CN103323071A

CN103323071A - 一种快速测算微小冲沟水土流失量方法

Info

Publication number: CN103323071A
Application number: CN2013102413023A
Authority: CN
Inventors: 何福红; 王涛; 蒋卫国; 顾丽娟; 张振华
Original assignee: Ludong University
Current assignee: Ludong University
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明提供一种快速测算微小冲沟水土流失量方法，该方法是基于RTK-GPS技术基础上，通过对微小冲沟沟缘线及沟内高程值的测量，并以沟沿线测点高程值为基准，根据沟缘线地形趋势，进行线形或非线性曲面拟合，复原冲沟原始表面，从而计算出微小冲沟水土流失量。同传统的冲沟水土流失量计算方法相比较，具有野外工作量小，获取数据时间短的优点。

Description

一种快速测算微小冲沟水土流失量方法

技术领域：

本发明涉及水土保持科学技术领域，特别涉及冲沟侵蚀的定量研究，具体地讲是一种快速测算微小冲沟水土流失量方法。

背景技术：

沟蚀是指汇集在一起的地表径流冲刷破坏土壤及其母质，形成切入地表以下沟壑的土壤侵蚀形式。面蚀产生的细沟，在集中的地表径流侵蚀下继续加深、加宽、加长，当沟壑发展到不能被耕作所平复时，即发展成沟蚀。沟蚀侵蚀量大，速度快，把完整的坡面切割成沟壑密布、面积零散的小块坡地，使耕地面积减少，对农业生产的危害亦十分严重。沟蚀所占流域土壤流失量的比例和对流域泥沙的贡献量比例在10一94%之间(Poesen et al.，2003)，冲沟侵蚀是重要的沟蚀形式之一。

对于研究冲沟形成过程机理和治理冲沟水土流失来说，获取和掌握冲沟水土流失量参数是非常重要的。复原冲沟原始地形表面则是长时间尺度研究冲沟形成机理以及定量冲沟总水土流失量的重要内容。因此，迅速和准确地复原冲沟原始地形表面具有十分重要的意义。

目前国内外学者主要利用地面手工测量法、数字高程模型插值法来复原冲沟原始地形表面信息。地面手工测量法利用卷尺、微地形剖面仪等工具，沿冲沟沟长方向每隔一定距离测量其横截面特征值，复原冲沟原始地形表面，并计算冲沟的容积，推算冲沟侵蚀量。该方法简单、直接、成本较低，适用于短期测定，但是存在费时费力，不适合长期、大尺度范围测定，测算精度取决于冲沟的形态是否复杂以及测量时间间隔大小等缺点。数字高程模型法（DEM）是利用多期航片、DEM数据（利用航片立体相对、矢量化地形图或GPS测量），首先识别出当前冲沟边缘线，并将冲沟内高程信息删除掉，然后根据非冲沟区域的高程信息，利用插值算法，拟合冲沟内原始表面高程信息，最后利用开挖量计算，估算冲沟侵蚀量。该法简便，但需要根据非冲沟区域的高程信息，采用一定的插值算法，复原冲沟原始表面，因而，存在对DEM数据需求量大的缺点。复原原始表面精度受DEM数据精度及插值算法影响。

发明内容：

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种快速测算微小冲沟水土流失量方法，主要解决现有地面手工测量法费时费力、适用范围窄、测算精度受限和数字高程模型插值法需要大量DEM数据、工作量大及因插值算法引入误差等问题。

本发明的技术方案是：一种快速测算微小冲沟水土流失量方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

（１）野外实测：野外基于现有RTK-GPS技术，对微小冲沟内及沟缘线，按一定间距进行高精度点测量，获得测点坐标值及点高程值数据，形成冲沟RTK-GPS测点数据；

（２）构建冲沟DEM栅格数据：利用野外实测冲沟RTK-GPS测点数据，基于克里金插值法，构建冲沟数字高程模型栅格数据；

（３）分析沟缘线测点高程特点：以冲沟沟缘线RTK-GPS测点数据为基准，分析沟缘线高程趋势特点；

（４）沟缘线曲面方程拟合：根据沟缘线RTK-GPS测点高程趋势特点，利用线性或非线性回归模型，拟合沟缘线曲面方程；

（５）水土流失量计算：根据拟合沟缘线曲面方程，构建沟蚀发生前冲沟原始地形曲面栅格数据，并同RTK-GPS测量所构建冲沟数字高程模型栅格数据进行开挖量计算，获得冲沟水土总流失量。

