CN104698508A - 一种用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其包括壳体、设置在壳体内部的控制单元以及远程数据服务器；所述控制单元包括用于生成调查单元土壤流失量空间分布图层的数据处理单元、用于将调查单元划分为多个地块的地块划分单元、存储单元、通讯单元以及用于导航的GPS导航单元，地块划分单元、存储单元、通讯单元、GPS导航单元与所述数据处理单元分别通讯连接，所述数据处理单元与所述远程数据服务器通过无线网络通讯连接；本发明能够科学准确的完成土壤侵蚀调查，并能直接生成土壤流失量空间图层，能够直观准确地反映调查单元的土壤流失量。

Description

一种用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置及方法

技术领域

本发明涉及一种土壤侵蚀野外调查方法，具体的涉及一种用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置及方法。

背景技术

土壤侵蚀是指土壤或成土母质在水、风等外力作用下被破坏分离、搬运和沉积的过程，严重的土壤侵蚀不仅造成人类赖以生存且日趋紧缺的土地资源退化，侵蚀泥沙还造成河湖渠库淤积，增加洪水隐患，并因吸附大量化肥残留物进入河网水系而污染水体。目前，土壤侵蚀已经成为我国头号的环境问题。只有查清一定区域范围内土壤侵蚀的分布、面积与强度，掌握土壤侵蚀动态，才能科学的进行水土保持规划和水土保持措施布设，为科学评价水土保持效益及生态服务价值提供基础数据，为国家水土保持与生态建设提供决策依据，为我国数字水土保持工作奠定基础。

我国从20世纪80年代，已开展了三次基于遥感技术的土壤侵蚀调查，主要方法是利用30m×30m空间分辨率TM遥感影像和1∶5万地形图资料，在GIS技术支持下，利用人机交互判读方法，对非农地采用坡度与植被覆盖、对农地采用坡度直接判断土壤侵蚀强度。网格估算可以实现全区域无缝隙评价，但每块地的精度并不高。主要存在3个问题:一是30m×30m空间分辨率依然较粗，尤其是无法反映土地利用破碎和有水土保持措施分布时的真实情况；二是考虑因素不够，评价只依据地形和植被覆盖2个因子，既没有考虑侵蚀动力—降雨，也没用考虑被侵蚀对象—土壤；三是定量不足，评价结果只能区分土壤侵蚀强度级别，无法估算土壤流失量。为了解决以上问题，我国第一次水利普查水土保持专项普查综合应用了野外分层抽样调查、遥感解译、统计报送、模型计算等多种技术方法和手段。这些方法的应用虽然很好的解决了遥感调查中精度不高和无法定量化的缺点，但是也增加了大量的工作环节。主要工作环节可概括为前期准备、资料准备、野外调查、数据处理上报、土壤侵蚀现状评价五部分，因此需要在无论在前期和后期进行大量室内数据准备、处理、分析和计算工作，才能获得调查区域的土壤流失状况，这也意味着调查人员无法在野外现场调查过程中直接获取定量计算结果和空间结果，影响了调查效率。

发明内容

本发明为了解决上述提到的现有的土壤侵蚀野外调查存在的调查结果不准确、调查方法不科学、经济成本高且效率低等缺点，提供一种用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，能够方便快捷的完成土壤流失量计算，并能够直接生成土壤流失量空间图层，能够更好更有效率的完成土壤侵蚀的野外调查。并基于该便携式装置，本发明同时提供了一种土壤侵蚀野外调查的方法，实现对土壤侵蚀的野外调查与实时监控。

具体的，本发明提供一种用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其包括壳体、设置在壳体内部的控制单元以及远程数据服务器；所述壳体的外表面设置有触摸屏、数据端口、电源指示灯以及摄像装置；

所述控制单元包括通讯连接的数据处理单元、地块划分单元、存储单元、通讯单元以及用于导航的GPS导航单元，所述数据处理单元与所述远程数据服务器通过无线网络通讯连接；所述存储单元和/或远程数据服务器存储有调查单元的地形图以及遥感图像、降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、郁闭度/盖度数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库；

所述数据处理单元包括降雨侵蚀力因子获取单元、土壤可蚀性因子获取单元、工程措施因子获取单元、耕作措施因子获取单元、植被覆盖与生物措施因子获取单元、地形因子获取单元、郁闭度/盖度获取单元、地块土壤流失量计算单元以及调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元；地块划分单元用于通过触摸屏将调查单元的遥感图像划分为多个地块，并以矢量图层的方式单独存储各个地块；

所述摄像装置用于获得盖度照片及郁闭度照片，所述郁闭度/盖度获取单元根据盖度照片及郁闭度照片获得盖度以及郁闭度；以及

所述触摸屏用于获取用户的触摸操作并显示仪器状态和土壤流失量空间分布图层。

优选地，所述数据端口包括RS485数据端口、RJ45数据端口、CAN总线数据端口以及USB数据端口；所述电源指示灯用于指示供电电源的状态；所述触摸屏、电源指示灯、数据端口、摄像装置分别与数据处理单元通讯连接。

