第一次全國水利普查技術(shù)細則

1、水利部水土保持監(jiān)測中心2010年4月27日,全國水土流失普查技術(shù)細則,提 綱,,一、水土流失普查遙感影像處理技術(shù)細則二、水土流失普查專題信息提取技術(shù)細則三、水土流失普查強度判別與成果處理技術(shù)細則,一、普查內(nèi)容（1）流失狀況 科學(xué)評價全國不同土壤侵蝕類型的現(xiàn)狀，包括土壤侵蝕的分布、面積、流失量及侵蝕強度。,二、普查對象（2）水土流失影響因子水力侵蝕區(qū)主要調(diào)查降雨侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、地形因子、生

2、物措施因子、工程措施措施因子以及耕作措施因子；風(fēng)力侵蝕區(qū)主要調(diào)查土壤可蝕性因子、風(fēng)蝕氣候因子、地表粗糙度因子、沿盛行風(fēng)向的風(fēng)蝕有效長度和植被覆蓋因子；凍融侵蝕區(qū)主要調(diào)查年凍融日循環(huán)天數(shù)、年均凍融相變水量、年均降水量、坡度、坡向、植被蓋度等因子。,土壤侵蝕模型計算,野外調(diào)查單元數(shù)據(jù)采集,RS與GIS技術(shù)拓展野外調(diào)查單元數(shù)據(jù),科學(xué)方法,技術(shù)流程,組織實施,三、普查流程,一、普查內(nèi)容與技術(shù)路線,1.2 普查技術(shù)路線：應(yīng)用土壤侵蝕

3、模型計算土壤侵蝕量，保障可重復(fù)性構(gòu)建全國土壤侵蝕抽樣調(diào)查體系，加強地面調(diào)查工作 運用RS與GIS技術(shù)，構(gòu)建全國土壤侵蝕影響因子空間數(shù)據(jù)庫，拓展地面調(diào)查的點狀數(shù)據(jù)到空間面狀尺度,多源空間數(shù)據(jù)整合,,,多要素整合 氣象 地形 土壤 植被 水土保持措施,多數(shù)據(jù)類型整合 矢量：土地利用圖、土壤圖 柵格：DEM、遙感影像 屬性：氣象、土壤屬性、水保措施,多源多尺度遙感數(shù)據(jù)整合,不同土壤侵蝕因子：氣象（降雨、風(fēng)速、溫度）、地形（

4、坡度、坡向）、 土壤、植被、水土保持措施等 多源空間數(shù)據(jù)：矢量、柵格、屬性離散空間數(shù)據(jù) 多源多尺度的遙感數(shù)據(jù)： 低空間、高時間分辨率：MODIS，1000m 中空間、中時間分辨率：HJ-1，30m； BJ-1，32m； CBERS，19.5m 高空間、低時間分辨率：CBERS-02B，2.5m,全國土壤侵蝕因子空間數(shù)據(jù)庫,,,,,普查總體技術(shù)路線,一、水土流失普查遙感影

5、像處理技術(shù)細則,1.基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 2.遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理 3.質(zhì)量控制 4.成果要求,1. 基礎(chǔ)數(shù)據(jù),1.1 HJ-1-A 、B數(shù)據(jù) HJ-1-A和HJ-1-B衛(wèi)星數(shù)據(jù)對地刈寬為700公里、地面像元分辨率為30米、4個譜段（藍、綠、紅、近紅外），重訪周期為4天。覆蓋全國需約80景HJ-1-A、HJ-1-B星CCD數(shù)據(jù)。,HJ-1-A衛(wèi)星,洞庭湖-HJ星數(shù)據(jù),HJ-1-A和HJ-1-B衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)用于計算植被覆蓋，修

6、正土地利用。數(shù)據(jù)獲取基于中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心的數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)（快視）進行， 具體要求：（1）2009年至2010年季度數(shù)據(jù)；（2）不同侵蝕類型調(diào)查區(qū)圖像的時相一致或相近；（3）圖像清晰，地物層次分明，色調(diào)均一；（4）圖像沒有壞行、缺帶，沒有條帶、斑點噪聲和耀斑；（5）云層覆蓋少的圖像（即以晴空圖像為優(yōu)）；（6）數(shù)據(jù)覆蓋全國。,1.2 MODIS數(shù)據(jù),MODIS數(shù)據(jù)波段范圍廣，有36個波段，數(shù)據(jù)空間分辨率包括250米、

7、500米和1000米三個尺度。,普查使用MODIS NDVI數(shù)據(jù)和MODIS Landcover數(shù)據(jù)，空間分辨率1km，用于計算全國植被蓋度年內(nèi)變化曲線，具體要求：（1）2000年至2010年的數(shù)據(jù)，時間周期16天；（2）為實現(xiàn)HJ-1-A、HJ-1-B星CCD數(shù)據(jù)產(chǎn)品與MODIS數(shù)據(jù) 產(chǎn)品匹配，選取時間要盡可能一致；（3）對于不同侵蝕類型調(diào)查區(qū)圖像的時相一致或相近；（4）圖像沒有壞行、缺帶；（5）盡量挑選云層覆蓋少的圖像（

8、即以晴空圖像為優(yōu)）；（6）數(shù)據(jù)覆蓋全國,1.3 Aqua/AMSR-E數(shù)據(jù),Aqua/AMSR-E亮溫數(shù)據(jù)是輻射計數(shù)據(jù)，來自美國冰雪數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)在網(wǎng)上免費下載（https://wist.echo.nasa.gov/api/），像元大小為0.25°，用于凍融侵蝕溫度相關(guān)因子反演。具體要求：（1）2002年至2010年數(shù)據(jù)，時間周期2天；（2）圖像沒有壞行、缺帶；（3）數(shù)據(jù)覆蓋凍融區(qū)。,2.1 幾何精校正,2.

