esri大赛B组模型说明

ESRI2013中国大学生GIS软件开发大赛（B-地理设计组适用）胶东半岛水土流失分析与治理模型2目录1.前言...............................................................................................................................................31.1项目研究背景及意义........................................................................................................31.2需求分析............................................................................................................................32技术流程.......................................................................................................................................33数据描述......................................................................................................................................44.模块具体技术设计.....................................................................................................................74.1总体流程..........................................................................................................................74.1.1土壤侵蚀现状分析模型（基于RUSLE的土壤侵蚀建模分析）....................74.1.2土壤侵蚀危险性分析模型...................................................................................94.1.3土壤侵蚀经济损失评估模型...............................................................................94.1.4土壤重点侵蚀防治区划分及治理模型.............................................................114.2模型步骤........................................................................................................................124.1.1土壤侵蚀现状分析模型.....................................................................................124.1.2土壤侵蚀危险性分析模型.................................................................................144.1.3土壤侵蚀经济损失评估模型.............................................................................184.1.4土壤重点侵蚀防治区划分及治理模型.............................................................205操作说明....................................................................................................................................266成果展示....................................................................................................................................2731.前言1.1项目研究背景与意义本项目以山东半岛地面真实遥感影像为基础，分析水土流失与现有地形、土质情况、地表覆被、土地利用及气候条件之间的关系，模拟出山东半岛水土流失的空间分异，结合水土流失现状进行结果的综合评价。在此基础上对不同降雨强度下的水土流失过程进行模拟与检测，同时提出相应治理方案。山东半岛，是中国第一大半岛，位于山东省东北面，三面临海。而目前山东省是我国水土流失比较严重的省份之一。据20世纪90年代中期全省第二次水土流失普查，全省共有水土流失面积3.6万平方公里，占土地总面积的22.97%。其中山丘区水土流失面积3.24万平方公里，主要分布在鲁中南中低山丘陵和胶东半岛地区。本项目通过建立山东半岛水土流失模型，对山东半岛水土流失现状进行分析评价，实现水土流失模拟与监测的功能，在此基础之上，针对不同地区，提出水土流失治理的建议和具体措施，为改善山东半岛水土流失现状、优化具体的水土保持措施提供科学的参考。