优选地，降雨侵蚀力因子获取单元用于通过触摸屏输入各个地块的降雨侵蚀参数，通过公式计算得到各个地块的降雨侵蚀力因子R，

土壤可蚀性因子获取单元用于通过触摸屏输入各个地块的土壤侵蚀参数，通过公式计算得到各个地块的土壤可蚀性因子K，

工程措施因子获取单元用于通过地块的工程措施类型从工程措施因子图层数据库中获得工程措施因子E，

耕作措施因子获取单元用于通过地块的耕作措施类型从耕作措施因子图层数据库中获得耕作措施因子T，

植被覆盖与生物措施因子获取单元用于根据水土保持措施类型和植被类型计算获得植被覆盖与生物措施因子B，

地形因子获取单元用于根据测量得到的每个地块内所有坡段的坡长和坡度，计算得到每个地块的坡长因子L以及坡度因子S，

地块土壤流失量计算单元用于调用各个数据并根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到每个地块的土壤流失量A，

调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元用于通过将地块土壤流失量计算单元计算出的每个地块的土壤流失量A赋值到每个地块的矢量图层上，并对每个地块进行颜色标记，获得调查单元土壤流失量空间分布图层。

优选地，所述调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元用于通过调用存储单元存储的降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库直接生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

优选地，植被覆盖与生物措施因子获取单元用于根据地块24个半月的郁闭度/盖度值以及降雨侵蚀力因子计算植被覆盖与生物措施因子B值，其中每个地块24个半月的郁闭度/盖度值从郁闭度/盖度数据库中获取、各个地块的24个半月的降雨侵蚀力因子通过读取每个地块所在的地理坐标依据存储单元存储的调查单元的年均降雨侵蚀力因子空间图层数据库获取。

优选地，所述控制单元还包括地块栅格划分单元，所述数据处理单元还包括地块栅格地形因子获取单元以及地块栅格土壤流失量计算单元。

优选地，所述地块栅格划分单元用于将地块划分单元划分出的每个地块划分为多个10m*10m的地块栅格，并以矢量图层的方式单独存储各个地块栅格，

所述地块栅格地形因子获取单元用于从坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库中获取每个地块栅格的地块栅格坡长因子L以及地块栅格坡度因子S，

所述地块栅格土壤流失量计算单元根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到每个地块栅格的地块栅格土壤流失量A，其中L、S为地块栅格坡长因子L以及地块栅格坡度因子S，而R、K、B、E、T为地块栅格所在地块的降雨侵蚀力因子R、土壤可蚀性因子K、工程措施因子E、耕作措施因子T、植被覆盖与生物措施因子B，

所述调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元用于将每个地块栅格土壤流失量A赋值给调查单元内所有地块栅格的矢量图层，生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

优选地，一种利用所述的用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置的土壤侵蚀野外监测的方法，其包括以下步骤：

S1、选定一个调查单元，将调查单元的地形图以及遥感图像存储在存储单元内部，根据调查单元的遥感图像，通过GPS导航单元导航行至调查单元附近；

S2、对调查单元进行地块划分：地块划分单元将具有相同的土地利用类型、水土保持措施类型以及郁闭度/盖度的连续空间范围划分为一个地块，从而将整个调查单元划分为若干个地块；

S3、确定地块边界：在触摸屏显示的调查单元遥感图像上，通过触摸方式勾绘地块边界，或者利用GPS导航单元在调查单元对应的实际地块周围定位边界并在遥感图像上进行地块边界绘制，并将各个地块保存为单独的矢量图层对调查单元的所有地块进行编号，并记录每个地块的地理坐标、土地利用类型、生物措施类型、工程措施类型以及耕作措施类型；

S4、摄像装置对每个地块进行拍摄，获得地块的郁闭度照片以及盖度照片，通过将郁闭度照片以及盖度照片与郁闭度/盖度取值标准图进行比对，郁闭度/盖度获取单元获得每个地块的郁闭度值以及盖度值；

S5、填写土壤侵蚀野外调查表：通过触摸屏将调查单元的基本信息以及每个地块的地块信息填写在土壤侵蚀野外调查表中并进行保存，所述地块信息包括地块编号、土地利用类型、生物措施类型、工程措施、耕作措施、郁闭度值、盖度值；

S6、降雨侵蚀力因子获取单元通过触摸屏输入各个地块的降雨侵蚀参数，通过公式计算得到各个地块的降雨侵蚀力因子R，

土壤可蚀性因子获取单元通过触摸屏输入各个地块的土壤侵蚀参数，通过公式计算得到各个地块的土壤可蚀性因子K，

工程措施因子获取单元通过地块的工程措施类型从工程措施因子图层数据库中获得工程措施因子E，

耕作措施因子获取单元通过地块的耕作措施类型从耕作措施因子图层数据库中获得耕作措施因子T，

植被覆盖与生物措施因子获取单元根据水土保持措施类型和植被类型计算获得植被覆盖与生物措施因子B，

地形因子获取单元根据测量得到的每个地块内所有坡段的坡长和坡度，计算得到每个地块的坡长因子L以及坡度因子S，

地块土壤流失量计算单元调用各个数据并根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到每个地块的土壤流失量A；

