本文摘要：摘要：高分遙感技術是開展土壤侵蝕監測與評價的重要手段，但目前應用的整體效能和水平不高。本研究基于系統工程學原理和方法，主要從工程化知識庫構建、工程化遙感信息提取算法、工程化綜合集成3個關鍵要素方面，提出了一種土壤侵蝕高分遙感監測與評價工程化
摘要：高分遙感技術是開展土壤侵蝕監測與評價的重要手段，但目前應用的整體效能和水平不高。本研究基于系統工程學原理和方法，主要從工程化知識庫構建、工程化遙感信息提取算法、工程化綜合集成3個關鍵要素方面，提出了一種土壤侵蝕高分遙感監測與評價工程化模式，并選取陜西省橫山縣進行了示范應用實踐。結果表明：高分遙感工程化自動總體分類精度87.58%，經過工程化修正模式修正，分類精度達到95%，基于工程化應用系統平臺與基礎集成數據，整體監測與評價工作效率提升了2～3倍。該模式實現了土壤侵蝕高分遙感監測與評價過程環節的系統化和協同化，有效提升了監測與評價工作的穩定性和可靠性，為全覆蓋、多頻次推進土壤侵蝕監測與評價工作提供有效的技術模式參考。
關鍵詞：土壤侵蝕;監測與評價;遙感;工程化模式
土壤侵蝕是中國乃至世界的重大環境問題�？茖W及時監測與評價土壤侵蝕狀況是進行水土保持綜合治理的重要基礎，對政府科學決策、規劃制定、治理成效評估等工作具有重要的現實意義。遙感技術具有探測范圍廣、獲取信息快、信息含量大等優勢，自20世紀70年代以來作為一種重要的技術手段，在土壤侵蝕普查以及水土流失動態監測等工作中廣泛應用。隨著中國高分辨率對地觀測系統等重大工程的實施，高分遙感數據成為主要的數據源在土壤侵蝕監測與評價中普遍應用。
同時，高分遙感技術應用還存在一些問題亟待解決，高分遙感信息提取自動化算法區域適用性差，遙感信息提取成果多期動態誤差波動性大，遙感信息提取與土壤侵蝕監測與評價業務的融合集成性差，整體應用效率不高，不能滿足當前監測全覆蓋、多頻次工作需要。目前，高分遙感在土壤侵蝕應用領域研究主要是面向對象"剖、機器學習"刊、深度學習¨1等信息提取方法或算法研究，在高分遙感與監測業務融合、工程化應用、整體提升效率方面研究還是空白。筆者重點針對高分遙感應用上述難點問題以及土壤侵蝕監測與評價的現實需求，引入系統工程學原理與方法，將遙感技術應用于土壤侵蝕監測與評價工作作為一個整體來考慮，提出一種工程化應用模式，以提升整體應用效率和水平，滿足土壤侵蝕常態化、業務化和工程化應用需要。
1模式的系統工程學闡釋
1.1工程化模式的內涵
基于高分遙感技術開展土壤侵蝕監測與評價，涉及高分遙感信息提取、其他基礎數據處理、土壤侵蝕模型分析及其相應的系統構建、基礎設施環境建設等多要素環節，其工程化模式構建主要是基于系統工程學原理，將其作為一個系統進行整體研究，系統梳理該系統現實問題及邏輯關系，將高分遙感技術與土壤侵蝕監測與評價業務有機融合，按照整體化、規范化、流程化、定量化等原則和方法，合理構建和配置系統相關組成要素，形成一套高效穩定的工程化業務應用模式。
1.2工程化模式的主要特性
從系統工程學的角度說，任何系統都有些基本的性質和特性舊J。根據土壤侵蝕高分遙感監測與評價工程化模式的內涵，該模式具有5方面特性：1)整體性，在遙感信息提取、土壤侵蝕分析評價整個過程中人為經驗參與、系統應用、設備環境建設等需要保持整體的協調一致;2)穩定性，遙感信息提取和業務分析評價等經驗知識和方法保持相對穩定，減少人為經驗差異帶來的誤差和不確定性，保持土壤侵蝕監測與評價成果的連續性和穩定性;3)高效性，模式各環節的銜接轉換順暢、集成高效;4)量化性，可量化環節應進行定量化約束，使相應環節量化、可控;5)實用性，模式各環節要素簡單實用、可操作性強。
2模式的總體框架
