1、1全国土壤侵蚀遥感快速调查工作规程（第一阶段）（一九九九年试行稿）1. 土壤侵蚀遥感快速调查技术系统包括全国土壤侵蚀工作的软硬件环境，以胜任各省土壤侵蚀遥感快速调查工作和全国土壤侵蚀数据集成工作为标准。由人机交互判读系统和数据集成与分析系统构成。1.1 人机交互图像判读系统1.1.1 人机交互图像判读系统的硬件配置数据采集与土壤侵蚀专题分析以数字栅格图像作为主要信息源，以人机交互的数字作业方式为主，对系统配置的要求较高。为满足运作需要，主要依靠高性能的 586 微机组成图像判读系统，其基本配置为：主频： 166MHZ 以上内存： 32-64MB硬盘： 2.5GMB 以上驱动器： 光驱、3”软盘
2、驱动器显示缓存： 2-4MB显示器： 15”显示分辨率：800640颜色分辨率：32K 真彩色为保证数据安全及存储需要，配置 8mm 磁带机，型号为 Exbayte8505。1.1.2 人机交互判读系统的软件配置主要使用的操作系统为 Windows 95，采用 INTERGRAPH MGE 、Corel Draw 的 Draw 模块为判读解译的主要软件。其主要特点为： 具有图形栅格与矢量相结合的功能。 具有多种数据格式交换功能，能方便地实现与 ARC/INFO 的数据交换。 各种工具易于操作。1.1.3 扫描与图像处理软件采用 Windows 95 操作平台下的 Photoshop、 Imag
3、e plus 作为图像扫描处理软件。1.2 数据集成系统与网络以 RS-GIS 一体化大型服务器网络系统设备完成数据库集成任务。其数据处理、分析与数据共享设备及其软件的设计包括下述方面。21.2.1 数据集成系统 硬件配置 工作站内存： 32-64MB硬盘： 5-14GB缓存： 4MB显示器：21” 分辨率 12801024 Exabyte 8mm 磁带机： 8700、8505、8205，记录长度 5GB 软件平台 操作系统：Soloris 2.5+5.4 Openwindows 中文Soloris 4.1.3+1.0 Openwindows 西文 GIS 软件平台：ARC/INFO 7.0
4、中文版 3 套、Imagine8.10 2 套 外部设备笔式绘图仪：mutom xp-500 serniesHP 350C A0 幅面彩色喷墨绘图仪：分辨率为单色 600600（dpi）和彩色 300300（dpi）24 bit-Color，内存 36MB，打印速度 1 张/3minHP 660C 彩色喷墨绘图打印机EPSON STYLUS PHOTO700: A0 幅面，分辨率 1440 dpi ，6 色Panasonic KX-6500 激光打印机1.2.2 网络各主要技术系统之间的网络连接，主要采用如下方案：人机交互式系统采用 Windows 95 或 Win NT 下的局域网，星形拓扑
5、方案连结，采用 Microsoft 网络协议进行组内资源共享。图像处理系统内部采用Ethernet-NDIS 数据网。各处理系统与判读系统、集成系统采用 Ethernet-NDIS 网进行数据传输与资源共享。 图像处理系统与其它子系统采用磁带机进行数据交换与传输。1.3 省级系统参考设计人机交互判读系统：PC586 以上微机及其图像处理、人机交互判读软件省级数据集成系统：中档以上工作站及其图象处理、GIS 软件数字化输入设备：扫描仪或数字化仪数据备份与数据交换设备：Exabyte 8mm 磁带机或光盘刻录机成果输出设备：A0 幅面彩色喷墨绘图机、激光打印机等2. 全国土壤侵蚀遥感快速调查作业流
6、程采用人机交互的目视判读分析方法，根据 TM 影像、土地利用、DEM 模型或地形图，并参考其它相关资料及图件，直接分析土壤侵蚀类型、坡度、植被覆盖度、沟谷面积比例或沟谷密度等状况，并据此判定土壤侵蚀强度后，在微机屏幕上进行土壤侵蚀强度勾绘、制图。作业比例尺 110 万。具体工作流程3如图 1 所示。 野 外 调 查及 相 关 资料 分 析土 壤 图地 质 图地 表 组成 物 质土 壤 侵 蚀 类 型 及 强 度 分 布 图 土 壤 侵 蚀 类 型 及 强 度 分 类 数 据土 壤 侵 蚀 类 型 及 强 度 分 级GIS数 据 库土 壤 侵蚀 类 型 植 被盖 度土 壤 侵 蚀 强 度 参 考