S7、生成调查单元土壤流失量空间分布图层：土壤流失量空间分布图层生成单元将保存的各个地块土壤流失量A赋值给各个地块的矢量图层，并对每个地块进行颜色标记生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

优选地，还包括以下步骤：

S8、地块栅格划分单元对每个地块进行栅格划分，得到大小为10m*10m的地块栅格，并以矢量图层的方式单独保存每个地块栅格，地块栅格地形因子获取单元在坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库中获取地块栅格坡长因子L以及地块栅格坡度因子S；

S9、地块栅格土壤流失量计算单元根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到地块栅格土壤流失量A，其中L、S为地块栅格坡长因子L以及地块栅格坡度因子S，而R、K、B、E、T为地块栅格所在地块的降雨侵蚀力因子R、土壤可蚀性因子K、工程措施因子E、耕作措施因子T、植被覆盖与生物措施因子B；

S10、生成调查单元土壤流失量空间分布图层：所述调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元将每个地块栅格土壤流失量A赋值给调查单元内所有地块栅格的矢量图层，生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

优选地，在S5填写土壤侵蚀野外调查表之后，所述调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元通过调用存储单元存储的降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库直接生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

本发明的优点如下所述：本发明在野外调查时，能够直接通过输入参数计算得到地块的降雨侵蚀力因子R、土壤可蚀性因子K、植被覆盖与生物措施因子B、坡长因子L、坡度因子S、工程措施因子E以及耕作措施因子T，通过水土流失计算单元计算得到地块的水土流失量，并通过地块土壤流失量空间图层生成单元生成地块的土壤流失量空间图层，能够在野外直观的反映调查单元的土壤侵蚀状况，调查结果精确、准确、科学，计算方便，工作效率高，降低了调查成本。

另一方面，该便携式装置能够利用这些因子根据时间变化较小或人为变化较小的特性，在远程数据服务器3中或便携式装置的存储单元25中直接存储相关数据，并生成栅格文件，从而得出上述各因子数据库，降低了数据更新的难度，调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元根据调查单元的降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库获得调查单元每个栅格的土壤流失量A，并最终获得调查单元土壤流失量空间分布图层。不存在数据获取的限制，在监测期内保证水土流失空间一致性得以体现。

最后，通过便携式土壤侵蚀野外调查装置实时的利用便携装置对水蚀区的土壤侵蚀进行调查，通过获得计算因子，生成土壤侵蚀野外调查表，明确了调查的目的，并在调查时最终生成地块以及10m*10m大小的栅格地块的土壤流失量空间分布图层，能够实时获得土壤流失的具体数量，方便调查、研究，在实际的待调查区域就能获知待调查区域的各个地块的水土流失情况，对区域水土流失进行监测，方便、快捷准确。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意框图；

图3为数据处理单元的结构示意框图之一；

图4为数据处理单元的结构示意框图之二；

图5为某野外调查单元遥感图像示意图；

图6为图5中野外调查单元内地块分布示意图；

图7为植物郁闭度/盖度取值标准图；

图8为图6中的野外调查单元地块信息示例表；

图9为调查单元的土壤流失量空间分布图层示意图之一；以及

图10为调查单元的土壤流失量空间分布图层示意图之二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构做进一步解释：

如图1及图2所示，本发明提供一种用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其包括壳体1、设置在壳体1内部的控制单元2以及远程数据服务器3；

壳体1包括设置在壳体1外部的摄像装置100以及设置在壳体1外部的数据端口，数据端口包括RJ45网络端口13、CAN数据接口14、RS485数据端口15以及USB数据端口16，壳体1上还设置有触摸屏11。

在触摸屏11上能够利用触摸进行操作，从而执行用户指令；通过数据端口能够实现与其余的监测仪或上位计算机的数据通讯。

控制单元2包括数据处理单元21、用于将调查单元划分为多个地块的地块划分单元22、GPS导航单元23、通讯单元24以及存储单元25，GPS导航单元23、通讯单元24以及存储单元25分别与数据处理单元21通讯连接。在实际应用中，通讯单元24一般为无线通讯单元。控制单元2还包括地块栅格划分单元222，用于对地块进行栅格划分。

通过本地下载或通过远程数据服务器下载在存储单元25内部存储有降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库。

如图3所示，数据处理单元21包括降雨侵蚀力因子获取单元211、土壤可蚀性因子获取单元212、工程措施因子获取单元213、耕作措施因子获取单元214、植被覆盖与生物措施因子获取单元215、地形因子获取单元216以及郁闭度/盖度获取单元217、地块土壤流失量计算单元218以及调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元219。

