页，共258页。（二）影响干旱的主要因素在水供需关系中包含了供和需两个方面：一方面天然降水、蒸发、汇流、循环等供方因素；另一方面是工农业生产、人民生活对水的需求，具体反映在不同的工业结构和生产水平、土地利用方式、城镇化建设进程、人口增长情况以及经济发展水平所具备对水资源的调控能力等人类社会经济活动因子。区域干旱事件的发生，它的历史演变和今后的发展趋势，是自然因子和人类活动因子共同作用的结果。117第一百一十七页，共258页。（三）旱情和旱灾定义旱情和旱灾是描述农业干旱及其灾害的两个基本概念。旱情是指在作物生育期内，耕作层土壤水分得不到降水、地下水和灌溉水的适量补给，土壤供水不断消耗，农作物从土壤中吸收到的水分不能满足正常生理需要，作物受水分条件限制生长受到抑制的情势。旱灾是指作物在生育期内由于受旱，造成较大面积减产或绝产的灾害。118第一百一十八页，共258页。二、常规干旱指标（一）气象干旱指标采用气象上的指标对生长某一阶段的降水、蒸发情况给予描述，如：降水距平、无雨日数和降水与蒸发的比值等。反映了该时段作物或植物的气象环境。（二）水文干旱指标采用河川径流、地下水低于一定供水值的历时和亏缺量等水文特征值给予描述。119第一百一十九页，共258页。（三）农业干旱指标由于不同受旱对象在不同生长阶段的耐旱特性相差极为悬殊，仅仅描述旱情对受旱作物或植物的影响状况固然重要，但为了更好地定量予以描述，在农业上通常用墒情特征描述干旱，将当前土壤实际含水率与作物生长适宜含水率进行比较。（四）经济干旱指标水资源供需不平衡对人类社会经济活动产生的影响等特征指标，如：农牧业、工业减产量，缺水导致的直接或间接经济损失等。120第一百二十页，共258页。三、旱情的遥感监测原理1.旱情的热惯量监测方法从农业干旱的角度出发，如果能较准确地测定土壤的含水情况，就可以较好地将其与湿润、含水量高的土壤，白天受到太阳照射后，由于其热容量大，作物的缺水状况对应升温相对较慢、温度升幅较小；晚上散热也较慢、温度降幅较小，湿润土壤的这种热特性通常被称之为热惯量大。相对与干燥、含水量低的土壤，其昼夜温度升降幅度大，被称之为热惯量小。利用土壤含水量不同所具有的热特性差异，人们提出了监测昼夜土壤的温差，反求土壤含水量的方法。121第一百二十一页，共258页。第一百二十二页，共258页。2.用遥感的假设目前的遥感卫星具有在可见光、近红外、中红外和热红外波段对地面实施探测的能力，这些数据可以用于地表反照率和辐射温度的探测。这样运用是基于以下几条前提假设：土壤是裸露的或者表层植被很少土壤质地的差异，即土壤的物质组成不同、内在和表层结构形态不同会影响到土壤的辐射发射率温度信息，在经过大气的传输过程中明显受到大气状况的影响123第一百二十三页，共258页。3.旱情的微波遥感监测方法微波具有不受季节、昼夜和日照条件的影响，穿透云雾大气的全天时、全天候物理特性。随着机载和星载微波传感器探测数据源的日益丰富，有研究人员开始尝试运用主动和被动微波遥感数据对土壤的水分条件进行监测的实验。其物理学依据是：干土和湿土由于含水量的不同，其电导率、介电常数具有明显的差异，主动式微波遥感得到回波信号、被动式微波遥感得到的散射信号的强弱反映的是目标的后向散射系数，该系数与电导率直接关联。微波遥感据此间接推导土壤的水分状况及分析旱情。124第一百二十四页，共258页。125第一百二十五页，共258页。水环境监测、评价与管理126第一百二十六页，共258页。一、水质指标在最新的《地表水环境质量标准》中，将标准项目分为：地表水环境质量标准基本项目、集中式生活饮用水地表水源地补充项目和集中式生活饮用水地表水源地特定项目。127第一百二十七页，共258页。根据水域的不同使用功能，水质的每项指标的标准不同。对应地表水五类水域功能，将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类，不同功能类别分别执行相应类别的标准值。依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类；128第一百二十八页，共258页。I类主要适用于源头水、国家自然保护区；II类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；III类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；V类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。129第一百二十九页，共258页。130第一百三十页，共258页。131第一百三十一页，共258页。二、水质监测水质监测工作的内容主要包括数据采集、数据分析与传输。水体沉降物的采样点布设、采样方法、样品保存与预处理、监测项目与分析方法；132第一百三十二页，共258页。