7、 指 标 要 素 分 析沟 壑密 度TM影 像地 形 图DEM坡度 土 地 利 用图 1 土 壤 侵 蚀 遥 感 快 速 调 查 工 作 流 程土 壤 侵 蚀 强 度 人 机 交 互 勾 绘土 壤 侵 蚀 强 度 图 形 编 辑 与 省 级 数 据 集 成2.1 遥感信息源处理、资料制备与野外作业2.1.1 遥感图像选择采用以 1995-1996 年度为主的（110 万）TM 假彩色合成数字影像，由项目技术主持单位根据项目合同与实施方案统一提供分省数据文件。该图像已经根据省级行政区域完成分景之间的镶嵌，并进行了统一的投影处理，叠加了以县为基本单元的行政界限。使用的全国 110 万比例尺地形图部
8、分版本较老，全国各省、市、县界在成图后有较大的变动，已对照新版 125 万地形图进行行政界线的订正和修改。图像处理的几何精校正采用最小二乘法计算。校正方程根据控制点选取情况采用 2 次到 3 次多项式进行。象元重采样采用最近邻点法或双线性插值法。校正后每个象元的分辨率为 30 米。生成的省级图像文件和行政界线数据，其投影方式为等面积割圆锥投影。采用全国统一的中央经线和双标准纬线。中央经线为东经 105，双标准纬线为北纬 25和北纬 47，坐标原点为 0,0。由于我国具有地域辽阔、自然环境复杂多样的特点，在 TM 图像的季相确定时，既要注意所在调查区域内 TM 信息瞬时覆盖时本身的质量（如含云量
9、度 1500011.1注 本表流失厚度系按土壤容重 1.35 g/cm3 折算，各地可按当地土壤容重计算之。表 4 面蚀分级指标地面坡度地类 5-8 8-15 15-25 25-35 35非耕地 60-75845-60 度 强 度30-45轻中 度 强 度 极强度林 草覆盖度（%） 7 40表 6 风力侵蚀型侵蚀强度分级级 别 床 面 形 态(地表形态)植被覆盖度(%)(非流沙面积)侵蚀模数(t/ km2a)1 微 度 固定沙丘, 沙地和滩地 70 150004. 图像判读、矢量图生成与图斑面积量算4.1 土壤侵蚀类型及强度判读交互判读的主要内容是土壤侵蚀类型及强度，分类按本规程规定的土壤侵蚀
10、类型及强度分类系统。人机交互判读作业主要包括下述环节：（1）首先输入省（区）级影像栅格文件（TIF 格式） ，进行分块作业。（2）利用 Intergraph MGE 或 Corel Draw 软件对栅格数据和矢量数据的综合处理能力、数据分层管理功能，设置 TM 图像层、土地利用层、地形或坡度层等，作为土壤侵蚀分析的主要数据基础。影像文件作为判读分析的主要信息源，根据影像特征，建立判读标志后，分析植被、沟谷面积比或沟谷密度、地表形态、地面组成物质等专题信息，但在第一阶段不进行单独专题制图。通过建立新的数据层面，以人机交互方式进行土壤侵蚀类型及强度判读，在计算机屏幕上，利用鼠标或笔式鼠标直接进行图
11、斑界限勾绘。判读完成后保存并输出*.DXF 矢量格式文件供后续图形编辑工作使用。（3）判读人员根据影像的判读标志，如色调（颜色） 、形状、位置、大小、阴影、纹理及其它间接标志和专家经验，邀请对该区域土壤侵蚀分布规律熟悉的水保专家参与，确定图斑属性，逐幅完成土壤侵蚀类型及强度判读。同时，直接操作鼠标，沿影像特征的边缘准确绘出地类界（界线应严格封闭） ，并赋地类属性，逐块完成全部类型的判读和进行准确的定位。具体包括：a. 首先分析判定土壤侵蚀类型，并勾绘侵蚀类型界；b. 依照 TM 和地形图分析判定坡度、植被、沟谷密度或沟谷面积比等土壤侵蚀强度间接指标；c. 在侵蚀类型图斑内依据间接指标划分并勾绘
12、侵蚀强度界线。9（4）判读结果的质量评定人机交互判读结果的好坏，决定着本次土壤侵蚀遥感快速调查最终成果的质量，因此始终把好质量关是提高成果精度的重要环节。质量检查主要内容包括：图斑定性和定位是否准确；作业方法是否符合有关规定；矢量图内弧段是否封闭、图斑是否漏号、是否建立图形的拓扑关系、以及图幅接边误差等等。质量检查样本采用随机抽样方法，各级检查图斑数不得少于图幅总图斑数的 5%，按精度要求不合格者应及时返工。（5） 判读精度：判对率 95%，定位偏差 0.5mm，相当于屏幕解译线划描迹精度为一个象元点；（6）制图精度：最小图斑66 个象元，条状图斑短边长度4 个象元。4.2 矢量图生成（1）在