如图图4所示，数据处理单元21还包括地块栅格地形因子获取单元220以及地块栅格土壤流失量计算单元221。

土地利用类型指的是土地利用方式相同的土地资源单元，是根据土地利用的地域差异划分的，是反映土地用途、性质及其分布规律的基本地域单位。是人类在改造利用土地进行生产和建设的过程中所形成的各种具有不同利用方向和特点的土地利用类别，可分为林地，草地，耕地，建设用地等。

水土保持生物措施是指为防治水土流失，保护与合理利用水土资源，采取造林种草及管护的方法，增加植被覆盖率，维护和提高土地生产力的一种水土保持措施，又称植物措施。主要包括造林、种草和封山育林、育草；保土蓄水，改良土壤，增强土壤有机质抗蚀力等方法的措施。

工程措施是小流域水土保持综合治理措施体系的主要组成部分，它与水土保持生物措施及其他措施同等重要，不能互相代替。是指为防治水土流失危害，保护和合理利用水土资源而修筑的各项工程设施，包括治坡工程(各类梯田、台地、水平沟、鱼鳞坑等)、治沟工程(如淤地坝、拦沙坝、谷坊、沟头防护等)和小型水利工程(如水池、水窖、排水系统和灌溉系统等)。

耕作措施是指以改变坡面微小地形，增加植被覆盖或增强土壤有机质抗蚀力等方法，保土蓄水，改良土壤，以提高农业生产的技术措施。如等高耕作、等高带状间作、沟垄耕作少耕、免耕等。

郁闭度是指乔木在单位面积内其垂直投影面积所占百分比，盖度是指灌木或草本植物在单位面积内其垂直投影面积所占百分比。

下面结合具体实施例对本发明的工作过程做进一步解释：

具体实施例1

S1、选定调查单元，通过本地下载或远程下载将调查单元的地形图、遥感图像、降雨侵蚀力因子图层数据库、土壤可蚀性因子图层数据库、郁闭度/盖度数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库存储在存储单元25内部。

根据调查单元的遥感图像，通过GPS导航单元23导航行至调查单元附近，遥感图像为调查单元的Google地图或分辨率更高的地图。图5显示了以北京市密云县作为调查单元时其遥感图像的示意图；

S2、地块划分单元22根据土地利用类型、水土保持措施类型以及郁闭度/盖度对调查单元进行地块划分，如图6所示，将具有相同的土地利用类型、水土保持措施类型以及郁闭度/盖度的连续空间范围划分为一个地块，从而将整个调查单元划分为若干个地块；

S3、确定地块边界：在触摸屏11上显示的调查单元遥感图像上，通过触摸方式勾绘地块边界，或者利用GPS导航单元23在实际调查单元的地块边界周围定位边界，确定地块后，将每个地块以矢量图层的方式进行单独保存，对调查单元的所有地块进行编号，并记录每个地块的土地利用类型、生物措施类型、工程措施类型以及耕作措施类型；

S4、摄像装置100对每个地块进行拍摄，获得地块的郁闭度照片以及盖度照片，郁闭度/盖度获取单元217根据郁闭度照片以及盖度照片与图7中的盖度/郁闭度取值标准图对比，根据郁闭度照片以及盖度照片获得每个地块的郁闭度值以及盖度值，盖度照片为地块垂直向下拍摄的照片，郁闭度照片为地块垂直向上拍摄的照片。

S5、填写土壤侵蚀野外调查表：通过触摸屏11将调查单元的基本信息以及每个地块的地块信息填写在土壤侵蚀野外调查表中并进行保存，所述地块信息包括地块编号、土地利用类型、生物措施类型、工程措施、耕作措施、郁闭度值、盖度值，野外调查单元地块信息表样例如图8所示，；

S6、降雨侵蚀力因子获取单元通过触摸屏11输入各个地块的降雨侵蚀参数，，通过公式计算得到各个地块的降雨侵蚀力因子R。

降雨侵蚀力是指降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，反映了雨滴具有的动能对土壤颗粒的打击分离能力，及其形成径流对被分离土壤颗粒的搬运能力。降雨侵蚀力R是表示降雨侵蚀力的定量指标，具体采用年降雨侵蚀力多年平均值标定。年降雨侵蚀力多年平均值的计算公式为：

式中，为多年平均年降雨侵蚀力(MJ(mm/hm²(h(a)；k＝1，2，......，24是1年24个半月。

k＝1，2，......，24

其中，为半月降雨侵蚀力多年平均值，表示一年中第k半月的降雨侵蚀力(MJ(mm/hm²(h)，该值通过下方的公式计算：

α＝21.239β^-7.3967

$\mathrm{\β}=0.6243+\frac{27.346}{{\stackrel{\‾}{P}}_{d12}}$

${\stackrel{\‾}{P}}_{d12}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{di}}$