9、 遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理,2.1.1 HJ-1-A、HJ-1-B數(shù)據(jù),幾何精校正流程圖,(1) 數(shù)據(jù)挑選 數(shù)據(jù)源選取需能有效的覆蓋普查范圍，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量和方便色調(diào)處理。具體標準有： 1）相鄰區(qū)域時相一致或相近的圖像； 2）圖幅方正，圖像清晰，地物層次分明，色調(diào)均一； 3）圖像沒有壞行缺帶，沒有條帶、斑點噪聲和耀斑； 4）盡量挑選云層覆蓋少的圖像（即以晴空圖像為優(yōu)）；

10、 5）為了保證圖像色調(diào)均一，盡量選用同一季節(jié)的圖像。(2) 幾何精糾正預(yù)處理 系統(tǒng)提供的標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品是經(jīng)輻射校正和系統(tǒng)幾何校正的2級產(chǎn)品，只進行了單景數(shù)據(jù)波段間的配準、縱橫向隨機條紋的基本濾除和CCD影像色調(diào)的平衡歸一化校正。 需對獲取的2級標準產(chǎn)品影像進行以下處理： 1）選取其中的1、2、3和4波段，采用遙感圖像處理軟件如ERDAS IMAGINE、ENVI等，處理采用E

11、RDAS IMAGINE軟件實現(xiàn)波段合成，轉(zhuǎn)換成IMG格式文件。 2）對有噪聲的圖像進行去噪聲處理以及對模糊圖像進行拉伸增強處理，使圖像清晰化，調(diào)整影像的亮度、對比度和色階比，達到圖像最佳效果。,(3) 圖像幾何精校正 圖像的幾何精糾正以1:50000和1:100000地形圖或（同等或更高）分辨率衛(wèi)星影像作為參考，人工選取控制點進行幾何精糾正。 糾正結(jié)果文件采用正軸等面積

12、割圓錐投影，又稱亞爾勃斯（Albers）投影，以25°N和47°N兩條緯線為標準緯線相割；橢球體采用國際通用的WGS-84；數(shù)據(jù)格式為Geotiff。 幾何精校正用ERDAS IMAGINE軟件完成。糾正算法采用多項式校正，每幅影像的控制點均勻分布，選取20個以上控制點；平原地區(qū)可采用2次多項式進行幾何校正，山區(qū)需采用3次多項式進行幾何校正。 幾何精校正后的影像空間采

13、樣分辨率：HJ-1-A和HJ-1-B衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)產(chǎn)品為30米。 幾何精校正產(chǎn)品格式：Geotiff； 幾何精校正的命名規(guī)則：Path-Row-衛(wèi)星標識-獲取日期-ref。,(4) 數(shù)據(jù)地形圖分幅 數(shù)據(jù)分幅工作包括鑲嵌及編輯處理、地形圖分幅處理、質(zhì)量控制三步。 1）鑲嵌及編輯處理 經(jīng)幾何精糾正后，以較高的精度把各景影像拼接起來，形成覆蓋全國的整幅影像。

14、 2）地形圖分幅處理 采用基于網(wǎng)格新裁切方案，具體按1:250000比例尺要求，生成覆蓋某個區(qū)域（如省為單位）的網(wǎng)格矢量線，利用網(wǎng)格線對該區(qū)域圖像進行自動裁切，生成一系列該比例尺的影像地圖。,Aqua/AMSR-E數(shù)據(jù)校正，利用頭文件信息直接將地理坐標信息賦給圖像，在ENVI軟件完成。,2.1.2 MODIS數(shù)據(jù),MODIS數(shù)據(jù)校正，利用頭文件信息直接將地理坐標信息賦給圖像，采用ENVI軟件完成。,2.

15、1.3 Aqua/AMSR-E亮溫數(shù)據(jù),2.2 大氣效應(yīng)糾正,利用HJ-1-A和HJ-1-B星的藍光(Alt+1)、綠光（Alt+2）、紅光（Alt+3）和近紅外（Alt+4）共4個通道的遙感影像，以及與其相對應(yīng)的頭文件（*.xml），根據(jù)灰度和RGB不同波段組合方式瀏覽HJ-1-A和HJ-1-B星影像，并判斷是否存在云（或云陰影）、水體和濃密植被。,2.2.1 圖像信息獲取,2.2.2 圖像預(yù)處理,利用公式（1）將DN值轉(zhuǎn)換為

16、表觀輻亮度,,（式 1）,是原始圖像像元灰度值；是絕對輻射定標系數(shù)，可從頭文件或中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站中獲取。,,,,,公式（2）將表觀輻亮度轉(zhuǎn)換為表觀反射率,（式 2）,是表觀反射率；,是日—地距離糾正因子；,是大氣外太陽光譜輻照度；,是太陽天頂角。,上述參數(shù)中有些可從原始數(shù)據(jù)頭文件獲得，或http://www.cresda.com網(wǎng)站中獲取。,圖像的暗目標自動提取依據(jù)比值植被指數(shù) (RVI)，土壤調(diào)整植被指數(shù)(SAVI)和歸

17、一化水體指數(shù) (NDWI)的綜合分析法實現(xiàn)，各指數(shù)的計算公式如下：,（1）最小反射率法 最小反射率法利用濃密植被和水體分別在遙感影像的藍光、近紅外通道具有非常小的反射率來自動提取暗目標并獲取大氣參數(shù)。 技術(shù)流程: 依據(jù)比值植被指數(shù)(RVI)，土壤調(diào)整植被指數(shù)(SAVI)和歸一化水體指數(shù)(NDWI)的綜合分析法，通過決策樹方法逐步實現(xiàn)對清潔水體和藍光波段濃密植被作為圖像暗目標的自動提