13、 Corel Draw 或 MGE 中导出图像目视解译结果，选取 File/Export或 Ctrl+H，在指定目录下键入文件名，存为类型一栏选 AutoCAD(DXF)，然后按 Export。（2）在 ARC/INFO 下键命令 DXFINFO 查看 DXF 文件有关分层的信息。再分别键入命令 DXFARC 将文件各层内容生成：土壤侵蚀图斑的 Coverage；属性代码注记的 Coverage。启用 Arcedit 模块编辑各图图形，配准起控制作用的图廓 TIC 点。（3）正轴等面积双标准纬线圆锥投影（Albers）的设计：圆锥投影是假设一个圆锥面与地球体相切或相割，并根据特定条件将经纬线投
14、影到圆锥面上去，然后沿一条母线切开展平而得。正轴圆锥投影是地轴与圆轴重合，因此其纬线表象为一组同心圆弧，经线表象为交于一点的直线束，其交角与经差成正比。等面积双标准纬线圆锥投影的设计参数如下：中央经线选取东经 105坐标原点位于东经 0与北纬 0交点；南标准纬线为北纬 25；北标准纬线为北纬 47；采用克拉索夫斯基椭球体：a=6378245.0000b=6356863.0188扁率倒数=298.3投影比例尺 11（即为实际大地坐标）单位：米根据基本信息源深加工处理部门提供的坐标，生成 TIC 点坐标与图像数学基础一致的空 Coverage。用 Transfor 命令后跟 Projective
15、参数将 Coverage 恢复成图像所固有的投影坐标系统。（4）启动ARC 用 Project 命令将所有图件全部转成全国统一的等面积割圆锥投影坐标系统。在 Input 和 Output 中子命令 Projection、Units、Parameter和 Spheroid 后面所需跟的参数，由进行基本信息源深加工处理的部门提供。有以下两点请注意：A若用于投影转换的机器执行 Spheroid 子命令选取克拉索夫斯基椭球体10（Krasovsky）无效时，不能用默认值克拉克椭球体（Clarke 1866）代替，此项任务应传在工作站上去完成。B图像判读和图形编辑完成后，必须进行投影转换，其目的在于给C
16、overage 留下投影的有关记录。此时可写成批处理文件，其后若跟一个PRO.SML 参数，很容易就能自动完成。PRO.SML 文件的写法如下： INPUTPROJECTION ALBERSUNITS METERPARAMETER25 0 047 0 0105 0 00 0 000 OUTPUTPROJECTION ALBERSUNITS METERSSPHEROID KRASOVSKYPARAMETER25 0 047 0 0105 0 00 0 000END（5）土壤侵蚀图经查错修改确认无误后，与行政区划图统一图廓边，最后须用 CLEAN 建立拓扑关系。至此，全部图件可交质检组转下一工序。
17、4.3 作业片间的接边处理包括同一完成单位省内不同图幅或不同工作区域间的接边和不同完成单位间的省际接边。具体接边内容包括属性接边和图形接边两个方面，属性接边指不同侵蚀类型和强度分级的协调接边，即图幅间和省际定性一致，后者指具体图斑界线的接边，即要求图幅间和省际定位准确。（1）作业片间的接边处理在工作站上选用有经验的作业人员进行。（2）在 ARC/INFO 软件支持下用 MAPJOIN 命令将省级图形文件接接在一起。拼接图幅多少视文件数据量而定。在 ARCEDIT 中对相邻两个省级文件图形实施接边处理。相邻图幅接边的方法和命令如下：:display 4:mapextent Lcov Rcov:e
18、ditcoverage Lcov:drawenvironment arc:backcoverage Rcov 2:backenvironment arc11:draw在 ARCEDIT 中对相邻两个省级文件同一专题层面的图形实施接边处理。特别注意在接边过程中移动了的线段，必须保证两图叠加后不会出现“双眼皮”现象。4.4 图斑面积量算4.4.1 面积测算作业必备资料有行政单位名称、各县市控制面积与符合国标编码的数据库文件。土壤侵蚀图、行政区划图。4.4.2 对面积测算作业所需图件的要求A所有图件须完成投影转换，并纳入指定的坐标系统。B土壤侵蚀图多边形属性码正确无误，不得有一斑多码或邻斑重码现象。