該模式主要包括工程化綜合知識庫、信息提取算法集、應用集成3個核心要素：基于水土保持區劃和縣級行政區劃并行融合的空間管理框架體系，將業務與專家知識進行規范和固化，構建高分遙感樣本、遙感信息提取算法與參數、土壤侵蝕監測評價業務參數等分類型分區域知識庫體系;針對不同的高分遙感信息提取目標對象，分區域建立以模型與算法為核心的信息提取算法集，獲取針對相應區域特點的相對穩定的算法控制參數，輔助專家知識與后處理軟件工具集，形成一套規范、固化、可重復應用的高分遙感信息快速提取方法體系;以綜合知識庫構建和信息提取算法集為核心，實現知識庫和信息提取算法應用軟件工具化，將土壤侵蝕高分遙感監測與評價各環節作為整體，對基礎數據、應用軟件系統和基礎信息設施設備環境等相關環節進行有機集成。這3個系統要素之間相互聯系、相互互動、相互支撐、緊密融合，形成工程化應用不可分割的有機整體。
3模式的構建要素與實現路徑
3.1工程化綜合知識庫模式構建
工程化綜合知識庫模式構建采用美國學者霍爾(A.D.Hall)提出的系統工程方法論三維結構體系p]，根據前文分析的工程化模式內涵特性，梳理和抽象知識庫的業務對象及其知識類型，按照土壤侵蝕監測與評價組織管理需要，確定和形成綜合知識庫空間結構體系。
3.1.1空間管理框架
考慮到縣級行政區劃通常作為中國水土保持行業管理單元，參照全國水土保持區劃與水土保持重點防治區劃，搭建以水土保持區劃(融合水土保持重點防治區劃)和縣級行政區劃相結合的“雙層融合構架”知識庫框架，實現知識庫對象及其知識的存儲、調用、檢索與更新。
3.1.2對象指標框架
根據土壤侵蝕高分遙感監測與評價業務應用需求與業務應用流程，知識庫可劃分遙感類對象指標和非遙感類對象指標。遙感類對象指標是指基于高分遙感影像進行信息提取的土壤侵蝕評價指標，主要包括土地利用類型、植被類型及植被覆蓋狀況和水土保持治理措施等。非遙感類對象指標是指與土壤侵蝕評價緊密相關的非遙感手段獲取的對象指標，主要包括坡度坡長、土壤類型及土壤可蝕性、侵蝕動力和水土保持管理等指標。
3.1.3知識內容框架按照知識庫對象指標的知識表現形式，知識內容可分為樣本知識、方法知識、參數知識和模型知識等。樣本知識包括高分遙感影像、對象圖片、對象遙感特征、業務特征及分布規律知識等。方法知識主要包括各遙感類對象指標遙感信息提取的算法、方法集，非遙感類對象指標分析計算的算法方法等。參數知識包括對象指標遙感信息提取或分析計算過程中研究和試驗獲取的參數值或范圍。模型知識主要指各類土壤侵蝕分析評價模型。
3.2工程化遙感信息提取算法模式構建在確定土壤侵蝕高分遙感指標因子的分類體系的基礎上，確定信息識別提取的算法，綜合時間、難度、效率、精度等綜合效用，根據對象指標的總體分布規律及內在關系的認知程度，綜合遙感和非遙感的決策函數，輔以專家知識和分類參數等手段，構建合理的分層邏輯決策樹，對高分遙感圖像中的各個對象指標進行逐層的識別和歸類提取。工程化信息提取模式如圖3所示。
3.3工程化綜合集成模式構建通過統一的結構化設計構架，將實現土壤侵蝕高分遙感監測與評價工作的應用功能軟件、基礎數據和基礎信息設施等要素集成到相互連通、統一協調的系統之中，實現集中、高效、便利的一體化集約化應用。
3.3.1工程化基礎數據集成模式為提高土壤侵蝕分析評價效率，滿足土壤侵蝕定期、不定期動態分析評價需求，必須做好高分遙感及提取指標數據與基礎數據之間的融合集成。融合集成方式主要基于大數據和云計算的理念和方法，通過建立統一的空間基準體系，基于統一的空間數據管理平臺，按照集中式或分布式數據庫模式，實現多源多期次海量高分遙感數據之間、遙感數據與基礎數據之間、過程數據與成果數據之間的有機集成，減少土壤侵蝕分析評價過程中各類數據資源之間匹配、轉換、銜接等處理時間，提升工程化應用效率。
3.3.2工程化應用功能集成模式土壤侵蝕高分遙感監測與評價全環節、全流程的軟件工具化及功能集成是提高監測與評價分析效率，實現工程化推廣應用的必要手段。應用功能主要包括遙感數據管理、遙感數據處理、分析提取、土壤侵蝕模型分析評價以及知識庫管理系統等方面。集成方式主要有搭建式、配置式、插件式等，可采用1種或多種集成開發模式進行靈活集成，滿足功能集成的靈活性、可擴展性和易維護性，并為功能復用、調用和互操作提供有效手段。
