本文摘要：摘要：高分遥感技术是开展土壤侵蚀监测与评价的重要手段，但目前应用的整体效能和水平不高。本研究基于系统工程学原理和方法，主要从工程化知识库构建、工程化遥感信息提取算法、工程化综合集成3个关键要素方面，提出了一种土壤侵蚀高分遥感监测与评价工程化
摘要：高分遥感技术是开展土壤侵蚀监测与评价的重要手段，但目前应用的整体效能和水平不高。本研究基于系统工程学原理和方法，主要从工程化知识库构建、工程化遥感信息提取算法、工程化综合集成3个关键要素方面，提出了一种土壤侵蚀高分遥感监测与评价工程化模式，并选取陕西省横山县进行了示范应用实践。结果表明：高分遥感工程化自动总体分类精度87.58%，经过工程化修正模式修正，分类精度达到95%，基于工程化应用系统平台与基础集成数据，整体监测与评价工作效率提升了2～3倍。该模式实现了土壤侵蚀高分遥感监测与评价过程环节的系统化和协同化，有效提升了监测与评价工作的稳定性和可靠性，为全覆盖、多频次推进土壤侵蚀监测与评价工作提供有效的技术模式参考。
关键词：土壤侵蚀;监测与评价;遥感;工程化模式
土壤侵蚀是中国乃至世界的重大环境问题。科学及时监测与评价土壤侵蚀状况是进行水土保持综合治理的重要基础，对政府科学决策、规划制定、治理成效评估等工作具有重要的现实意义。遥感技术具有探测范围广、获取信息快、信息含量大等优势，自20世纪70年代以来作为一种重要的技术手段，在土壤侵蚀普查以及水土流失动态监测等工作中广泛应用。随着中国高分辨率对地观测系统等重大工程的实施，高分遥感数据成为主要的数据源在土壤侵蚀监测与评价中普遍应用。
同时，高分遥感技术应用还存在一些问题亟待解决，高分遥感信息提取自动化算法区域适用性差，遥感信息提取成果多期动态误差波动性大，遥感信息提取与土壤侵蚀监测与评价业务的融合集成性差，整体应用效率不高，不能满足当前监测全覆盖、多频次工作需要。目前，高分遥感在土壤侵蚀应用领域研究主要是面向对象"剖、机器学习"刊、深度学习¨1等信息提取方法或算法研究，在高分遥感与监测业务融合、工程化应用、整体提升效率方面研究还是空白。笔者重点针对高分遥感应用上述难点问题以及土壤侵蚀监测与评价的现实需求，引入系统工程学原理与方法，将遥感技术应用于土壤侵蚀监测与评价工作作为一个整体来考虑，提出一种工程化应用模式，以提升整体应用效率和水平，满足土壤侵蚀常态化、业务化和工程化应用需要。
1模式的系统工程学阐释
1.1工程化模式的内涵
基于高分遥感技术开展土壤侵蚀监测与评价，涉及高分遥感信息提取、其他基础数据处理、土壤侵蚀模型分析及其相应的系统构建、基础设施环境建设等多要素环节，其工程化模式构建主要是基于系统工程学原理，将其作为一个系统进行整体研究，系统梳理该系统现实问题及逻辑关系，将高分遥感技术与土壤侵蚀监测与评价业务有机融合，按照整体化、规范化、流程化、定量化等原则和方法，合理构建和配置系统相关组成要素，形成一套高效稳定的工程化业务应用模式。
1.2工程化模式的主要特性
从系统工程学的角度说，任何系统都有些基本的性质和特性旧J。根据土壤侵蚀高分遥感监测与评价工程化模式的内涵，该模式具有5方面特性：1)整体性，在遥感信息提取、土壤侵蚀分析评价整个过程中人为经验参与、系统应用、设备环境建设等需要保持整体的协调一致;2)稳定性，遥感信息提取和业务分析评价等经验知识和方法保持相对稳定，减少人为经验差异带来的误差和不确定性，保持土壤侵蚀监测与评价成果的连续性和稳定性;3)高效性，模式各环节的衔接转换顺畅、集成高效;4)量化性，可量化环节应进行定量化约束，使相应环节量化、可控;5)实用性，模式各环节要素简单实用、可操作性强。
2模式的总体框架