18、取。,2.2.3 大氣效應(yīng)糾正,利用自主開發(fā)的大氣訂正軟件完成。HJ-1-A和HJ-1-B衛(wèi)星數(shù)據(jù)的大氣糾正主要采用了最小反射率法、MODIS輔助法與氣象臺站數(shù)據(jù)法三種方法。,圖像暗目標自動提取技術(shù)流程圖,最小反射率法大氣糾正技術(shù)流程圖,操作步驟:1)將HJ-1-A、HJ-1-B的CCD數(shù)據(jù)產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為大氣頂?shù)谋碛^輻亮度和表觀反射率：2)軟件建立了以氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）和太陽天頂角（ ）為索引的查找表（Look-Up-Tab

19、le），氣溶膠類型主要是大陸鄉(xiāng)村型。3)在實現(xiàn)圖像暗目標自動提取后，依據(jù)查找表獲取氣溶膠光學(xué)厚度；4)依據(jù)氣溶膠和太陽天頂角，通過查找表獲取其它大氣參數(shù)，進行大氣糾正。,,（2）MODIS輔助法 技術(shù)流程: 利用已經(jīng)進行大氣糾正的現(xiàn)成遙感圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)品對衛(wèi)星影像進行大氣糾正得到地表反射率。,1）采用MODIS星上定標產(chǎn)品得到MODIS圖像獲取時太陽在大氣頂?shù)妮椪斩龋瑢⒍撕玫腗ODIS L1B輻亮度產(chǎn)品

20、MOD02轉(zhuǎn)換為大氣頂?shù)谋碛^反射率；2) 將得到的MODIS大氣頂反射率和地表反射率產(chǎn)品MOD09配合解得大氣中氣溶膠光學(xué)厚度和水汽含量等參數(shù)；3) 假設(shè)MODIS與HJ過境時大氣狀況沒有發(fā)生變化，再利用簡單的大氣輻射傳輸模型得到HJ-1星角度上的大氣反射率、大氣透過率，進行大氣糾正,最終得到HJ-1星的地表反射率。,大氣效應(yīng)糾正技術(shù)流程圖,操作步驟:1) 定標好的MODIS L1B輻亮度產(chǎn)品MOD02轉(zhuǎn)換為大氣頂?shù)谋碛^反射率

21、。2）MODIS大氣頂反射率和地表反射率產(chǎn)品配合解得大氣參數(shù)。3）HJ-1-A、HJ-1-B衛(wèi)星數(shù)據(jù)大氣效應(yīng)糾正。,（3）氣象臺站數(shù)據(jù)法 當獲取與HJ-1-A、HJ-1-B衛(wèi)星數(shù)據(jù)相應(yīng)的氣象資料數(shù)據(jù)時，可以用于提出大氣糾正所需的大氣參數(shù)。氣象數(shù)據(jù)應(yīng)包括：藍光(440nm)、綠光(550nm)、紅光(660nm)和近紅外(880nm)四個波段任意兩波段的氣溶膠數(shù)據(jù)和大氣柱水汽含量(單位：g/cm2)，輸入的氣

22、象數(shù)據(jù)中，AOD和CWV不能小于0，或可直接輸入氣象數(shù)據(jù)進行大氣糾正。,2.3 角度效應(yīng)糾正,將HJ-1-A、HJ-1-B星數(shù)據(jù)方向性地表反射率產(chǎn)品（30m）進行角度效應(yīng)糾正，得到垂直向下觀測的歸一化植被指數(shù)NDVI。技術(shù)流程1) HJ-1-A、HJ-1-B星數(shù)據(jù)方向性地表反射率根據(jù)NDVI的定義得到帶有方向性特征的NDVI數(shù)據(jù)。2) HJ-1-A、HJ-1-B星數(shù)據(jù)方向性NDVI數(shù)據(jù)在HJ-1-A、HJ-1-B星30m像元

23、為均勻植被的假設(shè)前提下使用簡單的余弦糾正初步得到垂直觀測的NDVI數(shù)據(jù)。,影像角度效應(yīng)糾正技術(shù)流程圖,操作步驟: HJ-1-A、HJ-1-B星數(shù)據(jù)方向性地表反射率根據(jù)NDVI的定義得到帶有方向性特征的NDVI數(shù)據(jù)。,3.1 質(zhì)量控制內(nèi)容,質(zhì)量控制是衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量保證的重要途徑，具體內(nèi)容包括HJ-1-A、HJ-1-B衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢查、幾何精校正產(chǎn)品質(zhì)量精度檢查、大氣糾正產(chǎn)品質(zhì)量和精度檢查。

24、利用典型地物光譜庫數(shù)據(jù)或?qū)崪y地物反射率數(shù)據(jù)HJ-1-A、HJ-1-B星大氣糾正產(chǎn)品進行檢查，分析并估算大氣糾正產(chǎn)品的精度。,3. 質(zhì)量控制,3.2 質(zhì)量控制方法,（1）過程抽檢 成立項目質(zhì)量檢查組，在項目執(zhí)行過程中，定期開展質(zhì)量抽查，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，嚴格控制把關(guān)各個作業(yè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，保證優(yōu)質(zhì)高效地完成項目。（2）階段成果的“二檢” 在項目實施過程中，針對階段成果，嚴格執(zhí)行作業(yè)員自

25、檢、作業(yè)員互檢的“二檢”制度。 作業(yè)員自檢：作業(yè)人員自己進行全面的檢查工作，檢查比例可根據(jù)本身的作業(yè)水平?jīng)Q定。 作業(yè)員互檢：作業(yè)員之間的交換互檢，檢查比例為100%，并作詳細記錄。（3）最終成果預(yù)檢 組織專家會同項目技術(shù)組組成專門檢查小組，在上述抽檢和二檢的基礎(chǔ)上，根據(jù)質(zhì)量檢查組檢查報告，對項目的最終成果進行全面的預(yù)檢，填寫相應(yīng)的記錄表。,（1）輻射精度