19、C行政区划图各图斑属性码必须与国标编码库文件相符。D各图建立拓扑关系后不得作任何改动，修改后须再建拓扑关系。E建议各图清除假节点以压缩文件数据量，也可缩短面积测算时间。4.4.3 图斑面积测算对土壤侵蚀图进行面积平差计算：据控制面积按各类地物所占比例分级平差，并将平差后的最终数据纳入分省数据库。提取行政单位编码、土壤侵蚀属性、图斑面积数据等项，构造全国数据总库。5数据库集成系统设计要求建立在网络上运行的分布式系统，故采用客户/服务器（Client/Server）方式进行数据库集成。需要集成的图形数据、属性数据和图像数据是经过陆地卫星数据 TM 经深加工处理、图像判读、矢量图生成等许多过程生成的
20、中间数据和成果数据，在数据库集成时，数据库集成原则和规范、数据入库编码、各种类型的数据的组织、存贮和管理、硬件及软件工作平台的确定、界面的功能设计及运行等都应进行统筹考虑。5.1 数据库集成原则按系统总体设计的要求，数据库集成应遵循以下原则：A规范化原则，包括数据的分类编码的规范化、空间数据的数学基础的规范化，数据存贮格式及系统环境的规范化。B完备性原则，数据应达到整体系统对数据完备的要求。C可操作性原则，系统功能界面简单明了，易于操作。D可扩展性原则，数据库及系统功能界面按要求可进行扩充。5.2 数据库集成运行环境数据库系统集成和功能界面的设计运行效率的高低和速度快慢依赖于硬件及软件类型是否
21、理想。为了达到整体系统设计要求，本底数据库集成系统设计12在局域网（LAN）上运行，将硬件平台、软件环境及数据库集成系统进行整体考虑和统筹设计。硬件平台：因本底数据库数据量巨大、类型多样，并且需要对部分中间数据和成果数据按要求统一进行集成，故对硬件环境要求高。现考虑以 Sun 工作站为主要工作平台，外加联网高档 586 微机作为硬件集成环境。软件环境：本底数据库集成的软件环境可包括工作站软件环境和微机软件平台两部分。A 工作站软件环境，以 UNIX 为工作站操作环境，以 ARC/INFO 7.0 和ARCVIEW 2.1 作为系统集成的 GIS 核心软件环境。B微机软件环境，以 Windows
22、 95 或 Windows NT 为操作环境，以 MS Virsual C+4.2、MS Virsual basic 4.0、MS Virsual Foxpro、Power builder 等软件作为微机平台开发编程环境，以及各种多媒体开发和设计软件作为多媒体系统开发的软件环境。5.3 数据类型根据总体设计，最后需集成的图形数据在第一阶段主要有土壤侵蚀数据和行政界线数据，以及以上数据套合后的复合数据等。专题数据包括基础层面、专题分析层面、综合分析层面等 3 个层面，涉及由数据获取到结果生成的整个分析过程中所产生的全部数据。基础专题层面包括行政和流域界线、土地利用。专题分析层面包括数字高程模型、
23、坡度、高程带等专题。这些是在前者的基础上实施初步分析的阶段性数据结果。综合分析层面是土壤侵蚀强度。图形数据库的集成主要是实现对空间数据的管理，在计算机中以 Coverage作为基本图幅单元进行组织，以 ARC/INFO 的 Library 功能，用“图层（Layer） ”和“分块单元（Tile） ”两个概念对空间数据进行组织和管理，在集成的数据库系统中按要求进行 Tile 的分割。地理信息系统数据库的最主要特点是它具有空间属性。任何一种地物特征都与一定的空间位置、空间延展性和彼此间的空间相互联系，这是空间数据库区别于其它类型数据库（如商业数据库）的主要标志，也同时决定了空间数据库的组织一都采用
24、层的概念，每个层表达一种地物特征的空间分布，土地利用层表示耕地、林地、草地等的空间分布等等。层与层之间通过统一的坐标及投影系统建立空间联系。空间数据库由如下数据层面构成（图 2） 。13土 壤 侵 蚀 强 度土 壤 侵 蚀 类 型土 地 利 用 层流 域 界 线 层省 级 边 界 层TM影 像 层图 2 全 国 土 壤 侵 蚀 遥 感 调 查 空 间 数 据 库 层 面 构 成5.4 属性数据库集成属性数据主要有两个来源：（1）在图形数据库集成时，每个层面的数据和每个图幅的数据都伴随一个属性数据文件，由这些属性数据文件集成的属性数据；（2）多专题数据经过 ARC/INFO 中的 IDENTIT