该模式主要包括工程化综合知识库、信息提取算法集、应用集成3个核心要素：基于水土保持区划和县级行政区划并行融合的空间管理框架体系，将业务与专家知识进行规范和固化，构建高分遥感样本、遥感信息提取算法与参数、土壤侵蚀监测评价业务参数等分类型分区域知识库体系;针对不同的高分遥感信息提取目标对象，分区域建立以模型与算法为核心的信息提取算法集，获取针对相应区域特点的相对稳定的算法控制参数，辅助专家知识与后处理软件工具集，形成一套规范、固化、可重复应用的高分遥感信息快速提取方法体系;以综合知识库构建和信息提取算法集为核心，实现知识库和信息提取算法应用软件工具化，将土壤侵蚀高分遥感监测与评价各环节作为整体，对基础数据、应用软件系统和基础信息设施设备环境等相关环节进行有机集成。这3个系统要素之间相互联系、相互互动、相互支撑、紧密融合，形成工程化应用不可分割的有机整体。
3模式的构建要素与实现路径
3.1工程化综合知识库模式构建
工程化综合知识库模式构建采用美国学者霍尔(A.D.Hall)提出的系统工程方法论三维结构体系p]，根据前文分析的工程化模式内涵特性，梳理和抽象知识库的业务对象及其知识类型，按照土壤侵蚀监测与评价组织管理需要，确定和形成综合知识库空间结构体系。
3.1.1空间管理框架
考虑到县级行政区划通常作为中国水土保持行业管理单元，参照全国水土保持区划与水土保持重点防治区划，搭建以水土保持区划(融合水土保持重点防治区划)和县级行政区划相结合的“双层融合构架”知识库框架，实现知识库对象及其知识的存储、调用、检索与更新。
3.1.2对象指标框架
根据土壤侵蚀高分遥感监测与评价业务应用需求与业务应用流程，知识库可划分遥感类对象指标和非遥感类对象指标。遥感类对象指标是指基于高分遥感影像进行信息提取的土壤侵蚀评价指标，主要包括土地利用类型、植被类型及植被覆盖状况和水土保持治理措施等。非遥感类对象指标是指与土壤侵蚀评价紧密相关的非遥感手段获取的对象指标，主要包括坡度坡长、土壤类型及土壤可蚀性、侵蚀动力和水土保持管理等指标。
3.1.3知识内容框架按照知识库对象指标的知识表现形式，知识内容可分为样本知识、方法知识、参数知识和模型知识等。样本知识包括高分遥感影像、对象图片、对象遥感特征、业务特征及分布规律知识等。方法知识主要包括各遥感类对象指标遥感信息提取的算法、方法集，非遥感类对象指标分析计算的算法方法等。参数知识包括对象指标遥感信息提取或分析计算过程中研究和试验获取的参数值或范围。模型知识主要指各类土壤侵蚀分析评价模型。
3.2工程化遥感信息提取算法模式构建在确定土壤侵蚀高分遥感指标因子的分类体系的基础上，确定信息识别提取的算法，综合时间、难度、效率、精度等综合效用，根据对象指标的总体分布规律及内在关系的认知程度，综合遥感和非遥感的决策函数，辅以专家知识和分类参数等手段，构建合理的分层逻辑决策树，对高分遥感图像中的各个对象指标进行逐层的识别和归类提取。工程化信息提取模式如图3所示。
3.3工程化综合集成模式构建通过统一的结构化设计构架，将实现土壤侵蚀高分遥感监测与评价工作的应用功能软件、基础数据和基础信息设施等要素集成到相互连通、统一协调的系统之中，实现集中、高效、便利的一体化集约化应用。
3.3.1工程化基础数据集成模式为提高土壤侵蚀分析评价效率，满足土壤侵蚀定期、不定期动态分析评价需求，必须做好高分遥感及提取指标数据与基础数据之间的融合集成。融合集成方式主要基于大数据和云计算的理念和方法，通过建立统一的空间基准体系，基于统一的空间数据管理平台，按照集中式或分布式数据库模式，实现多源多期次海量高分遥感数据之间、遥感数据与基础数据之间、过程数据与成果数据之间的有机集成，减少土壤侵蚀分析评价过程中各类数据资源之间匹配、转换、衔接等处理时间，提升工程化应用效率。
3.3.2工程化应用功能集成模式土壤侵蚀高分遥感监测与评价全环节、全流程的软件工具化及功能集成是提高监测与评价分析效率，实现工程化推广应用的必要手段。应用功能主要包括遥感数据管理、遥感数据处理、分析提取、土壤侵蚀模型分析评价以及知识库管理系统等方面。集成方式主要有搭建式、配置式、插件式等，可采用1种或多种集成开发模式进行灵活集成，满足功能集成的灵活性、可扩展性和易维护性，并为功能复用、调用和互操作提供有效手段。
