- 項(xiàng)目名稱：
- 水土流失評(píng)價(jià)可視化系統(tǒng)研發(fā)--以撫河流域?yàn)槔?
- 簡(jiǎn)介：
- 生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中倍受關(guān)注的一個(gè)重要的因素，本項(xiàng)目以區(qū)域水土流失評(píng)價(jià)為目標(biāo)，GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)組織及評(píng)價(jià)分析研究與系統(tǒng)開發(fā)，主要?jiǎng)?chuàng)新內(nèi)容如下：
1、對(duì)撫河流域的地形、降雨量等影響水土流失評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織，實(shí)現(xiàn)圖-屬一體化管理；
2、利用AE控件，編程實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、查詢；地形坡度、坡向分析；降雨量的等值線繪制及各種分析處理結(jié)果的可視化表達(dá)；
3、系統(tǒng)采用水土流失USLE模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各因子單獨(dú)進(jìn)行分析和多因子綜合分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)；
4、此系統(tǒng)具有很好的移植性，對(duì)其它各個(gè)省市只要收集到以上幾種數(shù)據(jù)即可使用，不須要修改任何代碼。
系統(tǒng)提供了一個(gè)較為完整的水土流失評(píng)價(jià)平臺(tái)，利用平臺(tái)可進(jìn)行評(píng)價(jià)分析和評(píng)價(jià)結(jié)果的直觀表達(dá)，為環(huán)境保護(hù)決策提供依據(jù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、研究背景和意義
土壤侵蝕是個(gè)世界性的環(huán)境問(wèn)題，我國(guó)有土壤侵蝕面積367萬(wàn)平方公里，占全國(guó)總土地面積38.2%，其中水力侵蝕面積為179萬(wàn)平方公里，風(fēng)力侵蝕面積為188萬(wàn)平方公里。土壤侵蝕遍布全國(guó)各省、市和自治區(qū)。每年因此流失的土壤達(dá)50億噸以上、損失的土地面積6.67萬(wàn)公頃以上，大量氮、磷、鉀肥料和多種微量元素隨之付諸東流。土壤侵蝕使生態(tài)環(huán)境惡化、土地生產(chǎn)力下降、耕地減少、污染水質(zhì)、江河、湖泊淤塞、威脅城市和鄉(xiāng)村防洪安全、加劇旱澇風(fēng)沙等災(zāi)害。它使人類賴以生存并越來(lái)越短缺的土地資源遭受退化和損失。Lowdermike 1953年的研究表明：土地退化是導(dǎo)致歷史上很多輝煌一時(shí)的王朝走向滅亡的一個(gè)重要原因。一位美國(guó)總統(tǒng)曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：誰(shuí)要是管理不好土地就管理不好這個(gè)國(guó)家。中國(guó)古人云：能治山者能治天下。目前，在我國(guó)土壤侵蝕已成為制約很多地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，全國(guó)每年因土壤侵蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失在100億元人民幣以上。因此治理水土流失不僅是保護(hù)土地資源的需要，也是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基本保障。土壤侵蝕問(wèn)題已得到了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注，并進(jìn)行了大量研究以對(duì)其進(jìn)行有效地監(jiān)控和治理。但傳統(tǒng)的土壤流失量調(diào)查方法耗時(shí)多、周期長(zhǎng)，而且在表示單一的地理區(qū)域的特征時(shí)存在缺陷，往往不能完全確定以各種地理單元作為基本空間單元的特定小流域的侵蝕量，給水土保持規(guī)劃帶來(lái)不便，更無(wú)法適時(shí)定量監(jiān)測(cè)水土保持效果。相對(duì)而言，基于GIS和RS的土壤侵蝕量估算方法突破了傳統(tǒng)調(diào)查方法在多源信息的“整體分析”上存在的技術(shù)瓶頸，能快速、準(zhǔn)確地獲取土壤流失和土地退化方 面的深層信息，為土壤侵蝕量的計(jì)算提供了一條較好的途徑。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)
1、USLE介紹
通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation即USLE)是美國(guó)人Wischmeier與Smith在對(duì)美國(guó)東部地區(qū)30個(gè)州10000多個(gè)徑流小區(qū)近30年的觀測(cè)資料進(jìn)行系統(tǒng)分析于20世紀(jì)60年代提出的，是目前預(yù)測(cè)土壤侵蝕最廣泛使用的方法之一。USLE屬于因子分析模型，其實(shí)驗(yàn)分析研究主要集中在降水、植被、土壤和坡形等因子上。依據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)資料,利用統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析,建立侵蝕量和產(chǎn)沙量與其主要控制因素之間的影響關(guān)系,而后根據(jù)選定因素的資料估算侵蝕量或產(chǎn)沙量因子的解釋具有物理意義。其方程為A=R?K?LS?C?P，式中：A為單位面積年平均土壤流失量; R為降雨侵蝕力因子;K為土壤可蝕性因子;LS為坡長(zhǎng)坡度因子；C為植被覆蓋因子；P為水土保持因子。正是由于USLE模型的因子考慮全面，形式簡(jiǎn)單，所以在全世界被廣泛使用。
2、系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)
撫河流域水土流失評(píng)價(jià)系統(tǒng)選用ArcEngine為地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）理論和技術(shù)，對(duì)各個(gè)氣象站和水文站多年所采集的數(shù)據(jù)，以及流域土壤、水系、等高線等數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)化管理。
本系統(tǒng)用美國(guó)ESRI公司的ArcEngine，開發(fā)語(yǔ)言選用Visual Basic 6.0，系統(tǒng)運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)。ArcEngine是ESRI公司推出的ArcGIS 9.0系列產(chǎn)品中新加入的一個(gè)產(chǎn)品，是用于構(gòu)建定制應(yīng)用的一個(gè)完整的嵌入式GIS組件庫(kù)，它可以為用戶提供針對(duì)GIS解決方案的定制應(yīng)用。
3、地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立
空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要管理的是圖形數(shù)據(jù)，其獲取方式主要采用屏幕跟蹤矢量化將柵格地圖轉(zhuǎn)換成矢量地圖。