生物监测的采样垂线（点）布设、采样频次、采样时间、样品采样与保存方法；水污染监测与调查方面，有关入河排污口监测与调查、污染源调查、水污染事故调查、水污染动态监测任务、方式与要求；实验室质量控制中的一般规定、实验室内质量控制基础工作、实验室内质量控制基础实验、分析质量控制方法与要求、实验室间质量控制；数据处理、数据记录与处理与资料整、汇编。133第一百三十三页，共258页。传统的水质监测工作是从河流、湖泊、水库等水体的一定断面或垂线上，定点、定期采集瞬时样品（或累积样品）后，将样品送往水质分析实验室进行分析测定。由于水体的污染状况受到污染源、气象、季节、水文条件等影响，上述的水质监测方法，既不能反映水体水质连续变化状况，也不能及时发现因偶然事故而引起的水质急剧变化，带有很大程度的随机性和偶然性。134第一百三十四页，共258页。逐步发展了水质自动监测装置，并在实践中建立了相应的水质自动监测站。水质自动监测站可在无人值班的情况下，按规定的时间间隔，自动完成从样品采集、整理分析、数据处理、结果打印等一系列过程，大大提高了水质监测工作的科学化和现代化。135第一百三十五页，共258页。遥感技术已广泛应用于各类水体污染监测。用激光荧光雷达监测水体中叶绿素，可用来确定水中藻类类型及其生长密度，掌握水体富营养化程度；利用红外遥感可测量水体表面水温，可用于绘制大面积水体等温线；从红外扫描图像，还可确定进入水体的污水扩散特征及扩散范围；紫外摄影，可用于地表水体油污染的监测；由于水体中悬浮物对紫外光的特征吸收，还可用于测量水体中泥沙的含量。136第一百三十六页，共258页。137第一百三十七页，共258页。138第一百三十八页，共258页。“3S”技术在水土保持中的应用139第一百三十九页，共258页。一、概述水土流失一般是指在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀及水的损失，亦称水土损失。土地表层侵蚀指在水力、风力、冻融、重力以及其他外营力作用下，土壤、土壤母质及岩屑、松软岩层被破坏、剥蚀、转运和沉积的全部过程。在国外水土流失更多的被称为土壤侵蚀。140第一百四十页，共258页。二、GIS支持下的土壤侵蚀的遥感调查方法随着现代遥感技术的发展及其在水土保持领域的应用，定量或定性与定量结合的侵蚀评价在区域监测中得以实现，地理信息系统技术又为较大范围的空间分析提供了快速、准确的技术手段，使得人们可以利用矢量和栅格两种类型的空间数据分析侵蚀因子的属性、数量值及其空间分布，进而评价侵蚀的类型、程度以及不同类型、不同程度侵蚀的分布规律。这就在技术、方法乃至理论上发展了区域土壤侵蚀监测的研究。对于土壤侵蚀遥感调查来说，主要涉及三个方面的问题：土壤侵蚀的分类分级、土壤侵蚀主要影响因子的提取、土壤侵蚀量估算模型（或侵蚀强度判别模型）。141第一百四十一页，共258页。1.土壤侵蚀遥感监测分类分级系统首先，按照起主导作用的侵蚀外营力类型和性质，将全国侵蚀类型分为水蚀、风蚀、水力、风力复合侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和工程侵蚀等6种一级类型。142第一百四十二页，共258页。其次，根据侵蚀形态原则，以地质、地貌、主要地面组成物质和水热条件的组合大致相似为依据，在侵蚀成因类型基础上进行二级类型分区。将全国水蚀区，分为西北黄土高原区、东北黑土区、北方土石山区、南方红壤丘陵区和西南土石山区等5个不同的侵蚀形态区；将风蚀区，分为戈壁沙漠及沙地区、沿河环湖滨海平原风沙区等2个不同的形态区；将水力、风力复合侵蚀区，分为北方沙漠周边区、中部河道沿岸区和南方滨海滨湖区等3个不同的形态区（其中，在北方沙漠周边区，又可以细分为东部平原区、中部黄土高原区、西部山前洪积扇区）；将冻融侵蚀区，分为北方冻融侵蚀区和青藏高原冰川区等2个不同的侵蚀形态区。143第一百四十三页，共258页。再次，在土壤侵蚀成因与形态分类的基础上，进行土壤侵蚀强度的划分。144第一百四十四页，共258页。2.土壤侵蚀影响因子指标体系土壤侵蚀过程极其复杂，受多种自然和人为因素的综合影响。自然因子包括气候、植被（土地覆盖）、地形、地质、土壤等，人为因素包括土地利用（如耕地、放牧等）、开矿、修路等在目前土壤侵蚀机理研究尚不够全面、深入的情况下，不可能建立一个完整的土壤侵蚀影响因子指标体系。不同的土壤侵蚀类型影响因子也不同，对于水蚀来说，参考通用土壤侵蚀方程各因子指标，并考虑RS技术与常规方法相结合方法能否获取以及是否方便在GIS中存取、表达和计算，一般选择了降水、地形（坡度）、沟谷密度、植被覆盖度、成土母质及侵蚀防治措施6个因子作为土壤侵蚀量估算的因子指标。145第一百四十五页，共258页。3.土壤侵蚀量估算根据各因子影响度的分析，利用Arc/Info系统的地图代数功能，将各因子图进行叠加分析，得到综合因子得分图。146第一百四十六页，共258页。利用遥感和地理信息系统技术进行水土保持研究