进一步的，所述的微小冲沟，其沟长小于30米，沟宽小于10米。

进一步的，所述测点间距小于0.5米，测点距离越小，测点数量越大，计算水土流失量精度更高，反之计算水土流失量精度则降低。

本发明的一种快速测算微小冲沟水土流失量方法，其所述的冲沟原始地形表面是指该冲沟在细沟面蚀发生之前的地形表面；所述的沟缘线是指能够区分沟间地与沟壁的坡折线；所述的RTK-GPS是动态实时差分全球定位***的简称，即real-time kinematic difference global positioning system。

本发明的一种快速测算微小冲沟水土流失量方法，可用于野外利用现有GPS（RTK-GPS）技术测量获得研究区DEM数据，通过实测或航片解译提取出冲沟沟缘线，并以沟缘线RTK-GPS测点高程值进行线性或非线性曲面拟合，复原冲沟原始表面地形。

本发明的一种快速测算微小冲沟水土流失量方法与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步：1、只利用沟缘线上各RTK-GPS测点高程值，通过曲面拟合法直接复原沟蚀发生前冲沟原始表面，不需要对非冲沟区域进行大面积测量，减少了测量环节，节约了测量时间和相应人力、设备投入，极大提高了测量效率；2、所提出的沟缘线RTK-GPS测点曲面拟合法估算冲沟水土流失量方法形式简单计算方便易于应用，有效减少了计算时长，极大提高了计算机计算效率。

附图说明：

图1是本发明的计算流程图。

具体实施方式：

为了更好的理解与实施，下面结合附图给出具体实施例详细说明本发明一种快速测算微小冲沟水土流失量方法；所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1，参见图１，第一步，野外RTK-GPS实测及构建冲沟DEM数据：首先利用GPS技术，对微小冲沟内及沟缘线，进行测点间距小于0.5米的点测量，微小冲沟为沟长小于30米，沟宽小于10米，测得实验冲沟沟内及沟缘线各测点高斯-克吕格平面直角坐标值和高程值数据，形成冲沟RTK-GPS测点数据；为了获得精度较高的数据（各点的坐标和高程信息），建议采用RTK-GPS技术来完成测量工作；基于克里金插值算法将冲沟RTK-GPS测点数据插值为满足计算精度要求的空间分辨率的数字高程模型（DEM）栅格数据；对生成的DEM栅格数据做适当的精度检验，确保数据的可靠性；

第二步，拟合冲沟原始地形表面及冲蚀量计算：基于SPSS软件，对冲沟沟缘线RTK-GPS测点数据进行趋势面分析，选择线性或非线性回归模型，拟合出沟蚀发生前冲沟原始地形表面方程；根据拟合参数R square，Sig及 RMS，最终确定拟合函数；基于Matlab软件将拟合函数离散化，生成沟蚀前冲沟原始地形表面点数据；基于ArcGIS10.0软件，将离散化生成的冲沟原始地形表面点数据插值为栅格数据，并基于沟缘线RTK-GPS测点数据范围将冲沟区域裁剪出来；利用ArcGIS10.0软件开挖方计算工具，将裁剪出的沟蚀发生前冲沟原始地形表面DEM栅格数据同冲沟RTK-GPS实测DEM数据做空间差运算，以计算出冲沟水土流失总量。

Claims

1.一种快速测算微小冲沟水土流失量方法，其特征在于包括以下步骤：

（１）野外实测：野外基于现有RTK-GPS技术，对微小冲沟内及沟缘线，按一定间距进行高精度点测量，获得各测点高斯-克吕格平面直角坐标下坐标值及点高程值数据，形成冲沟RTK-GPS测点数据；

（４）沟缘线曲面方程拟合：根据沟缘线RTK-GPS测点高程趋势特点，利用线性或非线性回归模型，基于沟缘线测点RTK-GPS测点数据拟合沟缘线曲面方程；

2.根据权利要求1所述的一种快速测算微小冲沟水土流失量方法，其特征在于所述的微小冲沟，其沟长小于30米，沟宽小于10米。

3.根据权利要求1所述的一种快速测算微小冲沟水土流失量方法，其特征在于所述测点间距小于0.5米。