26、 中等反射率地物，HJ-1-A、HJ-1-B星大氣糾正產(chǎn)品的誤差在10%左右；（2）空間精度 HJ-1-A、HJ-1-B星數(shù)據(jù)幾何精糾正精度：平原地區(qū)小于1.5個像元,山區(qū)小于3個像元。 分幅接邊精度：平原地區(qū)<2.5個像元，山區(qū)<3.5個像素。,3.3 精度要求,4.1 數(shù)據(jù)投影,成果數(shù)據(jù)投影采用正軸等面積割圓錐投影，即亞爾勃斯（Albers）投影，

27、空間數(shù)據(jù)參數(shù)如下：,4. 成果要求,HJ-1-A、HJ-1-B衛(wèi)星、MODIS、Aqua/AMSR-E校正數(shù)據(jù)產(chǎn)品格式為Geotiff格式。依據(jù)國家基礎(chǔ)地理信息1：25萬數(shù)據(jù)標準分幅存儲。影像地圖標注縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)地名及省級公路，按縣域分幅成圖。,4.2 數(shù)據(jù)格式與分幅,二、水土流失普查專題信息提取技術(shù)細則,（一）水力侵蝕專題信息提取技術(shù)細則（二）風(fēng)力侵蝕專題信息提取技術(shù)細則（三）凍融侵蝕專題信息提取技術(shù)細則,（一）水力侵蝕專題信息提

28、取技術(shù)細則,（1）降雨侵蝕力因子：是指降雨導(dǎo)致土壤侵蝕發(fā)生的潛在能力，用一次降雨總動能E與該次降雨最大30min雨強I30的乘積EI30表示。反映了雨滴對土壤顆粒的擊濺分離以及降雨形成徑流對土壤沖刷的綜合作用。（2）降雨侵蝕力季節(jié)分布：是指一年中某時段降雨侵蝕力占全年降雨侵蝕力的百分比，用作權(quán)重因子計算水土保持生物措施因子值。（3）降雨侵蝕力等值線圖：空間上多年平均年降雨侵蝕力相等點的連線稱為等侵蝕力線，由等侵蝕力線構(gòu)成的空間等值線

29、分布圖稱為降雨侵蝕力等值線圖，反映了多年平均降雨侵蝕力的空間變化特征。,1. 降雨侵蝕力因子,1.1 術(shù)語,相關(guān)數(shù)據(jù)包括： 各縣建立的所屬氣象站1981-2010年逐日雨量電子數(shù)據(jù)（.dat格式或登記表電子文檔），及其說明文件；裝訂成冊的各縣“氣象數(shù)據(jù)登記表”。按降雨侵蝕力因子計算公式要求，進行以下數(shù)據(jù)處理：（1）非侵蝕性降雨剔除。如果日雨量小于（不含）12mm，則將該日雨量設(shè)為0。（2）處理后的數(shù)據(jù)按

30、原格式（.dat）重新存入相同目錄下，命名為“侵蝕性降雨”。,1.2 數(shù)據(jù)處理,1.3 因子計算,質(zhì)量控制包括兩個方面： 一是對降雨資料進行質(zhì)量控制。每省最少抽查1個縣2-3年的記錄，核對氣象數(shù)據(jù)登記表數(shù)據(jù)及其電子數(shù)據(jù)。 二是對降雨侵蝕力因子計算結(jié)果進行抽查。在水蝕區(qū)最少抽查一個縣的計算結(jié)果，與利用已有分鐘降水資料計算的降雨侵蝕力因子進行對比，精度>75%。,1.4 質(zhì)量控制,1.5 成果構(gòu)成,

31、（1）全國各縣多年平均年降雨侵蝕力因子值。（2）全國降雨侵蝕力等值線圖，及其30m網(wǎng)格的柵格數(shù)據(jù)。（3）全國各縣多年平均24個半月降雨侵蝕力占年降雨侵蝕力百分比。（4）全國多年24個半月降雨侵蝕力占年降雨侵蝕力百分比等值線圖，及 其30m網(wǎng)格的柵格數(shù)據(jù)。,數(shù)字高程模型：表現(xiàn)某高程基準下地面高程空間分布的有序數(shù)字陣列。數(shù)字高程模型可以基于地形圖、地面或遙感測量等方式獲取的高程數(shù)據(jù)，經(jīng)內(nèi)插建立。坡度因子：指CSLE的坡度因子，定義為

32、某一坡度土壤流失量與坡度為5.13?，其它條件都一致的坡面產(chǎn)生的土壤流失量之比率。對于面上的普查，采用每個柵格的坡度因子值參與土壤流失量的計算，對于抽樣調(diào)查，將取每個評價單元坡度的中位數(shù)參與土壤流失量的計算。坡長因子：指CSLE的坡長因子，定義為某一坡面土壤流失量與坡長為22.13m、其它條件都一致的坡面產(chǎn)生的土壤流失量之比率。用法同坡度因子值。,2. 坡度坡長因子,2.1 術(shù)語,數(shù)據(jù)處理過程包括地形圖數(shù)據(jù)處理、流水線和分水線提取

33、以及DEM生成。（1）地形圖數(shù)據(jù)處理：需要1:50000地形圖、1:250000地形圖和100m分辨率DEM。 對國家測繪局基礎(chǔ)地理信息中心提供的數(shù)字化地形圖或自行數(shù)字化的地形圖，經(jīng)過必要修改編輯和質(zhì)量控制，以確保每條等高線和每個高程點上標注有合理的高程值、河流由高向低流動、河流和等高線位置關(guān)系正確。（2）流水線和分水線提?。豪肎IS水文地貌分析功能，通過編程自動提取流水線和分水線。以100m分辨率DEM為基礎(chǔ)，劃分出各