－－以泸定县冷碛镇为例土壤侵蚀是我国面临的非常严重的环境问题，它不仅是土地退化、土地生产力降低的诱因，而且淤积泥沙、加剧洪涝灾害、恶化生态、加剧贫困、影响经济社会发展。以四川省泸定县冷碛镇为研究区，采用冷碛镇2005年7月ETM遥感影像图和大比例尺地形图为数据源，在遥感技术（RS）和地理信息系统技术（GIS）的支持下，进行了土地利用分类，得到冷碛镇土地利用分类图；应用修正通用土壤流失方程（RUSLE），探讨了RUSLE模型各因子的计算和取值，获取冷碛镇土壤侵蚀状况，依据国家标准对土壤侵蚀进行分区，土壤侵蚀分区图等专题图，最后为该地区土壤侵蚀防治措施提出合理建议。研究结果表明：冷碛镇土壤侵蚀强度分为六级，微度侵蚀，占总面积的25.94%；轻度侵蚀，占总面积的45.65%；中度侵蚀，占总面积的11.72%；强度侵蚀，占总面积的5.73%；极强烈侵蚀，占总面积的3.81%；剧烈侵蚀，7.15%。冷碛镇的土壤侵蚀与地形和土地利用类型关系密切，侵蚀强度大的区域多为植被破坏严重地区，如未利用土地和部分耕地，本研究为当地土地利用决策提供了依据。第一百四十七页，共258页。研究意义我国人口众多，资源相对短缺，生态环境承载能力相对较弱。随着我国现代化进程的加快，人口、资源、生态环境之间的矛盾日益突出。资源相对短缺与生态环境问题已成为阻碍我国当前经济增长、危及社会生态可持续发展的主要因素。水土流失在我国分布面积广、危害重、治理难，它不仅造成土壤荒漠化、土地沙化、生物多样性减少，还会引起河道淤塞、洪水泛滥、威胁人民的生命财产安全。水土流失与现在许多生态环境问题都有关系，水土流失及其次生问题已成为我国面临的一个严重问题。第一百四十八页，共258页。研究意义水土流失广义地讲，是指在水力、重力、风力等外营力以及人类活动作用下，水土资源和土地生产力遭受的破坏和损失。它是自然因素和人为因素综合作用的结果，后者是主要的。换个角度讲，水土流失即是土壤侵蚀----在人为因素和自然因素的共同作用下土壤母质及其他地面组成物质被破坏、剥蚀、转运和沉积的全部过程。据估算，由于自然因素引起的土壤侵蚀每年进入海洋的物质约为93亿吨，而人类活动进一步加剧了土壤侵蚀，现在每年进入海洋的物质约为240亿吨，为天然土壤侵蚀总量的2.6倍。我国幅员辽阔，人口众多，人类活动强度大，水土干扰强烈，是土壤侵蚀最为严重的国家之一。第一百四十九页，共258页。研究意义我国水土保持工作历史悠久，有许多成功水保工作的实例，水土流失防治积累了大量经验，水土保持科研工作也随着水保工作实践不断发展深入，在学科交叉、新方法新技术等方面取得了显著的成果，大大加快了水保事业的发展。通用土壤流失方程/模型结合RS和GIS在水土流失中的应用是其中典型，通用土壤流失方程/模型推动水保研究由定性向定量发展，以通用土壤流失模型为基础获得了多方面的研究成果。第一百五十页，共258页。研究意义近年来，土壤侵蚀与遥感技术、地理信息系统技术的结合成为水保研究的热点。借助遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）等技术手段，可以快速高效、大范围、大量获取水土利用信息，极大地提高了水保前期工作效率，一方面推动了水保监测预报和水土流失量的定量研究，另一方面促使通用土壤流失模型向大尺度、大范围应用发展。另外，运用遥感技术的土壤侵蚀预测预报，将水土资源利用、生态环境保护以及区域经济发展联系起来，建立水土流失经济评价，结合评价结果为区域生态安全、经济发展提供决策依据。第一百五十一页，共258页。研究现状--国内研究现状