3.3.3工程化基礎環境集成模式基礎環境集成主要包括計算機基礎軟件處理工具平臺，例如遙感處理工具、GIS分析工具、數據庫管理系統等，硬件環境平臺主要包括數據存儲、數據處理、數據輸出、數據備份等設備以及數據交互和信息傳輸為依托的網絡綜合集成�；A環境集成方式在傳統的集成方式基礎上，可根據實際條件，建立和部署到安全、隔離的“云”基礎設施之上，通過“云”模式的存儲計算實現海量空間數據的并行處理，提升基礎環境集成的效率和水平。
4模式的應用案例分析
為驗證本研究提出的模式的應用效果，結合國家重點研發計劃資助項目、高分水利遙感應用示范系統等課題，利用課題建立的工程化應用平臺和高分一號2m分辨率的夏季影像，選取陜西省橫山縣進行了示范應用實踐。橫山縣土地總面積4333km2，屬于典型的農牧交錯帶，植被覆蓋以草原和灌木叢為主，分布少量林地和園地，水土流失強度大，水土保持治理措施主要以林草措施、梯田整地和淤地壩為主。
參照已經建立的遙感知識庫，在研究區構建了包括耕地、園地、林地、草地、城鎮村及工礦用地、水域、交通運輸用地、其他用地等8個一級類，以及梯田、裸地、沙地、水土保持林、水土保持種草等12個二級類的分類體系。分析目標地物的光譜屬性、形狀信息、紋理特征、空間位置等方面的特征，獲得不同分類目標的算法及其特點，在此基礎上構建分類方案的比選模型，確定滿意的分類策略。
5結論與討論
筆者針對高分遙感技術在土壤侵蝕監測與評價工作的問題與不足，將整個工作環節作為一個系統工程進行研究，構建了一種土壤侵蝕高分遙感監測與評價工程化模式。該模式重點通過知識庫構建、遙感信息提取算法、應用集成3個環節要素的業務化工程化的梳理與構建，來有效提升土壤侵蝕監測與評價工作的整體效率和水平。通過在陜西省橫山縣的示范應用成效表明，該模式可滿足土壤侵蝕監測與評價業務效能提升的需要，具有較強的實用性。該模式屬于一種綜合集成性模式，隨著模式應用的不斷完善，以及高分遙感信息提取、大數據分析以及云計算等技術的深入發展，該模式應用效能的提升會更加明顯。該模式可在全國開展的水土保持動態監測工作中進行試點推廣，進而在全國土壤侵蝕普查和水土流失生態安全預警等領域中全面應用。
6參考文獻
[1]趙輝，黎家作，李晶晶.中國水土流失動態監測與評價的現狀與對策析[J].水土保持通報，2016，36(1)：115.zHA0Hui，LIJiazuo，LIJingjing.Presents;tuationandcounte硼easuresofdynamicmonitoringandevaluationofsoilandwaterlossjnchina[J].BuIletinofsoilandwa.terConservation。2016，36(1)：115.
[2]李智廣，曹煒，劉秉正，等.我國水土流失狀況與發展趨勢研究[J].中國水土保持科學，2008，6(1)：57.LlZhiguang，CA0Wei，LIUBingzheng，etaI.CurrentstatusanddevelopingtrendofsoileIDsioninchina[J].ScienceofSoil&WaterConserva“on，2008，6(1)：57.
[3]郭琳，裴志遠，吳全，等.面向對象的土地利用/覆蓋遙感分類方法與流程應用[J].農業工程學報，20lO，26(7)：194.
土壤方向論文范文：內蒙古黃土丘陵區土地利用與土壤肥力的關系
摘要：為了研究不同土地利用方式與土壤肥力和土地退化的關系，以內蒙古黃土丘陵區為對象，選取耕地、草地、撂荒地、灌木林地和喬木林地5種土地利用類型的9個土壤理化指標，計算了不同土地利用類型的土壤肥力綜合指數及土壤退化指數。
轉載請注明來自發表學術論文網：http://www.cnzjbx.cn/nylw/22650.html