3.3.3工程化基础环境集成模式基础环境集成主要包括计算机基础软件处理工具平台，例如遥感处理工具、GIS分析工具、数据库管理系统等，硬件环境平台主要包括数据存储、数据处理、数据输出、数据备份等设备以及数据交互和信息传输为依托的网络综合集成。基础环境集成方式在传统的集成方式基础上，可根据实际条件，建立和部署到安全、隔离的“云”基础设施之上，通过“云”模式的存储计算实现海量空间数据的并行处理，提升基础环境集成的效率和水平。
4模式的应用案例分析
为验证本研究提出的模式的应用效果，结合国家重点研发计划资助项目、高分水利遥感应用示范系统等课题，利用课题建立的工程化应用平台和高分一号2m分辨率的夏季影像，选取陕西省横山县进行了示范应用实践。横山县土地总面积4333km2，属于典型的农牧交错带，植被覆盖以草原和灌木丛为主，分布少量林地和园地，水土流失强度大，水土保持治理措施主要以林草措施、梯田整地和淤地坝为主。
参照已经建立的遥感知识库，在研究区构建了包括耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、水域、交通运输用地、其他用地等8个一级类，以及梯田、裸地、沙地、水土保持林、水土保持种草等12个二级类的分类体系。分析目标地物的光谱属性、形状信息、纹理特征、空间位置等方面的特征，获得不同分类目标的算法及其特点，在此基础上构建分类方案的比选模型，确定满意的分类策略。
5结论与讨论
笔者针对高分遥感技术在土壤侵蚀监测与评价工作的问题与不足，将整个工作环节作为一个系统工程进行研究，构建了一种土壤侵蚀高分遥感监测与评价工程化模式。该模式重点通过知识库构建、遥感信息提取算法、应用集成3个环节要素的业务化工程化的梳理与构建，来有效提升土壤侵蚀监测与评价工作的整体效率和水平。通过在陕西省横山县的示范应用成效表明，该模式可满足土壤侵蚀监测与评价业务效能提升的需要，具有较强的实用性。该模式属于一种综合集成性模式，随着模式应用的不断完善，以及高分遥感信息提取、大数据分析以及云计算等技术的深入发展，该模式应用效能的提升会更加明显。该模式可在全国开展的水土保持动态监测工作中进行试点推广，进而在全国土壤侵蚀普查和水土流失生态安全预警等领域中全面应用。
6参考文献
[1]赵辉，黎家作，李晶晶.中国水土流失动态监测与评价的现状与对策析[J].水土保持通报，2016，36(1)：115.zHA0Hui，LIJiazuo，LIJingjing.Presents;tuationandcounte硼easuresofdynamicmonitoringandevaluationofsoilandwaterlossjnchina[J].BuIletinofsoilandwa.terConservation。2016，36(1)：115.
[2]李智广，曹炜，刘秉正，等.我国水土流失状况与发展趋势研究[J].中国水土保持科学，2008，6(1)：57.LlZhiguang，CA0Wei，LIUBingzheng，etaI.CurrentstatusanddevelopingtrendofsoileIDsioninchina[J].ScienceofSoil&WaterConserva“on，2008，6(1)：57.
[3]郭琳，裴志远，吴全，等.面向对象的土地利用/覆盖遥感分类方法与流程应用[J].农业工程学报，20lO，26(7)：194.
土壤方向论文范文：内蒙古黄土丘陵区土地利用与土壤肥力的关系
摘要：为了研究不同土地利用方式与土壤肥力和土地退化的关系，以内蒙古黄土丘陵区为对象，选取耕地、草地、撂荒地、灌木林地和乔木林地5种土地利用类型的9个土壤理化指标，计算了不同土地利用类型的土壤肥力综合指数及土壤退化指数。
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/nylw/22650.html