国内遥感技术在水保领域的应用始于上世纪70年代，多个教学研究、工程单位开展了水土保持空间遥感应用试验，并以多层次的遥感资料为信息源对不同尺度的水土流失区域和小流域进行遥感调查与监测。1985－1990年，水利部利用陆地卫星多用扫描仪（MSS）卫星图片对全国的水蚀、风蚀、冻融侵蚀开展了全国第一次土壤侵蚀遥感调查，编制了全国分省1:50万及1:200万水土流失现状图。在重点水土流失区，航空遥感和航空遥感技术在水土保持监测工作中的应用也渐渐深入。1999年开始的第二次全国水土流失调查中，遥感技术扮演了极为重要的角色。第一百五十二页，共258页。研究现状--国内研究现状

许多学者在土壤侵蚀量定量预报方面进行了大量研究，在涉及土壤侵蚀的遥感定量监测中，多与（修正）通用土壤流失方程相结合。蔡崇法等在GIS系统IDRISI支持下，应用RUSLE模型模拟了湖北省秭归县王家桥小流域的土壤侵蚀量。许月卿等运用遥感图像和RUSLE对贵州省猫跳河流域进行了土壤流失量的定量研究，这是我国第一次对喀斯特地区土壤流失量的定量研究[5]。这些研究推动了我国土壤侵蚀在流域/区域尺度方面的发展。第一百五十三页，共258页。国外研究现状