式中，

P_dij为统计时段内第i年第k半月第j日大于等于12mm的日雨量；j＝1，2，......，m是第i年第k半月日雨量大于等于12mm的日数；i＝1，2，......，N是统计时段的年数；

P_di表示统计时段内第I个日雨量大于等于12mm的日子的实际日雨量；l＝1，2，......，n是统计时段内所有日雨量大于等于12mm的日数；

表示统计时段内日雨量大于等于12mm的日子的日雨量平均值(mm)。

降雨侵蚀参数即从地块对应雨站获取的多年日雨量信息，例如可以是10年至30年，作为统计时段。降雨侵蚀力因子获取单元211地块区域的多年日雨量信息获取上述式中的P_dij、P_di、m、N和n的值，从而计算出降雨侵蚀力因子R。

土壤可蚀性因子获取单元212通过触摸屏输入检测到的各个地块的土壤侵蚀参数，通过公式计算得到各个地块的土壤可蚀性因子K，计算公式如下所示：

$K=\{0.2+0.3\exp [-0.0256S_a(1-\frac{S_i}{100})\left]\right\}{\left(\frac{S_i}{C_l+S_i}\right)}^{0.3}[1-\frac{0.25C}{C+\exp (3.72-2.95C)}][1-\frac{0.{7S}_n}{S_n+\exp (-5.51+22.9S_n)}]$

式中：S_n＝1-S_a/100；S_a为砂粒含量％(2-0.05mm)；S_i为粉砂含量％(0.05-0.002mm)；C_l为粘粒含量％(<0.002mm)；C为有机碳含量(％)。

土壤侵蚀参数即上式中涉及的砂粒含量S_a、粉砂含量S_i、粘粒含量C_l及有机碳含量C。

工程措施因子获取单元213通过地块的工程措施类型从工程措施因子图层数据库中获得工程措施因子E，工程措施因子图层数据库内容如附表1所示。

耕作措施因子获取单元214通过地块的耕作措施类型从耕作措施因子图层数据库中获得耕作措施因子T，耕作措施因子图层数据库如附表2所示。

植被覆盖与生物措施因子获取单元215计算获得植被覆盖与生物措施因子B，具体计算过程如下所述：

A1)如果水土保持措施为耕地、居民点、工矿用地、交通运输用地或者水域用地时，则植被覆盖与生物措施因子B的值为1；

A2)如果水土保持措施属于园地、林地或草地，且待恢复植被地块的植被只有植被盖度时，则通过下述方法计算植被覆盖与生物措施因子B的值：

①调用存储单元25所存储的郁闭度/盖度数据库，从待恢复植被地块的24个半月的植被郁闭度/盖度数据库中获取待恢复植被地块中24个半月植被盖度的取值，得到24个半月的植被覆盖与生物措施因子B_i值，i＝1、2、...或24，具体的计算方法将在下文进行更详细的描述；

②在存储单元25内存储的降雨量数据库中获取待恢复植被地块中24个半月的降雨侵蚀力取值以及全年降雨侵蚀力值，根据下面公式计算待恢复植被地块最终的植被覆盖与生物措施因子B值：

$B=\frac{\underset{i=1}{\overset{24}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_i\&times;R_i}{\underset{i=1}{\overset{24}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i}$

式中，B_i为第i个半月的生物措施因子值，R_i为第i个半月的降雨侵蚀力占全年降雨侵蚀力的比率；

A3)如果水土保持措施属于园地、林地或草地，且植被同时具有植物盖度和郁闭度，则通过下述方法计算植被覆盖与生物措施因子B的值：

①调用存储单元25所存储的郁闭度/盖度数据库，从待恢复植被地块的24个半月的植被郁闭度/盖度数据库中获取待恢复植被地块中24个半月的植被盖度的取值，并将植被盖度值当作植被郁闭度值，得到24个半月的植被覆盖与生物措施因子B_i值，i＝1、2、...或24，具体的计算方法将在下文进行更详细的描述；

②在存储单元25内存储的降雨量数据库中获取待恢复植被地块中24个半月的降雨侵蚀力取值以及全年降雨侵蚀力值，根据下面公式计算待恢复植被地块最终的植被覆盖与生物措施因子B值：

$B=\frac{\underset{i=1}{\overset{24}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_i\&times;R_i}{\underset{i=1}{\overset{24}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i}$