(1) 首先將1：100000地形圖進(jìn)行掃描成柵格圖像，經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)后將其作為底圖，并利用手扶式跟蹤，將其分成氣象站、FZ等高線、撫河流域范圍等8個(gè)圖層在MapInfo中進(jìn)行矢量化。
(2) 矢量化完成后在MapInfo中將其轉(zhuǎn)換成*.e00格式，通過(guò)Arc/Info的Impor功能把*.e00格式轉(zhuǎn)換成Arc/Info的圖層，在Arc/Info軟件中建立拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、去除懸掛弧段等修正數(shù)據(jù)，得數(shù)據(jù)無(wú)誤后，將其輸出，轉(zhuǎn)換成MapInfo格式的圖層，即可得到準(zhǔn)確有效的地理數(shù)據(jù)。
(3) 通過(guò)ArcMap中的數(shù)據(jù)集管理器添加所有圖層并合并成一個(gè)FH.mxd文件，便得到了ArcEngine所需的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)。
4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理
①實(shí)用性原則。系統(tǒng)應(yīng)能滿足撫河流域水土保持管理者的需求，真正實(shí)現(xiàn)管理科學(xué)化。
②可靠性原則。數(shù)據(jù)庫(kù)可靠性，數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)應(yīng)是準(zhǔn)確可靠的；系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，系統(tǒng)應(yīng)有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力和處理突發(fā)事件的能力，不會(huì)因某個(gè)動(dòng)作或某個(gè)突發(fā)事件而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失和系統(tǒng)癱瘓。
③完備性原則。數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種數(shù)據(jù)應(yīng)是全面、完整的，能夠滿足系統(tǒng)各項(xiàng)功能的需要；系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、查詢、分析、顯示、繪圖、轉(zhuǎn)換及輸出等功能。
④科學(xué)性和規(guī)范性原則。系統(tǒng)應(yīng)以軟件工程的思想和方法來(lái)建立，保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性，同時(shí)，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能應(yīng)符合污水管理的要求，信息類型、編碼、圖式符號(hào)應(yīng)符合現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范。
⑤經(jīng)濟(jì)性和可操作性原則。在保證各項(xiàng)功能完滿實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)以最好的性能價(jià)格配置系統(tǒng)的軟、硬件；系統(tǒng)應(yīng)有良好的用戶界面，用戶易學(xué)懂，操作簡(jiǎn)便、靈活。
⑥通用性原則。系統(tǒng)能夠在不同的范圍內(nèi)推廣使用，不受區(qū)域的限制。
⑧可擴(kuò)展性和開放性原則。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模塊的獨(dú)立性強(qiáng)，模塊增加、減少或修改均對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響很小，便于對(duì)系統(tǒng)改進(jìn)、擴(kuò)充，使系統(tǒng)能夠得到不斷的完善。
三、總結(jié)與展望
本系統(tǒng)重在利用GIS二次開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水土流失ULSE模型的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)模型中各個(gè)因子的提取，除此之外系統(tǒng)還能滿足基本查詢功能。如對(duì)比分析、統(tǒng)計(jì)分析等等、該系統(tǒng)研究的主要意義是通過(guò)對(duì)撫河流域數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，利用GIS的疊加分析功能最后得到流失評(píng)價(jià)圖。使計(jì)算機(jī)更有效準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)圖形屬性一體化管理，以提高檢索速度，數(shù)據(jù)能即時(shí)更新，并在此數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上做出詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析，如對(duì)地理數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析：對(duì)年月日降雨量的對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)流量，輸沙率的對(duì)比統(tǒng)計(jì)，流量線，區(qū)域降水量的統(tǒng)計(jì)，土壤類型統(tǒng)計(jì)與查詢功能等。很多數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)比圖，以表格的形式輸出，將分析結(jié)果以一種很直觀的圖表的方式提供用戶，并根據(jù)此數(shù)據(jù)庫(kù)管理的數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，建立一種合適的數(shù)學(xué)模型，對(duì)撫河流域水土流失強(qiáng)度分級(jí)和水土流失區(qū)劃提供依據(jù)；最后給用戶提拱一種傻瓜式操作界面，通過(guò)此界面即可完成土地可視化等級(jí)圖的生成。通過(guò)本課題的研究能使此系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、空間分析等方面在水文工程管理與實(shí)踐中得到很好的利用價(jià)值。
為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的適用性，將從以下兩個(gè)方面進(jìn)行研究：
1、在獲取數(shù)據(jù)方面，可將各個(gè)站點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，使數(shù)據(jù)可以及時(shí)、有效地進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤與更新。
2、利用WebGIS技術(shù)，使有關(guān)部門通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可快速、便捷的查詢相關(guān)地區(qū)土地信息，并通過(guò)此系統(tǒng)進(jìn)行水土流失評(píng)價(jià)，提供一定的決策支持。
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