国外遥感技术和地理信息系统技术应用于土壤侵蚀研究开始较早，研究状况基本是与图像信息获取方式的发展同步的。1927年美国就利用航拍图片进行了全国土壤侵蚀普查。之后，随着航天技术的发展，遥感图像获取方式渐渐多元，研究取得较快发展，1977年，美国农业部对全国土壤的利用、侵蚀状况进行了全面调查，获得了20万个样品的数据资料。1992年和1997年，为对土壤侵蚀状况进行动态监测，将调查单元扩展到30万个，通过地面定位监测和大比例尺评价与统计汇总的方式得到全美国土壤侵蚀数据，并定期向全国发布结果供社会无偿使用。美国在土壤侵蚀模型建设方面也取得了许多成果，1959年提出通用土壤流失方程（USLE），1985年以后，又提出修正通用土壤流失方程以推广通用方程的应用。为进一步克服USLE的不足与限制，1986年美国农业部开始开发新的土壤侵蚀模型——水蚀预报项目（WEPP），1995年提出成果WEPP95。第一百五十四页，共258页。加拿大的Mellerowiez等开始流域范围内的土壤流失研究，其研究团体选择纽省西北部的黑溪小流域作为研究区，在GIS技术支持下，采用USLE对该区进行水土流失调查。Tucker和Townshend则尝试了更大尺度范围的研究，应用多时相NOAA系列卫星的探测仪器AVHRR植被指数(NDVI)分别对非洲和南美洲土地覆盖进行了研究。欧洲黄土带区，在欧洲土壤局的支持下，研究组织以URSLE模型为评价工具，利用全欧较高分辨率影像和较小比例尺地形数据，以及土壤、降雨气象资料，在GIS系统支持下完成了欧盟境内细沟侵蚀和细沟间侵蚀的评价制图工作，并提出了欧洲土壤侵蚀模型。澳大利亚与欧洲情况相似，完成了澳洲大陆片蚀和细沟侵蚀的调查工作。国外研究现状

第一百五十五页，共258页。目前，国外已将遥感、GIS技术广泛应用于水土流失普查、动态监测与评价预报，在RS、GIS的支持下，利用较小的比例尺，以坡面评价预报模型为基础，完成对较大区域土壤侵蚀的预报。随着GIS和RS技术的运用和发展，各种土壤侵蚀模型逐步迈向实际应用阶段。RS可以迅速获得大量地面数据，GIS可以有效处理遥感信息，而且可将模型的计算结果用图形的形式输出，更直观、形象地表示出计算结果和描述土壤侵蚀空间分布的差异性。实现土壤侵蚀模型与GIS、RS和GIS（3S）的完美结合是国际发展的一种趋势国外研究现状

第一百五十六页，共258页。研究区概况

1、自然环境概况冷碛镇位于四川省甘孜藏族自治州泸定县县城以南19公里，大渡河东岸，东部与天全县相接，南邻兴隆镇，西接田坝乡，北连泸桥镇，地处二郎山西麓，界于邛崃山脉与大雪山脉之间。位于北纬29°27′－30°05′、东经101°49′－102°21′之间，全镇面积72.8km2（不包括争议区域），海拔高度1200m－3500m。泸定县地处四川盆地到青藏高原过渡带上，受东南、西南季风和青藏高原冷空气双重影响，气候垂直差异明显，大渡河谷及其支流河谷，海拔1800m以下地区属热带季风气候，为有名的干热河谷区。第一百五十七页，共258页。研究区概况