34、大流域的2級支流。劃分出的流域單元，面積控制在1*104—2*104km2。平原區(qū)流域劃分和河流提取結(jié)果，須與比較大比例尺地形圖對照，并做出必要的修編。,2.2 數(shù)據(jù)處理,（3）DEM生成：坡度坡長因子的提取，以1:10000和1:50000數(shù)字地形圖建立的DEM為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其中基于1:10000地形圖的DEM適用于野外調(diào)查單元對坡度坡長因子的計算，基于1:50000地形圖的DEM適用于全國坡度坡長因子的提取與計算。利用經(jīng)過質(zhì)量控制

35、的數(shù)字地形圖（包括等高線、高程點、河流、湖泊和水庫等要素）和專業(yè)軟件ANUDEM，經(jīng)過插值生成DEM。1:10000和1:50000地形圖插值，在丘陵地區(qū)和山區(qū)，分辨率設(shè)置為10m和25m，平原地區(qū)和東北漫崗丘陵區(qū)分別設(shè)置為5m和10m。,2.3 因子計算,以DEM為基礎(chǔ)提取坡度坡長因子，根據(jù)坡度坡長因子的定義和坡度坡長因子值的算法（式1-11、式1-12和式1-13），利用LS計算專用程序（基于C++語言開發(fā)）完成流域坡度坡長因子

36、值提取與計算 。,LS計算專用程序界面,地形因子的質(zhì)量控制采用分層次、分區(qū)控制法。首先對DEM建立、坡度和坡長的計算分別控制；其次在主要水土流失類型區(qū)各選3-5個樣點，通過實測坡度和坡長，完成對質(zhì)量的評價，要求精度達到75%。,2.4 質(zhì)量控制,2.5 成果構(gòu)成,（1）全國DEM、坡度、坡長、坡度坡長因子?xùn)鸥裎募?，精度?0m網(wǎng)格。（2）以1:250000地形圖圖幅為基礎(chǔ)，對流域坡度坡長因子值進行重新組織（拼接和切割），完成圖

37、幅坡度坡長因子值。該因子值可以1:250000地形圖編號來命名。,土壤可蝕性因子：表征土壤被沖被蝕的難易程度，反映土壤對侵蝕外營力剝蝕和搬運的敏感性，是影響土壤侵蝕的內(nèi)在因素。國際上常用K表示。K值的大小是由土壤性質(zhì)本身所決定的，在眾多的土壤性質(zhì)中土壤顆粒組成和有機質(zhì)對K值影響最大，這也是利用土壤性質(zhì)在宏觀尺度上估算土壤可蝕性的理論基礎(chǔ)。理論上的獲取方法，是指標準小區(qū)上單位降雨侵蝕力引起的土壤流失量，單位為t?hm2 h/（hm2 ?M

38、J?mm），K值是進行土壤侵蝕和水土流失定量評價的重要依據(jù)。,3. 土壤可蝕性因子,3.1 術(shù)語,完成全國水蝕區(qū)土壤可蝕性K值的計算及其分布規(guī)律，一方面需要土壤數(shù)據(jù)庫，包括土壤亞類和土屬空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)；此外，為滿足本次土壤侵蝕普查的精度要求，K值的計算需要精確到全國909個土屬，而且計算K值的土壤屬性數(shù)據(jù)必須對應(yīng)到中比例尺的水蝕區(qū)土壤類型圖上。具體的數(shù)據(jù)獲取和處理方法說明如下：（1）土壤基本屬性和空間數(shù)據(jù)獲取 收集

39、全國34個省市的土種志和1:500000土壤類型圖，對照中國土壤發(fā)生分類系統(tǒng)，查閱各土種的理化性質(zhì)和機械組成。主要包括土種的名稱、土種所在的地點、分布面積、該土種所屬的亞類和土屬、表層的有機質(zhì)含量(%)、粗砂2-0.2mm(%)、細砂0.2-0.02mm(%)、粉砂0.02-0.002mm(%)和粘粒<0.002mm(%)。將這些數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，建立土壤理化性質(zhì)的屬性數(shù)據(jù)庫。同時，對于紙質(zhì)版的土壤類型圖進行幾何糾正、配準和數(shù)字化，

40、建立全國1：50萬土壤類型圖圖形數(shù)據(jù)庫，用于土壤可蝕性的計算。,3.2 數(shù)據(jù)處理,（2）試點縣的野外采樣過程 結(jié)合土壤侵蝕野外抽樣調(diào)查工作，完成單元內(nèi)土壤樣品的采集工作。在試點省份的試點縣內(nèi)，將野外調(diào)查布點圖與土壤分布圖進行疊加分析，取該點土壤樣品，并集中到省級普查中心，進行土壤理化性質(zhì)。 土壤樣品采集方法如下：1）記錄樣點信息。土壤樣品采樣點用GPS進行空間定位，記錄經(jīng)緯度坐標，在信息表上

41、記錄采樣點基本信息，包括地點（縣、市、鄉(xiāng)、村）、土壤名稱、位置坐標、土地利用類型、地貌部位（坡度、坡向）、水土保持措施、植被蓋度等。2）取樣。選擇面積約20cm×20cm的小區(qū)域，清除土層表面枯枝落葉，挖一個小垂直斷面，用鐵鍬垂直取1個土柱，土柱深約20cm，重量大約500-800g土樣即可，裝入密封袋。在山區(qū)，土壤樣點主要依據(jù)地形選擇：3個樣點一般分別分布在坡面上部、中部和底部，同時還要兼顧陰陽坡和土地利用類型。在平原區(qū)，

42、可在調(diào)查單元內(nèi)隨機選擇3個土壤樣點，要避免3個樣點之間的距離太近，最后混合裝袋成一個樣品。3）填寫標簽與封袋。用鉛筆填寫標簽（包括采集日期、地點、土壤名稱、采集人等）。一式兩份。一個放入袋中，一個貼于土樣袋外側(cè)。將密封袋中的空氣慢慢擠出，封好密封袋，采樣完畢。4）采樣點處理。用鐵鍬將取樣時從樣點挖掘出的土壤回填到樣點，可用腳踩實，以枯枝落葉覆蓋樣點。5）將野外采集的土壤樣品帶回實驗室，進行理化分析，分析試驗指標包括土壤有機質(zhì)含量和

