[發(fā)明專利]坡耕地土壤耕作侵蝕速率快速估算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810012961.2
• 申請日: 2018-01-06
• 公開（公告）號: CN108332719A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇正安;楊超;楊鴻坤;張建輝;熊東紅;董一帆
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院;水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所
• 主分類號: G01C11/06
• 分類號: G01C11/06
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51212
• 代理人: 張帆;肖國華

一種坡耕地土壤耕作侵蝕速率快速估算方法，包括：利用無人機(jī)獲取坡耕地在不同耕作時期前后的影像數(shù)據(jù)；根據(jù)不同耕作時期前后的高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成不同耕作時期前后的高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)及正射影像；利用正射影像進(jìn)行目視解譯，以確定土壤凈侵蝕區(qū)邊界；根據(jù)不同耕作時期前后的高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)利用土壤凈侵蝕區(qū)邊界，對不同耕作時期前后的高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)進(jìn)行剪裁；利用ArcGIS軟件中提供的填挖方工具，計算不同耕作時期內(nèi)，坡耕地耕作侵蝕過程中的土壤凈流失體積；采用模型法通過耕作前后地形變化進(jìn)行計算，得出模擬耕作試驗中土壤流失體積，結(jié)合土壤容重和耕作次數(shù)推算耕作侵蝕速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種快速估算坡耕地土壤耕作侵蝕速率的方法，具體涉及利用無人機(jī)影像生成高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)和正射影像數(shù)據(jù)，監(jiān)測坡耕地徑流小區(qū)在耕作前后，坡頂凈侵蝕區(qū)地形變化的方法，用于估算坡耕地土壤耕作侵蝕速率。

背景技術(shù)

紫色土一方面具有較好的母質(zhì)肥力性成為寶貴的農(nóng)業(yè)耕作土壤，同時受限于其有機(jī)質(zhì)含量低、容重高、分散率高、團(tuán)聚體含量少等缺點(diǎn)，使紫色土區(qū)成為僅次于黃土地區(qū)土壤流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。紫色土坡耕地因強(qiáng)烈的人為耕作活動，導(dǎo)致坡耕地土層變薄，養(yǎng)分流失加劇，生產(chǎn)力低下，嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，開展紫色土坡耕地耕作侵蝕研究，對研究坡耕地地形演化過程、土壤質(zhì)量改變、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)移與重分布、土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤碳儲量變化等有重要影響。

耕作侵蝕是發(fā)生在坡耕地上的一種重要侵蝕類型。耕作侵蝕是在坡耕地景觀內(nèi)，由于農(nóng)耕工具和重力作用而使土壤發(fā)生向下坡運(yùn)動與向上坡、運(yùn)動(依賴于耕作方向)，導(dǎo)致凈余土壤量向下坡傳輸、堆積，重新分配的過程目前針對紫色土耕作侵蝕已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，結(jié)果表明耕作侵蝕部位主要集中在坡頂凸起部位，經(jīng)過多年長期耕作后，坡頂?shù)匦伟l(fā)生改變，坡頂土壤沿耕作方向發(fā)生位移，形成土壤凈侵蝕區(qū)。目前耕作侵蝕速率的計算方法主要有物理示蹤法、137Cs示蹤劑法、模型法和梯級法。但上述諸多方法存在采集數(shù)據(jù)方法繁瑣、數(shù)據(jù)精度不高、對原始地形破壞嚴(yán)重等缺陷。

目前，針對坡耕地地區(qū)，如何快速精確計算坡耕地在不同耕作年限條件下的土壤侵蝕速率，尚無高效可靠的方法。因此，需要發(fā)明一種通過使用無人機(jī)近景攝影測量，獲取坡耕地耕作前后地形照片，生成正射影像和高程點(diǎn)云數(shù)據(jù)，插值得到較為精確的兩組DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合目視解譯，確定耕作侵蝕邊界，計算土壤凈侵蝕體積，以此來計算土壤耕作侵蝕速率的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)的目的是提供一種適合于坡耕地地區(qū)，結(jié)合無人機(jī)影像和高精度DEM數(shù)據(jù)，推算坡耕地土壤耕作侵蝕速率的方法，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益，屬于水土保持學(xué)領(lǐng)域。

本發(fā)明中的基于近景攝影測量的坡耕地土壤耕作侵蝕速率快速估算方法，包括：

步驟1，利用無人機(jī)獲取坡耕地在不同耕作時期前后的影像數(shù)據(jù)；

步驟2，使用RTK-GPS獲取坡耕地的地面控制點(diǎn)；

步驟3，根據(jù)所述地面控制點(diǎn)分別對所述不同耕作時期前后的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行對齊處理，然后分別提取高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟4，根據(jù)不同耕作時期前后的的高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成不同耕作時期前后的高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)及正射影像；

步驟5，通過ArcGIS軟件利用正射影像進(jìn)行目視解譯，以確定土壤凈侵蝕區(qū)邊界；

步驟6，根據(jù)不同耕作時期前后的所述高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)利用土壤凈侵蝕區(qū)邊界，對不同耕作時期前后的高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)進(jìn)行剪裁，以使二者的數(shù)據(jù)面積嚴(yán)格相等，具有相同的行列號；

步驟7，利用ArcGIS軟件中提供的填挖方工具，計算不同耕作時期內(nèi)，坡耕地耕作侵蝕過程中的土壤凈流失體積；

步驟8,采用模型法通過耕作前后地形變化進(jìn)行計算，得出模擬耕作試驗中土壤流失體積，結(jié)合土壤容重和耕作次數(shù)推算耕作侵蝕速率。