基于WebGIS的延河流域土壤侵蚀信息发布系统设计与实现

胡文敏，周卫军，谢红霞，余 德，莫 剑

（1.中南林业科技大学 理学院，湖南 长沙410000；2.湖南农业大学 资源环境学院，湖南 长沙 410128）

基于WebGIS的延河流域土壤侵蚀信息发布系统设计与实现

胡文敏1，周卫军2，谢红霞2，余 德2，莫 剑2

（1.中南林业科技大学 理学院，湖南 长沙410000；2.湖南农业大学 资源环境学院，湖南 长沙 410128）

延河流域信息发布系统是利用先进的Web开发技术和GIS功能组件设计实现的一套具有地图浏览、空间查询分析和专题图绘制等功能的WebGIS应用系统，系统实现了空间信息和GIS应用模型的网络部分共享的协同工作，从而提高水土保持、生态环境调查、监测、管理和流域综合治理规划工作的技术水平，为延河流域水土流失快速调查、动态监测分析评价和水土保持生态环境综合治理规划服务。

WebGIS；土壤侵蚀；SuperMap；CSLE

延河流域地处我国黄土高原，水土流失、土地沙化等生态问题突出[1]。改革开放以来，延河流域水土保持工作得到迅速发展，并创造了不少成功的经验。但是，水土保持调查的信息来源主要通过现场实地勘测调查取得[2]，人力物力投入大，历时也较长，且难以在大范围内进行各地域间调查结果的可比性评价[3]。随着地理信息系统技术研究和应用的发展，在GIS 支持下，通过建立土壤侵蚀因子数据库[4]，用土壤侵蚀模型进行土壤侵蚀定量评价，是区域和大中流域土壤侵蚀评价研究的基本趋势[5]。建立流域土壤侵蚀信息发布系统，及时准确地提供流域内土壤侵蚀信息，为指导区域水土流失调查监测、预测、评价及其综合规划治理工作提供了可能[6]。延河流域信息发布系统是利用先进的Web开发技术和GIS功能组件设计实现的一套具有地图浏览、空间查询分析和专题图绘制等功能的WebGIS应用系统，实现空间信息和GIS应用模型的网络共享及部分协同工作。系统采用Microsoft Visual Studio 2005、SuperMap Object 2008 作为开发工具。

1 系统功能需求分析

延河流域土壤侵蚀信息发布系统是基于WebGIS的专业信息网络发布平台[4]，除具有普通GIS系统所应有的图形管理、数据查询、打印出图等基本功能外，还可以实现流域土壤侵蚀模型演算、相关因子分析、因子差值等独特功能。其任务主要有4个方面：

1）实现延河流域自然环境概况信息发布，方便用户快速获取流域地形地貌、气候特征、河流水系、行政区划等背景信息。

2）实现流域土壤侵蚀相关因子多年原始数据的查询和数据处理方法的解释。

3）流域土壤侵蚀模型（chinese soil loss equation, CSLE）演算[7]，实现土壤侵蚀评价过程的可视化和用户对可评价因子计算结果的查询。

4）通过对流域历年土壤侵蚀结果以及相关因子的分析，综合评价流域水土流失治理效果以及相关因子作用大小，为水土保持管理决策提供科学依据。

2 系统设计

2.1 系统组成

延河流域土壤侵蚀信息发布系统主要由4个模块组成，分别是地图发布模块、数据查询模块、模型演算模块、数据维护与打印输出模块[8]，系统的组成和总体设计框架如图1所示。

1）地图发布模块：主要用于储存与土壤侵蚀有关的图形图像信息，包括区域概况相关图件（DEM图、行政区划图等）、土壤侵蚀评价图、各种矢量图（雨量站点分布图、水系分布图等）及各类专题图等，并根据实际需要对图形图像信息实现科学管理。

2）数据查询模块：用于储存土壤侵蚀有关的数据资料，包括基本信息数据（自然地理概况）、监测数据（日降雨量）和文本文件（模型描述）等，并根据实际需要实现对数据信息的科学管理。

3）模型演算模块：主要建立了基于SuperMap土壤侵蚀模型[9]（chinese soil loss equation, CSLE），以及降雨侵蚀因子（R）、土壤可蚀因子（L）、坡度（S）坡长（L）因子、生物措施因子（B）、工程措施因子（E）、耕作措施因子（T）模型的演算过程，实现流域土壤侵蚀评价结果的可视化。

4）数据维护与打印输出模块：主要服务于数据的实时更新、定期维护和数据查询结果的打印输出。

2.2 系统数据

图1 系统总体设计框架

所使用的数据主要有实测数据、遥感数据和调查数据3种，实测数据主要包括水文站观测的径流泥沙数据、雨量站观测的降雨数据等；遥感数据主要包括流域30 m分辨率的Landset-4/5的TM 影像；调查数据主要包括流域水土保持措施数据、流域水土流失和水土保持场景数据、地表覆盖状况数据等。

表1 延河流域土壤侵蚀信息发布系统基础数据

2.3 数据处理

数据处理主要是利用遥感图像处理软件Erdas8.7、地理信息系统软件ArcGIS9.2、ArcView3.3、SuperMap Deskpro 2008。通过Erdas对遥感影像进行校正配准、图像增强等预处理，然后基于地物标志解译图像获取矢量图。其他数据可以通过ArcGIS、SuperMap Deskpro进行处理形成相应的点、线、面矢量文件，运用ArcGIS的空间数据差值方法[10]，分别产生各相关因子评价图和土壤侵蚀评价图。最后将所有矢量数据、栅格数据导入SuperMap Deskpro，生成SDD、SDB文件，然后进行数据发布[11]，如图2所示。

2.4 土壤侵蚀因子数据模型演算

图2 系统数据发布

土壤侵蚀因子数据模型主要涉及到降雨侵蚀力因子模型、土壤可蚀性因子模型、坡度坡长因子模型、水土保持措施因子、林草措施因子、工程措施因子、耕作措施因子。

以降雨侵蚀力计算模型为例，采用章文波的全国日降雨数据拟合公式[12]，计算了1980～2000年和2006 年各个站点半月降雨侵蚀力，由此计算得到1980～2000年和2006年半月平均、月平均、逐年、年平均降雨侵蚀力，然后利用计算得到的结果，采用IDW反距离加权内插方法进行降雨侵蚀力空间表面插值，得到降雨侵蚀力表面。模型如图3所示。

图3 降雨侵蚀因子模型计算

式中，k=1，2，…，m 是某半月内侵蚀性降雨日数；Pk是半月内第k 天的日雨量；Pd12是一年

内侵蚀性降雨日雨量的平均值（即一年中大于等于12 mm 日雨量的总和与相应日数的比值）。Py12是侵蚀性降雨年总量的多年平均值，降雨侵蚀力单位为公制单位（MJ·mm·ha-1·h-1·a-1）。

3 结 语

本系统界面简约、精美、实用、友好，力求操作简洁，用户可以直接有效地获取信息。其次，系统依据CSLE演算出延河流域土壤侵蚀量。此外，系统实现了延河流域35个降雨站点近10 a内各年的月降雨、年降雨因子的动态计算和查询；最后，系统将SuperMap软件组件与分析模型、网络平台有机结合，相互发挥优势，避免了组件的机械堆砌，使用户操作更为简易快捷。

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P208

B

1672-4623（2015）03-0085-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.030

胡文敏，博士,工程师，研究方向为土地利用管理、土地生态环境过程模拟。

2014-04-02。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41001071）。