第一百五十八页，共258页。研究区概况（1）地质地貌冷碛镇地处青藏高原向四川盆地过渡地带，属川西高山高原深陷峡谷区。境内海拔高度在1200m－3500m之间，山高坡陡，地势起伏大，西低东高，新构造运动强烈，典型的的高山峡谷地貌。冷碛镇处于青藏高原地震区的鲜水河地震带、安宁河地震带及龙门山地震带交汇部位，境内有多条断裂构造，历史上曾发生多次地震。特殊的地质构造形成了多样化的地貌类型，境内汇集了平坝、台地、山谷、高山平原等多种地貌。境内分布有黑沟泥石流，总体呈月牙状，近东西向展布。2006年发生了近60来最大的一次泥石流，在盘沟村流入潘沟，潘沟为典型的沟谷型泥石流，数十年来，每年皆有大小不等的泥石流发生，为高频泥石流沟谷。第一百五十九页，共258页。（2）气候水文冷碛镇气候冬无严寒，夏无酷暑，冬季干燥温暖，夏季温凉湿润，属高原气候，干湿季节明显。据泸定县气象站（其中台站拔海高度：1321.2m）资料统计，多年平均气温15.4℃，极端最高气温36.4℃(1961年6月18日)，极端最低气温-5.0℃(1967年1月6日)，无霜期280天。多年平均年蒸发量1526.9mm(20cm蒸发皿)，多年平均相对湿度66%，多年平均年降水量642.9mm，历年最大日降水量72.3mm。研究区概况第一百六十页，共258页。（3）土壤冷碛镇土壤类型受境内海拔影响较大，垂直分布特点明显，从整体上看基本呈以下分布：海拔1200（或1300）-1700（1800）m为山地黄褐土基带，1700（1800）-2500m为山地棕壤，2500-2800m为山地暗棕壤，2800-3500m为山地灰化土，3500-3782m为亚高山草甸土。土壤大多呈中性偏碱，有机质、氮、磷、钾含量较高，有广泛的宜种性。第一百六十一页，共258页。研究区概况（4）植被泸定县共有植物种类3000多种，栽培作物23种，属森林灌丛植被区，据不完全统计，药物植物大约有20多种，主要药材有虫草、贝母、天麻、三七、桃仁、薯芋、杏仁、当归、杜仲、柴胡、黄莲等，此外还有蜜源植物45种左右。泸定县因其特殊的地理环境所形成的独特的自然条件和特殊的历史变迁过程，从而繁衍了众多数量的树种，也保存了较多数量的古老遗树种。第一百六十二页，共258页。2、社会经济状况

镇内管辖木耳沟、桐子林、扒沟、黑沟、和平、挖角沟、甘露寺7个行政村，29个村民小组，1个街道委员会。至2005年，总人口8171人，汉族、彝族、藏族等多个民族聚居，人口密度110人/平方公里。农业主产玉米、水稻、小麦。冷碛镇为国家小城镇建设试点镇，境内蕴藏有石灰石、锰、煤等矿藏。解放后，办有州、县水泥厂和花岗岩厂，成为全县生产建材、能源生产基地。仅镇上就有乡镇企业3个，组办，户办共68个，从业人员395人，总产值207.22万元。研究区概况第一百六十三页，共258页。研究内容、方法及技术路线

研究内容以研究泸定县冷碛镇土地利用和土壤侵蚀为主要任务，技术方法主要有遥感图像的处理技术，以及GIS的图形处理、数据分析功能，结合修正通用土壤流失方程计算研究区的土壤侵蚀量，得到土壤侵蚀强度空间分布图，将土壤侵蚀空间分布图与土地利用分类图、地形图（数字高程模型DEM、坡度图、坡向图等）进行空间叠加，获得不同土地利用类型、地形因子下的土壤侵蚀强度分布，分析土壤侵蚀与土地利用的关系，揭示土壤侵蚀与其背景环境等因子的空间关系，为土壤侵蚀的防治和治理提供依据。第一百六十四页，共258页。数据来源本次研究采用数据包括研究区社会经济专题研究资料、气候气象资料、行政区划图、地形图等自然环境背景资料和研究区的卫星影像图等。社会经济研究专题包含了研究区冷碛镇所在的泸定县各乡镇的人口、国内生产总值、耕地面积、土壤分布状况、农业产值、收入水平及经济发展结构等。气候气象资料来源于泸定气象站长期监测结果，为了解当地情况提供依据。依据泸定县1:2000大比例尺行政区划图、地形图，在GIS相关软件（ERDASIMAGINE9.2、ArcGIS9.3Desktop）支持下予以裁剪获得冷碛镇1:2000地形图，然后对冷碛镇地形图进行等高线跟踪数字化等处理。研究区卫星影像图是泸定县2005年7月ETM影像图，分辨率10m，同样对影像图进行处理获得研究区影像图，然后运用软件予以处理。研究内容、方法及技术路线