1.2需求分析由于该地区不同土质、土地利用情况、地表覆被等因素的影响，该地区内的水土流失情况也有很大差异，故建立水土流失模型及其解决方案就尤为重要。通过结合各种影响因素进行综合分析，得到最好的解决方法，更好的对山东半岛进行治理。土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评价水保措施效益的手段，水土流失模型则是进行水土流失监测和预报的重要工具。建立该模型将应用于山东半岛水土流失的检测与治理。该模型以真实的数据为基础，科学全面地对各种因素进行分析，简单实用，具有较高的利用价值。模型化的成图结果，可以给半岛水土流失的治理提供参考，提高规划和建设的工作效率，亦可节约成本，有较高的参考使用价值。2.技术流程本模型通过filedatabase对数据进行存储管理，各个模型直接对数据库数据进行操作，过程中得到的数据输出到“data”文件夹中进行存放输出，而最终需要的数据则在“结果数据”中惊醒村风和输出，在名为“土壤流失现状及治理”的Toolbox旗下共分为四个子模型，功能相对独立，但是处理过程中数据仍然需要引用前面得到的结果（如下图曲箭头所示），但是主功能不相互冲突，而且在参数设置过程中尽量交互，以增加模型的通用性，结果以结果图形式进行输出。、具体实现流程如下图2-1所示：栅格数据矢量数据输入数据模型一模型二模型三模型四输出数据结果制图4图2-13.数据描述数据准备是建立模型的第一步，是建模的前提条件，好的数据质量有有力于我们更好的分析模型结果，提高模型的可读性，我们组根据模型建立时所用到的公式等来下载数据并且进行相应的预处理工作。我们的元数据包括山东省DEM（30米分辨率）、胶东半岛地市级行政区划（shp文件）、100万中国土壤质地（包括粘土、沙粒、有机质等字段）、根据资料自行创建的胶东-降水点数据（描述胶东各地级市降水状况）、landsatTM5影像进行监督分类得到的土地利用图以及由LandsatTM5得到的植被覆盖度图。以上各数据均将投影转换至WGS_1984_UTM_Zone_51N（具体参数略），栅格数据将重采样至120米。序号数据名称数据格式数据类型主要字段数据来源1chinanewsoilIMAGINEImageRasterDatasetT_sand、T_silt、T_clay、T_OC地球系统科学数据共享平台2氮含量IMAGINEImageRasterDatasetvalue3钾含量IMAGINEImageRasterDatasetvalue4磷含量IMAGINEImageRasterDatasetvalue5山东（DEM数据）IMAGINEImageRasterDatasetvalueUSGS6土壤侵蚀IMAGINEImageRasterDatasetvalue模型结果7危险性后处理IMAGINEImageRasterDatasetvalue8侵蚀后处理IMAGINEImageRasterDataset侵蚀量9掩膜IMAGINEImageRasterDatasetvalueENVI处理10植被覆盖度IMAGINEImageRasterDatasetvalueENVI处理11rai_4mShapefileFeatureClassshape地球系统科学数据共享平台12Rive5_polylineShapefileFeatureClassshape地球系统科学数据共享平台13胶州半岛ShapefileFeatureClassshape地球系统科学数据共享平台14胶州降雨ShapefileFeatureClass降雨量未知15山东交通道路ShapefileFeatureClassshape地球系统科学数据共享平台5图3-1山东省DEM图3-2100万中国土壤质地6图3-3胶东半岛地市级行政区划图3-4胶东半岛降雨点要素7图3-5根据监督分类得到的土地利用图4.模块具体技术设计4.1总体流程我们设计的模型共分为4个部分，各模型之间既有各自的功能，又为下一模型服务。其具体流程为：4.1.1土壤侵蚀现状分析模型（基于RUSLE的土壤侵蚀建模分析）①使用目的运用RUSLE模型，建立土壤侵蚀现状模型，从而得出土壤侵蚀现状，分析该地区各部分侵蚀强度现状。②影响因子此模型共有六个因子组成，分别是地形因子（LS因子）、降雨侵蚀力因子（R因子）、土壤侵蚀力因子（K因子）、植被覆盖度因子（C因子）和水保措施因子（P因子）。其模型为（A为单位面积上的年均土壤流失量(t·hm-2·a-1)）A=LS*R*K*C*P其中各因子的计算方法为LS因子：8其中l为像元坡长，m为坡长指数,θi为每个像元的坡度(°)，i为自山脊像元至待求像元个数%12.0%31%0.3%53%0.4%50.5m为像元坡度(%)R因子：R=-0.0334P+0.006661其中P表示年雨量（mm）。K因子：其中SAN为沙粒含量%，SIL为粉砂含量%，CLA为粘粒含量%，C为有机碳含量%C因子：其中N表示土壤利用类型：N12345土壤类型林地水体居民地旱地交通用地P因子：其中N代表土壤利用类型：N123459土壤类型林地水体居民地旱地交通用地得到六个因子后，进行计算得到A,既得到侵蚀栅格图，对侵蚀栅格图进行分类，获得土壤侵蚀等级图。根据水利部颁布的土壤侵蚀分级标准，将其分为微度、轻度、中度、强度、极强度和剧烈侵蚀6类。附土壤侵蚀分级标准：流域土壤侵蚀强度分级级别平均侵蚀模数（t/km2·a2）微度侵蚀＜200轻度侵蚀200-2500中度侵蚀2500-5000强度侵蚀5000-8000极强度侵蚀8000-15000剧烈侵蚀＞150004.1.2土壤侵蚀危险性分析模型①使用目的该模型根据多篇论文得出，旨在根据多个因子从而得出该地区各地发生土壤侵蚀的危害性分级。②影响因子此模型选取了植被覆盖度因子、坡度因子、坡向因子、土壤厚度因子和土壤有机质因子五个因子。利用层次分析法确定了评价因子的相对权重，利用系统