式中，B_i为第i个半月的生物措施因子值，R_i为第i个半月的降雨侵蚀力占全年侵蚀力的比率。

进一步，根B_i值通过以下方式计算，式中x表示植物盖度值，y表示B_i值：

a当水土保持植物措施为草地时，当盖度<40％时，y＝0.498e^-0.03x；当盖度>＝40％时，y＝1.780e^-0.03x；

b当水土保持植物措施为灌木时，当盖度<40％时，y＝0.516e^-0.04x；当盖度>＝40％时，y＝1.543e^-0.06x；

c当水土保持植物措施为林木时，根据盖度和下式c、d、e分别计算出三个B_i值，并对郁闭度和B_i值的关系进行线性拟合，从而计算出某郁闭度值下的B_i值，

c1当水土保持植物措施为林木且林木的郁闭度为25％时，当盖度<40％时，y＝0.424e^-0.03x；当盖度>＝40％时，y＝1.511e^-0.06x；

c2当水土保持植物措施为林木且林木的郁闭度为50％时，当盖度<40％时，y＝0.392e^-0.03x；当盖度>＝40％时，y＝1.395e^-0.06x；

c3当水土保持植物措施为林木且林木的郁闭度为75％时，当盖度<40％时，y＝0.392e^-0.03x；当盖度>＝40％时，y＝1.283e^-0.05x。

地形因子获取单元216计算得到每个地块的坡长因子L以及坡度因子S，具体计算方法如下所述：

1、根据不同的坡度，将每个地块划分为若干个坡段，并测量每个坡段的坡长和坡度；

2、根据分段坡公式计算坡长因子：

$L_i=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i^{m+1}-{\mathrm{\&lambda;}}_{i-1}^{m+1}}{({\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&lambda;}}_{i-1})*{\left(22.13\right)}^m}$

式中：λ_i和λ_i-1分别为第i个和第i-1个坡段的坡长(m)，m为坡长指数，随坡度θ而变，注意当λ_i＝λ_i-1时，强制坡长因子L_i＝0；

3、根据坡度计算公式计算坡度因子：

当土地利用类型为林、灌或草类型时，采用缓坡的坡度因子公式计算：

S＝10.8sinθ+0.03

当土地利用类型为林、灌或草以外的其它类型时，采用分段坡的坡度因子公式计算：

式中S是坡度因子，θ是坡度；

地块土壤流失量计算单元218调用各个数据并根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到每个地块的土壤流失量A；

S7、生成调查单元土壤流失量空间分布图层：调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元219根据保存的土壤流失量将每个地块的土壤流失量A赋值给每个地块的矢量图层，并将不同地块显示不同颜色，生成调查单元土壤流失量空间分布图层，如图9所示。

优选地，还包括以下步骤：

S8、地块栅格划分单元222对每个地块进行栅格划分，得到大小为10m*10m的地块栅格，并以矢量图层的方式单独存储每个地块栅格，地块栅格地形因子获取单元220在坡长因子数据库以及坡度因子数据库中获取地块栅格坡长因子L以及地块栅格坡度因子S；

S9、地块栅格土壤流失量计算单元221调用地块土壤侵蚀野外调查表中地块的降雨侵蚀力因子R、土壤可蚀性因子K、植被覆盖与生物措施因子B、工程措施因子E以及耕作措施因子T，根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到地块栅格的土壤流失量A；

S10、调查单元土壤流失量空间图层生成单元219根据地块栅格的土壤流失量A，将每个地块栅格的土壤流失量A赋值给每个地块栅格的矢量图层，并对每块地块栅格进行颜色标记，生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

具体实施例2

具体实施例2与具体实施例1的区别仅在于各因子的获得方式和调查单元土壤流失量空间分布图层生成方式。

具体而言，存储单元25通过本地下载或通过远程数据服务器下载存储有降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库。

降雨侵蚀力因子空间图层数据库为调查单元最近几年的半月降雨空间矢量图层，土壤可蚀性因子空间图层数据库为调查单元最近几年土壤可蚀性因子空间矢量图层，工程措施因子图层数据库为根据调查单元的工程措施因子获得的工程措施因子矢量图，耕作措施因子图层数据库为根据调查单元的耕作措施因子获得的耕作措施因子矢量图，植被覆盖与生物措施因子图层数据库为根据调查单元的植被覆盖与生物措施因子获得的植被覆盖与生物措施因子矢量图，坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库为美国公开的全球范围的地形图。

调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元219根据调查单元的降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库获得调查单元每个栅格的土壤流失量A，并最终获得调查单元土壤流失量空间分布图层，此时获得的调查单元土壤流失量空间分布图层如图10所示。

在实际野外调查中，降雨侵蚀力因子获取单元211、土壤可蚀性因子获取单元212、工程措施因子获取单元213、耕作措施因子获取单元214、植被覆盖与生物措施因子获取单元215、地形因子获取单元216同样可以通过降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库中获得降雨侵蚀力因子R、土壤可蚀性因子K、工程措施因子E以及耕作措施因子T。

本发明的优点如下所述：本发明在野外调查时，能够直接通过输入参数计算得到地块的降雨侵蚀力因子R、土壤可蚀性因子K、植被覆盖与生物措施因子B、坡长因子L、坡度因子S、工程措施因子E以及耕作措施因子T，通过水土流失计算单元计算得到地块的水土流失量，并通过地块土壤流失量空间图层生成单元生成地块的土壤流失量空间图层，能够在野外直观的反映调查单元的土壤侵蚀状况，调查结果精确、准确、科学，计算方便，工作效率高，降低了调查成本。