25、Y 命令叠加形成的组合图，其所伴生属性数据，形成全国土壤侵蚀面积量算的属性数据库。属性库同图形库一起伴随生成，是图形库不可缺少的一部分，以 Coverage为单位，按图形库的组织和管理进行存贮。用 ARC/INFO 功能对这些属性数据进行基本操作和管理，尽管 INFO 的数据管理及开发环境不是很好，但ARC/INFO 所具有的 ODBC 功能可以使系统方便的同其他数据管理系统连接，以达到系统设计的要求。全国面积汇总生成的属性数据库，数据量大，整体设计要求对此库的管理和查询功能更高。在工作站环境中设计难度大，故将其数据转成 DBF 格式，移植到微机平台上，借助微机软件丰富、开发环境平台高、容易达
26、到设计要求的特点，故属性库 B 的管理及系统界面设计在微机平台上进行。以图形数据库界面设计功能为基础，外加属性数据的显示和查询功能，达到图形数据和属性数据的结合，实现图形数据和属性的同步定位和条件组合查询、显示功能。5.5 集成数据库基本功能及其实现以图形数据库、属性数据库、图像数据库为基础，设计出对其进行管理的功能系统界面；系统以 Client/server 为运行模式，以 ARC/INFO 7.0 为核心管理环境，实现对三个库的管理和访问，以 ARC/INFO 的宏语言（AML ）和ARCVIEW 的 AVENUE 作为功能实现和界面设计的编程环境。6成果及提交方式 全国土壤侵蚀类型图 全
27、国土壤侵蚀强度图 全国耕地坡度分级图14 全国分省分流域土壤侵蚀类型、强度面积汇总数据第一阶段土壤侵蚀遥感调查作业比例尺 110 万；成图比例尺因流域和省面积差异而不同，全国为 1250 万，流域或省为 1100 万或 150 万（1 至 2 个全开印张） 。7时间安排全国土壤侵蚀遥感快速调查采用 95-96 年度为主的遥感信息源，调查比例尺为 110 万，第一阶段工作于 1999 年 10 月前完成，实现对全国的土壤侵蚀快速调查，以定性判读为主，初步查清我国土壤侵蚀类型、强度及面积分布。具体时间安排如下：（1）1999 年 2 月-1999 年 3 月为项目正式启动，技术规程（第一阶段）的制
28、定，队伍的组织。（2）1999 年 3 月-1999 年 6 月，全面开展全国土壤侵蚀类型及强度的外业调查、全数字人机交互判读和数据集成。（3）1999 年 7 月-1999 年 8 月为数据集成和成果汇总阶段。8单位分工与管理机制8.1 单位分工水利部水土保持监测中心为主持单位，负责项目实施，协调部门之间的工作；组织项目方案和技术规程论证、批准方案并主持实施；负责野外调查及野外装备；负责每省出 1-2 名熟悉本区域水土保持现状的专家参与作业咨询；负责相关资料购置；组织各省技术队伍，监督各省按时完成所承担的工作；协助技术主持单位对整个项目进度与质量进行检查，组织项目第一阶段成果验收等。水利部系
29、统各单位负责完成本流域或本省范围内土壤侵蚀类型及强度图的遥感判读分析，图形编辑和 ARC/INFO 环境下整流域和整省数字文件的最终形成。中国科学院遥感应用研究所为技术负责单位，全面负责技术主持，制定实施方案、技术规程（第一阶段）的制定与修改完善；提供以 95-96 年度为主的110 万 TM 影像及土地利用数据库；负责各省成果的全国汇总、省际图形接边检查处理等工作；负责中国科学院资环局内部队伍工作的组织协调，建立全国土壤侵蚀遥感调查图形数据库和属性数据库。8.2 管理机制(1)成立项目领导小组，争取得到水利部的直接领导和支持，以水利部主管领导为组长，水利部有关职能部门负责人和专家为主体，邀请参加单位的项目负责专家参加，负责项目组织、监督经费使用；(2)实行项目的评估制度，由技术主持单位组织成立项目技术总体组，定期对项目的进展情况、工作的质量水平进行检查，对发现的技术问题提出调整措施和意见；(3)项目主持单位成立项目办公室，负责相关资料购置、日常事务工作和沟通信息等；15(4)由项目技术负责单位提出最终实施方案和工作规程，并在实施过程中负责技术指导和技术把关。