43、土壤機械組成，機械組成采用美國制標準，分5個粒級，即：2-0.1mm、0.1-0.05mm、0.05-0.02mm、0.02-0.002mm和<0.002mm。,（3）共享分析測試中心的土壤理化分析數(shù)據(jù) 通過共享中國科學(xué)院南京土壤研究所分析測試中心自1980年以來所有的土壤理化分析資料，計算近年來不同土壤類型的K值，用于更新部分土壤類型的K值。主要共享全國范圍內(nèi)的土壤樣品的采集地點、土壤類型、地理坐標

44、、機械組成、有機質(zhì)含量等數(shù)據(jù)，用于計算土壤可蝕性K值。（4）整理已經(jīng)發(fā)表的文獻資料 利用CSCD文庫，查閱自1980年以來所有文獻上的相關(guān)土壤類型的土壤理化分析結(jié)果，以及相關(guān)的土壤可蝕性資料，用于補充和修正利用第二次土壤普查資料獲取的K值。,3.3 因子計算,以全國數(shù)字化土壤類型圖為藍本，以全國第二次土壤普查的樣點數(shù)據(jù)（土種）為基礎(chǔ)，先計算每個土種的土壤可蝕性K值。再利用中國土壤發(fā)生分類系統(tǒng)中土屬與土

45、種的對應(yīng)關(guān)系，將土種的K值利用面積加權(quán)平均法歸并到土屬上來。再將土屬的K值分級后鏈接到全國土壤類型圖上來，得到全國土壤可蝕性K值分布圖，具體的流程圖如下：,關(guān)于土壤可蝕性K值的計算，在獲取了上述土壤理化分析資料后，可以根據(jù)理化性質(zhì)的具體情況，分別選用Williams模型和Wischmeier模型。,（1）Williams模型 Williams等人在EPIC（Erosion—Productivity Impact Calc

46、ulator）模型中發(fā)展了土壤可蝕性因子K 值的估算方法，只需要土壤有機碳和顆粒組成資料，,（2） Wischmeier模型,如果利用第二次土壤普查資料或者獲取的土壤分析資料不是美國制，在計算土壤可蝕性K值前就必須進行土壤顆粒分析結(jié)果的轉(zhuǎn)化，即由國際制轉(zhuǎn)化為美國制。 因為第二次土壤普查中土壤顆粒分析標準是國際制。在國際制向美國制的轉(zhuǎn)換中（見表1-4），一般采用具體用圖解法。即在半對數(shù)紙上先畫出國際制的土壤顆粒大小分配曲線，然后查出美國制

47、某一粒徑的百分數(shù)含量。,此方法是在計算機還沒有普及的情況下進行使用，根據(jù)這個思路，我們進行了擬合曲線法，得到了很好的擬合效果。即應(yīng)用Y=aX+b和Y=aX2+bX+c進行擬合, 得出了每個土壤類型的轉(zhuǎn)換方程，其中兩個方程中X=ln(P), P為粒徑大小(mm)，Y是小于P粒徑的累計顆粒含量百分數(shù)(%)。,數(shù)據(jù)獲取和處理過程中肯定存在一定的誤差，都可能影響到最終成果的準確性。為了盡可能提高K值的計算精度，需要在計算流程的多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行質(zhì)

48、量控制：（1）為保證土壤屬性數(shù)據(jù)的代表性和全面性，在將土種的理化性質(zhì)向土屬歸并時，需保證該土屬內(nèi)的土種數(shù)占該土屬內(nèi)所有土種總數(shù)的85%以上。（2）在進行土壤樣品采集時，采樣點的布設(shè)需保證新采集的土壤樣品數(shù)能夠覆蓋水蝕區(qū)試點省份80%以上的亞類。（3）在進行土壤樣品分析時，標樣和樣品之間的誤差不能大于5%。（4）在進行1:500000土壤類型圖數(shù)字化和屬性賦值過程中，要保證土壤圖斑空間位置和屬性信息的準確性大于95%。（5）在K

49、值計算中存在國際制向美制單位轉(zhuǎn)換的問題，需要借助于轉(zhuǎn)換方程完成，在計算過程中要保證轉(zhuǎn)換方程的確定性系數(shù)（R2）不小于90%。,3.4 質(zhì)量控制,（1）建立全國1:500000土壤分布圖與第二次土壤普查資料的土壤屬性數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，構(gòu)建全國土壤基礎(chǔ)屬性和空間信息數(shù)據(jù)庫。（2）通過采樣和更新土壤理化性質(zhì)，獲取全國909個土屬的最新可蝕性K值，構(gòu)建全國土壤可蝕性因子數(shù)據(jù)庫，再將K值鏈接到土壤類型圖上，進行分級后可得到全國土壤可蝕性因子

50、圖，精度為30m網(wǎng)格。,3.5 成果構(gòu)成,（1）生物措施因子：一定條件下耕作農(nóng)地上的土壤流失量與同等條件下連續(xù)休閑對照裸地上的土壤流失量之比，為一無量綱數(shù)，其值大小變化于0?1之間。（2）植被蓋度：是指植被（包括葉、莖、枝）在單位面積內(nèi)植被的垂直投影面積所占百分比。（3）歸一化植被指數(shù)（NDVI）： NDVI=(NIR-R)/ (NIR+R)，常用遙感觀測的近紅外波段反射率（NIR）和紅光波段反射率（R）計算，可用于檢測植被生長

51、狀態(tài)、植被蓋度和消除部分輻射誤差等。,4. 生物措施因子,4.1 術(shù)語,在獲取時間序列高時空分辨率NDVI數(shù)據(jù)的過程中，用到了以下數(shù)據(jù)：（1）30m左右的高空間分辨率的數(shù)據(jù)：HJ-1多光譜；（2）全國2008年1:100000土地利用圖；（3）低空間分辨率時間序列的NDVI數(shù)據(jù)：MODIS 反射率產(chǎn)品（MCD43B4，Nadir BRDF-Adjusted Reflectance, NBAR），空間分辨率為1km，時間分辨率為