另一方面，该便携式装置能够利用这些因子根据时间变化较小或人为变化较小的特性，在远程数据服务器3中或便携式装置的存储单元25中直接存储相关数据，并生成栅格文件，从而得出上述各因子数据库，降低了数据更新的难度，调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元219根据调查单元的降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库获得调查单元每个栅格的土壤流失量A，并最终获得调查单元土壤流失量空间分布图层。不存在数据获取的限制，在监测期内保证水土流失空间一致性得以体现。

最后，通过便携式土壤侵蚀野外调查装置实时的利用便携装置对水蚀区的土壤侵蚀进行调查，通过获得计算因子，生成土壤侵蚀野外调查表，明确了调查的目的，并在调查时最终生成以地块以及10m*10m大小的栅格地块为单位的调查单元土壤流失量空间分布图层，能够实时获得土壤流失的具体数量，方便调查、研究，在实际的待调查区域就能获知待调查区域的各个地块的水土流失情况，对区域水土流失进行监测，方便、快捷准确。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

附表1 工程措施因子图层数据库

附表2 耕作措施因子图层数据库

续附表2

续附表2

续附表2

续附表2

续附表2

续附表2

Claims (10)

1.一种用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其包括壳体、设置在壳体内部的控制单元以及远程数据服务器，所述壳体的外表面设置有触摸屏、数据端口以及摄像装置，所述触摸屏、数据端口、摄像装置分别与控制单元通讯连接，其特征在于：

所述控制单元包括通讯连接的数据处理单元、地块划分单元、存储单元、通讯单元以及用于导航的GPS导航单元，所述数据处理单元与所述远程数据服务器通过无线网络通讯连接；

所述存储单元和/或远程数据服务器存储有调查单元的地形图以及遥感图像、降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、郁闭度/盖度数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库；

所述数据处理单元包括降雨侵蚀力因子获取单元、土壤可蚀性因子获取单元、工程措施因子获取单元、耕作措施因子获取单元、植被覆盖与生物措施因子获取单元、地形因子获取单元、郁闭度/盖度获取单元、地块土壤流失量计算单元以及调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元；

地块划分单元用于通过触摸屏将调查单元的遥感图像划分为多个地块，并以矢量图层的方式单独将各个地块存入所述存储单元；

所述摄像装置用于获得盖度照片及郁闭度照片，以供所述郁闭度/盖度获取单元根据盖度照片及郁闭度照片获得盖度以及郁闭度；以及

所述触摸屏用于获取用户的触摸操作并显示仪器状态和土壤流失量空间分布图层。

2.根据权利要求1所述的用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其特征在于：所述数据端口包括RS485数据端口、RJ45数据端口、CAN总线数据端口以及USB数据端口。

3.根据权利要求1所述的用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其特征在于：降雨侵蚀力因子获取单元用于通过触摸屏输入各个地块的降雨侵蚀参数，通过公式计算得到各个地块的降雨侵蚀力因子R，

土壤可蚀性因子获取单元用于通过触摸屏输入各个地块的土壤侵蚀参数，通过公式计算得到各个地块的土壤可蚀性因子K，

工程措施因子获取单元用于通过地块的工程措施类型从工程措施因子图层数据库中获得工程措施因子E，

耕作措施因子获取单元用于通过地块的耕作措施类型从耕作措施因子图层数据库中获得耕作措施因子T，

植被覆盖与生物措施因子获取单元用于根据水土保持措施类型和植被类型计算获得植被覆盖与生物措施因子B，

地形因子获取单元用于根据测量得到的每个地块内所有坡段的坡长和坡度，计算得到每个地块的坡长因子L以及坡度因子S，

地块土壤流失量计算单元用于调用各个数据并根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到每个地块的土壤流失量A，

调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元用于通过将地块土壤流失量计算单元计算出的每个地块的土壤流失量A赋值到每个地块的矢量图层上，并对每个地块进行颜色标记，获得调查单元土壤流失量空间分布图层。

4.根据权利要求1所述的用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其特征在于：所述调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元用于通过调用存储单元存储的降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库直接生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

5.根据权利要求3所述的用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其特征在于：植被覆盖与生物措施因子获取单元用于根据地块24个半月的郁闭度/盖度值以及降雨侵蚀力因子计算植被覆盖与生物措施因子B值，其中每个地块24个半月的郁闭度/盖度值从郁闭度/盖度数据库中获取、各个地块的24个半月的降雨侵蚀力因子通过读取每个地块所在的地理坐标依据存储单元存储的调查单元的年均降雨侵蚀力因子空间图层数据库获取。

6.根据权利要求1所述的用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其特征在于：所述控制单元还包括地块栅格划分单元，所述数据处理单元还包括地块栅格地形因子获取单元以及地块栅格土壤流失量计算单元。

7.根据权利要求6所述的用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置，其特征在于：所述地块栅格划分单元用于将地块划分单元划分出的每个地块划分为多个10m*10m的地块栅格，并以矢量图层的方式单独存储各个地块栅格，