第一百六十五页，共258页。研究方法、技术路线土壤侵蚀模型是预报水土流失、指导水土保持措施配置、优化水土资源利用的有效工具，根据模型建立的途径和模拟过程，模型通常可以分为经验模型、物理过程模型。本文采用经验模型修正通用土壤流失方程，公式如下：A=R×K×LS×C×P式中：A为单位面积上土壤流失量，t·hm-2·a-1；R为降雨侵蚀力因子，K为土壤可蚀性因子；L为坡长因子，S为坡度因子，坡长坡度常作为综合因子LS考虑；C为植被覆盖和管理因子；P为水土保持措施因子。研究内容、方法及技术路线

第一百六十六页，共258页。研究内容、方法及技术路线

第一百六十七页，共258页。遥感数据处理

采用的遥感数据是landsat-7（陆地卫星7号）2005年7月的ETM7、5、3三波段的假彩色合成影像。Landsat-7卫星由美国航空航天局于1999年4月15日发射，是Landsat系列地球观测卫星的最后一个，该卫星携带了增强型主题成像传感器（ETM+）增加了全色波段，并改进热红外波段的分辨率。卫星参数为：属于近极近环形太阳同步轨道，轨道高度705km，倾角98.22°，运行周期98.9分钟，绕地周期1.6小时，穿越赤道时间上午10点，扫描范围185km×185km，重复覆盖周期16－18天。第一百六十八页，共258页。第一百六十九页，共258页。几何校正

由于人们习惯使用正射投影的地形图，因此对各类遥感影像的畸变都必须以地形图为基准进行几何校正。校正时一般采用几何模型配合常规控制点法对进行几何校正。在校正时利用地面控制点，通过坐标转换函数，把各控制点从地理空间投影到图像空间上去。几何校正的精度直接取决于地面控制点选取的精度、分布和数量。因此，地面控制点的选择必须满足一定的条件，即：地面控制点应当均匀地分布在图像内；地面控制点应当在图像上有明显的、精确的定位识别标志，如道路交叉点、河流岔口、农田界线等，以保证空间配准的精度；地面控制点要有一定的数量保证。应当注意的是，特征变化大的区域应多选些控制点，图像边缘部分一定要选取控制点，以避免外推。第一百七十页，共258页。图像增强

采取直方图均衡化的方法达到图像增强的目的。图像灰度直方图反映了一幅图像中灰度级与其出现概率之间的关系。直方图均衡是指将随机分布的图像直方图修改为均匀分布的直方图，其实质是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值，使一定灰度范围内的像元的数量大致相等。直方图均衡后每个灰度级的像元数，理论上应相等，实际上近似相等，直接从图像上看，直方图均衡效果是：(1)各灰度级所占图像的面积近似相等，因为某些灰度级出现高的像素不可能被分割。(2)原图像上频率小的灰度级被合并，频率高的灰度级被保留，因此可以增强图像上大面积地物与周围地物的反差。(3)如果输出数据分段级较少，则会产生一些大类地物的近似轮廓。第一百七十一页，共258页。图像裁减

采用的图像裁剪方式为不规则分幅裁剪，不规则分幅裁剪是指裁剪图像的边界范围是个任意多边形，无法通过左上角和右上角两点的坐标确定图像的裁剪位置，而必须事先生成一个完整的闭合多边形区域，可以是一个AOI多边形或者其它。首先在视窗中打开需要裁剪的图像，并应用AOI工具绘制多边形AOI，可以将多边形AOI与图像保留在同一视窗中，打开ERDAS图标面板菜单，启动SUBSETIMAGE，应用AOI确定裁剪范围，点击AOI完成裁剪。第一百七十二页，共258页。第一百七十三页，共258页。土地利用信息提取

遥感解译就是研究分析遥感图像的过程，人们根据地物的光谱特征，成像规律及影像特征来辨别地物，并判断其类别和特征属性。遥感影像解译的原