52、16天，時間序列5年，用于生成可靠的NDVI 時間序列； （4）低空間分辨率的MODIS分類產(chǎn)品：MOD12Q1，空間分辨率為1km，時間2004年。,4.2 植被蓋度數(shù)據(jù)處理,4.2.1 數(shù)據(jù)說明,時間序列高分辨率NDVI計算的具體流程如下圖,4.2.2 時間序列NDVI計算,（1）HJ-1數(shù)據(jù)和MODIS 數(shù)據(jù)的配準 MODIS產(chǎn)品的投影方式與HJ-1數(shù)據(jù)的UTM投影不同，將它們投影轉(zhuǎn)為一致。,（2）HJ-1 NDVI

53、分布圖 在對HJ-1多光譜數(shù)據(jù)大氣糾正和角度訂正的基礎(chǔ)上，利用NDVI的定義（如公式所示），生成不同時相HJ-1 NDVI分布圖。,,（3）各個不同地類MODIS NDVI時間序列數(shù)據(jù)的提取 MODIS分類產(chǎn)品（MOD12Q1）中包含五大分類體系，根據(jù)應(yīng)用目的選取了的植被功能分類（PFT）產(chǎn)品，其包含地物類別分別為：常綠針葉樹、常綠闊葉樹、落葉針葉樹、落葉闊葉樹、灌木、草地、谷類作物、闊葉作物、城鎮(zhèn)、水體等。,選取多

54、個混合像元后，通過線性模型分解，利用最小二乘的方法便可以得到亞像元上各地類的NDVI。（4）高空間、高時間分辨率NDVI產(chǎn)品的生成 融合MODIS NDVI 和HJ-1 NDVI數(shù)據(jù)得到HJ-1空間尺度上全年半月尺度的各地物類NDVI數(shù)據(jù)產(chǎn)品。,4.2.3 植被蓋度計算,從NDVI提取植被蓋度產(chǎn)品的技術(shù)流程如下圖,（1）NDVI到植被蓋度轉(zhuǎn)換系數(shù)確定 以MODIS NDVI產(chǎn)品

55、為輔助判斷標準，同時判斷每一種氣候地理區(qū)劃里每一地類一年中MODIS NDVI的最大和最小值。在每一種氣候地理區(qū)劃里找到一年中每一30m分辨率不同植被類型的直方圖中最大的2-5%左右選取為NDVImax， NDVImin的選取固定不同植被類型周邊小范圍空間區(qū)域內(nèi)裸土地類的NDVI平均值。,（2）NDVI到植被覆蓋度轉(zhuǎn)換,結(jié)合地面調(diào)查單元的植被覆蓋度實測數(shù)據(jù)，通過以上公式計算得到時間分辨率15天空間分辨率30m的植被蓋度。（3）植被蓋

56、度轉(zhuǎn)換系數(shù)的確定和檢驗 通過空間定位得到與地面調(diào)查單元測量點對應(yīng)的遙感NDVI圖像像元，選用部分地面實測蓋度和遙感像元NDVI數(shù)據(jù)擬合NDVImax， NDVImin與k。使用另外部分數(shù)據(jù)對轉(zhuǎn)換系數(shù)進行精度驗證。,進行植被蓋度季節(jié)分布監(jiān)測，獲取不同地區(qū)主要植被類型的植被蓋度季節(jié)分布標準曲線，這是計算生物措施B因子的一個重要基礎(chǔ)，可以對宏觀遙感調(diào)查計算生物措施B因子中，對遙感反演的植被蓋度進行驗證。（1）植

57、被蓋度動態(tài)監(jiān)測準備 依托各地水土保持監(jiān)測站的試驗小流域開展工作，依據(jù)全國水土流失類型區(qū)，選擇30個小流域為樣點進行植被蓋度動態(tài)監(jiān)測（表1-5）。,4.2.4植被蓋度季節(jié)分布標準曲線,各小流域工作人員調(diào)查收集本流域的土地利用狀況，確定本地區(qū)的土地利用類型，并填寫右表（表1-6）。,（2）野外選擇調(diào)查地塊 要求在正式進行野外植被蓋度照相測量前，確定野外地塊的類型、數(shù)量和位置。每個小流域（

58、樣點）按農(nóng)地、人工草地、天然草地、人工林地、果園等5種類型共選擇12個地塊進行觀測。具體方法如下： 1、地塊的選擇應(yīng)該代表該流域某種土地利用類型的主要生長狀況，同時兼顧組織實施的方便性，如靠近交通線； 2、每個地塊的植被覆蓋均勻，面積盡量在60×60m2以上，如果達不到可適當降低標準，但地塊面積應(yīng)盡可能相對大一些； 3、各土地利用類型地塊的選擇和數(shù)量分配： 農(nóng)地結(jié)合該地區(qū)主要耕作制

59、度進行，選擇2種代表性作物,每種作物選擇2個地塊； 人工草地、天然草地、人工林地、果園等每種類型各選擇2個地塊，果園應(yīng)該選擇當?shù)刂饕墓麡漕愋停?如果設(shè)定的某種植被類型在本流域沒有，則可以在其它植被類型上增添地塊的數(shù)量，使得地塊的總數(shù)量保持控制為12個。 a)根據(jù)手持GPS，確定每個地塊的位置； b)生成流域（樣點）地塊布設(shè)表和空間分布圖。流域地塊布設(shè)表記錄了每個地塊編號、植被類型、相對位置、經(jīng)緯度坐標，給