所述地块栅格地形因子获取单元用于从坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库中获取每个地块栅格的地块栅格坡长因子L以及地块栅格坡度因子S，

所述地块栅格土壤流失量计算单元根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到每个地块栅格的地块栅格土壤流失量A，其中L、S为地块栅格坡长因子L以及地块栅格坡度因子S，而R、K、B、E、T为地块栅格所在地块的降雨侵蚀力因子R、土壤可蚀性因子K、工程措施因子E、耕作措施因子T、植被覆盖与生物措施因子B，

所述调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元用于将每个地块栅格土壤流失量A赋值给调查单元内所有地块栅格的矢量图层，生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

8.一种利用权利要求1所述的用于土壤侵蚀野外调查的便携式装置的土壤侵蚀野外监测的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、选定一个调查单元，将调查单元的地形图以及遥感图像存储在存储单元内部，根据调查单元的遥感图像，通过GPS导航单元导航行至调查单元附近；

S2、对调查单元进行地块划分：地块划分单元将具有相同的土地利用类型、水土保持措施类型以及郁闭度/盖度的连续空间范围划分为一个地块，从而将整个调查单元划分为若干个地块；

S3、确定地块边界：在触摸屏显示的调查单元遥感图像上，通过触摸方式勾绘地块边界，或者利用GPS导航单元在调查单元对应的实际地块周围定位边界并在遥感图像上进行地块边界绘制，并将各个地块保存为单独的矢量图层，对调查单元的所有地块进行编号，并记录每个地块的地理坐标、土地利用类型、生物措施类型、工程措施类型以及耕作措施类型；

S4、摄像装置对每个地块进行拍摄，获得地块的郁闭度照片以及盖度照片，通过将郁闭度照片以及盖度照片与郁闭度/盖度取值标准图进行比对，郁闭度/盖度获取单元获得每个地块的郁闭度值以及盖度值；

S5、填写土壤侵蚀野外调查表：通过触摸屏将调查单元的基本信息以及每个地块的地块信息填写在土壤侵蚀野外调查表中并进行保存，所述地块信息包括地块编号、土地利用类型、生物措施类型、工程措施、耕作措施、郁闭度值、盖度值；

S6、降雨侵蚀力因子获取单元通过触摸屏输入各个地块的降雨侵蚀参数，通过公式计算得到各个地块的降雨侵蚀力因子R，

土壤可蚀性因子获取单元通过触摸屏输入各个地块的土壤侵蚀参数，通过公式计算得到各个地块的土壤可蚀性因子K，

工程措施因子获取单元通过地块的工程措施类型从工程措施因子图层数据库中获得工程措施因子E，

耕作措施因子获取单元通过地块的耕作措施类型从耕作措施因子图层数据库中获得耕作措施因子T，

植被覆盖与生物措施因子获取单元根据水土保持措施类型和植被类型计算获得植被覆盖与生物措施因子B，

地形因子获取单元根据测量得到的每个地块内所有坡段的坡长和坡度，计算得到每个地块的坡长因子L以及坡度因子S，

地块土壤流失量计算单元调用各个数据并根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到每个地块的土壤流失量A；

S7、生成调查单元土壤流失量空间分布图层：土壤流失量空间分布图层生成单元将保存的各个地块土壤流失量A赋值给各个地块的矢量图层，并对每个地块进行颜色标记生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

9.根据权利要求8所述的土壤侵蚀野外监测的方法，其特征在于：还包括以下步骤：

S8、地块栅格划分单元对每个地块进行栅格划分，得到大小为10m*10m的地块栅格，并以矢量图层的方式单独保存每个地块栅格，地块栅格地形因子获取单元在坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库中获取地块栅格坡长因子L以及地块栅格坡度因子S；

S9、地块栅格土壤流失量计算单元根据方程A＝R*K*L*S*B*E*T计算得到地块栅格土壤流失量A，其中L、S为地块栅格坡长因子L以及地块栅格坡度因子S，而R、K、B、E、T为地块栅格所在地块的降雨侵蚀力因子R、土壤可蚀性因子K、工程措施因子E、耕作措施因子T、植被覆盖与生物措施因子B；

S10、生成调查单元土壤流失量空间分布图层：所述调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元将每个地块栅格土壤流失量A赋值给调查单元内所有地块栅格的矢量图层，生成调查单元土壤流失量空间分布图层。

10.根据权利要求8所述的土壤侵蚀野外监测的方法，其特征在于：在S5填写土壤侵蚀野外调查表之后，所述调查单元土壤流失量空间分布图层生成单元通过调用存储单元存储的降雨侵蚀力因子空间图层数据库、土壤可蚀性因子空间图层数据库、工程措施因子图层数据库、耕作措施因子图层数据库、植被覆盖与生物措施因子图层数据库、坡长因子图层数据库以及坡度因子图层数据库直接生成调查单元土壤流失量空间分布图层。