60、出農(nóng)地植被的播種時間、出苗時間和收割時間，和地塊景觀照片編號，并在表后附上每個地塊的景觀照片；空間分布圖以主要交通線、流域界線（或行政界線）和標志地名作為底圖,表示該樣點各地塊的空間分布。填表時，對于農(nóng)地作物的播種、出苗和收獲時間，如現(xiàn)階段尚不能明確，可以在以后的植被蓋度動態(tài)監(jiān)測的過程中補充填寫。 c)確定全部地塊的測量順序。,（3）植被蓋度季節(jié)分布監(jiān)測實施 植被蓋度季節(jié)分布監(jiān)測從2010年開始共實施

61、兩年，每半個月對所選擇的全部地塊進行一次植被蓋度測量，要求兩天之內(nèi)完成全部地塊測量，相當于一個測量周期。每年測量24次，每次測量要求至少2人，為保證全年測量的順利進行，中途最好不更換測量人員。 每次測量安排在每個半月的后半段（即上半月的10號～15號期間，下半月的25～31號期間）進行，采用照相法測量植被蓋度，同時測量植被高度，并填寫野外照相法測量植被蓋度調(diào)查表。最后及時上傳照相測量記錄表和數(shù)碼植被圖像，根據(jù)專用

62、軟件及時計算植被蓋度。,（4）植被蓋度計算 采用植被蓋度自動計算系統(tǒng)（PCOVER）自動計算植被蓋度。植被蓋度自動計算系統(tǒng)（PCOVER）（計算機軟件著作權(quán)登記號：2008SR12421）是專為便攜型植被蓋度攝影儀所開發(fā)的配套軟件，運行環(huán)境為Windows 2000或Windows XP，系統(tǒng)安裝要求約30M硬盤空間。（5）獲取植被蓋度季節(jié)分布標準曲線 完成一年植被蓋度動態(tài)監(jiān)測后，

63、對計算的植被蓋度信息進行整理，完成各小流域主要植被類型的植被蓋度季節(jié)分布標準曲線的繪制。,4.3 生物措施因子計算,以時間分辨率15天、空間分辨率30m的植被蓋度影像系列為基礎(chǔ)，結(jié)合時間分辨率15天、空間分辨率30m的的降雨侵蝕力比例圖和分辨率30m的土地利用圖，進行生物措施B因子的計算。具體步驟：,（1）結(jié)合分辨率30m的土地利用圖，按農(nóng)、林、草等3大類型，根據(jù)時間分辨率15天、空間分辨率30m的植被蓋度影像系列分別計算每半月時段

64、的土壤流失比率SLR（水體和建筑用地忽略），得到各半月時段的土壤流失比率SLR圖。（2）根據(jù)各半月時段的土壤流失比例SLR和各半月時段降雨侵蝕力占全年的比率，計算得到生物措施B因子圖：,采取兩種方式對基于遙感的生物措施B因子進行質(zhì)量控制。（1）遙感反演的植被蓋度季節(jié)分布進行驗證和質(zhì)量控制全國選擇30個樣點，每個樣點按農(nóng)地、人工草地、天然草地、人工林地、果園等選擇2個地塊，確定每個地塊的經(jīng)緯度位置。監(jiān)測獲取每個地塊的植被蓋度季節(jié)分

65、布數(shù)據(jù)。從時間分辨率15天、空間分辨率30m的植被蓋度影像系列上，獲取30個驗證樣點每個地塊的植被蓋度季節(jié)分布數(shù)據(jù)。針對30個樣點的每個地塊，對實測的地表植被蓋度季節(jié)分布和遙感反演的植被蓋度季節(jié)分布進行對比分析，精度>75%。（2）生物措施B因子進行驗證和質(zhì)量控制在每個水蝕類型區(qū)，統(tǒng)計整理該類型區(qū)的徑流小區(qū)的侵蝕資料和生物措施B因子計算成果，精度>75%。根據(jù)歷史徑流小區(qū)計算的生物措施B因子結(jié)果與基于遙感的生物措施

66、B因子計算進行對比分析。,4.4 質(zhì)量控制,（1）全國30個小流域主要植被類型的植被蓋度季節(jié)分布標準曲線（2）全國半月尺度植被覆蓋度圖，精度為30m網(wǎng)格（3）全國半月B因子圖和年B因子圖，精度為30m網(wǎng)格,4.5 成果構(gòu)成,工程措施：是指通過改變小地形（如坡改梯等平整土地的措施），攔蓄地表徑流，增加土壤降雨入滲，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，充分利用光、溫、水土資源，建立良性生態(tài)環(huán)境，減少或防止土壤侵蝕，合理開發(fā)、利用水土資源而采取的措

67、施。耕作措施：是以保水保土保肥為主要目的，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為宗旨，以犁、鋤、耙等為耕（整）地農(nóng)具所采取的措施。地塊：是指空間上連續(xù)的、具有同一土地利用類型、同一覆蓋度、同一水土保持措施的區(qū)域。,5. 工程措施和耕作措施因子,5.1 術(shù)語,（1）野外調(diào)查數(shù)據(jù) 工程措施和耕作措施因子依據(jù)《野外調(diào)查單元確定及數(shù)據(jù)采集技術(shù)規(guī)定》中相關(guān)要求完成。（2）高分辨率影像相結(jié)合的ET專題圖處理

68、工程措施因子E和耕作措施因子T因子主要依托土壤侵蝕野外調(diào)查單元獲得的工程措施和耕作措施數(shù)據(jù)，并結(jié)合高分辨率的CBERS全色影像，采用人機交互式解譯的方法獲取典型區(qū)內(nèi)的水土保持工程措施和耕作措施數(shù)據(jù)，最后以土地利用為依據(jù)，按照比例平均分配的方法獲取。 專題圖以行政縣為單位，根據(jù)該縣1:100000的土地利用圖，在GIS軟件的支持下，修改圖層的屬性表，添加工程措施因子E和生物措施因子T兩個屬性字段，將調(diào)查單元上獲得