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侵蚀土壤修复监测的技术方法

   日期:2019-04-05     来源:中国化工仪器网    浏览:0    

  土壤是人类赖以生存的物质基础,是人们触手可及的常见物质,也是构成世界的重要自然要素之一。近年来,随着社会的发展和科技的进步,人类对土壤的开发和利用达到了空前的高度,同时对土壤的破坏、对环境的污染也日趋严重。土壤侵蚀修复监测已箭在弦上,随着土十条的出台,土壤修复总算是步入正轨。

  侵蚀土壤修复监测的技术方法

  自开始土壤侵蚀研究以来,土壤侵蚀监测技术不断发展。常规土壤侵蚀监测方法主要包括调查法、径流小区法、侵蚀针法、水文法、模型估算法和遥感解译法等。常规方法野外工作量大、效率低、周期长,不能适应现代土壤侵蚀监测高时效性、自动化、系统化的发展趋势。随着现代认识和技术水平的发展,土壤侵蚀监测技术出现多学科的交叉结合,监测精度也由定性到半定量、定量和精确定量的提升。先进的多元数据遥感监测、航拍技术、多孔径雷达技术、光电探测技术等开始融入土壤侵蚀监测领域。

  核素示踪

  随着核素分析技术的发展和利用,核素示踪成为土壤侵蚀监测的一种新方法。核素示踪在不改变原地貌、不需要固定的野外观测设施的条件下对土壤侵蚀进行定量表达,具有成本小,劳动强度低,分析和量化精度高等特点。

  沉积泥沙反演

  湖泊或塘库沉积泥沙是流域侵蚀土壤的汇,记录流域近期环境变化。泥沙反演法利用保存在湖泊或塘库泥沙沉积序列中的各种信息来重构流域土壤侵蚀和沉积过程。

  现代原位监测

  随着现代数据采集、无线传输和数据自动分析技术的发展,现代原位观测成为土壤侵蚀监测发展的新方向。不同于径流小区、侵蚀针等传统原位监测技术,以土壤侵蚀自动监测系统为代表的现代原位监测满足了监测数据时效性和完整性的要求,适应系统化、自动化需求,基于光电探测、无线数据传输和远程控制等技术,集气象、水文、土壤、泥沙、水质数据采集、传输、分析、管理、评价和输出为一体的立体监测平台。

  现代地形测量

  土壤侵蚀和沉积在地形上表现出细微变化,现代地形测量技术监测土壤侵蚀和沉积的前提是能够甄别出这种微地形变化,即满足精度要求。传统土壤侵蚀调查借助地形图在野外目视判读勾绘侵蚀图斑,只能实现定性或半定量的评价。数字化测量技术的发展解决了传统方法费时费力,精度低的缺点。

  三维激光扫描

  三维激光扫描仪在不接触被测目标,不对流域坡面产生人为干扰的情况下获取目标若干点数据,进行高精度的三维逆向模拟,重建目标的全景三维数据或模型。基本原理是由激光脉冲二极管周期性发射出激光脉冲经旋转棱镜射向目标,电子扫描探测器接受并记录反射回来的激光脉冲,产生接受信号,光学编码器记录整个过程的时间差和激光脉冲角度,微电脑根据距离和角度计算采集点三维信息。目标范围内连续扫描便形成“点云”数据,经后处理软件对“点云”处理,转换成绝对坐标系中的模型并以多种格式输出。土壤侵蚀监测对2个时相的目标扫描数据进行配准和叠加处理,分析计算土壤侵蚀和沉积量。

  差分GPS

  全球定位系统( GPS)的实时动态测量技术采用实时处理2个测站载波相位观测量的差分方法,实时三维定位,精度可达到厘米级。基本原理是:2台GPS接收机分别作为基准站和流动站并同时保持对5颗以上卫星的跟踪。基准站接收机将所有可见卫星观测值通过无线电实时发送给流动站接收机。流动站根据相对定位原理处理本机和来自基准站接收机的卫星观测数据,计算用户站的三维坐标。利用GPS获取目标多时相DEM 并将其配准到同一坐标系,对比获取目标的土壤侵蚀量或沉积量。

  摄影测量

  摄影测量技术发展到当代,经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量3个发展阶段。特别是数字摄影测量的出现,融合了摄影测量和数字影像的基本原理,应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等技术,将摄取对象以数字方式表达。GPS辅助动态精密定位,实现空中自动三角测量,提高摄影测量的效率和精度,即利用安装在飞行器上和设在地面多个基准站的GPS获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标,将其视为附加摄影测量观测值引入摄影测量区域网平差中,以空中控制代替地面控制来进行区域网平差。

  差分雷达干涉测量

  合成孔径雷达( SAR)以飞机或者卫星为搭载平台,通过接受能动微波传感器发射微波被地面反射的信息来判断地表的起伏和特征。SAR 同时还记录反射电磁波的相位信息。合成孔径雷达干涉测量技术( InSAR )是将SAR 单视复数( SLC )影像中的相位信息提取出来,进行相位干涉处理得到目标点三维信息。

  低空无人飞行器遥感系统

  低空无人飞行器遥感是随计算机、GPS 和飞行控制技术发展而兴起的一种遥感测量系统,集飞行器控制技术、遥感传感技术、通讯技术、GPS 差分定位技术于一体,以无人飞行器为飞行平台,高分辨率数字遥感设备为机载传感器,获取低空高分辨率遥感数据。性能稳定、质量轻的无人驾驶飞行平台是该系统的基本硬件设施。遥感传感器和控制系统用于获取遥感影像,是系统的重要组成部分。

  光电侵蚀针系统

  光电侵蚀针是在一个透明的聚丙烯管中依次排列的一组光电池感应可见光,入射子激光发出的光生载流子在外加偏压下进入外电路后,将光信号转变为电信号,形成可测光电流,根据探针传感器产生的电压与探针暴露长度正比例关系推算侵蚀深度。光电侵蚀针可自动监测土壤侵蚀和沉积过程,连续记录地貌变化。

  土壤侵蚀监测技术众多,不同的方法有其适用的时空尺度和前提。实践证明,三维激光扫描、差分GPS、核素示踪、沉积泥沙反演、自动测量系统等一批新方法和新技术适应土壤侵蚀监测的理论发展和实际需要,具有巨大的潜力,是今后土壤侵蚀监测研究的方向。现今,我国水土保持监测的技术在不断提高,监测成果不断积累,有力地支持了国家水土保持生态建设。随着土壤监测技术的不断发展和广泛应用,实现水土流失动态监测所需要的技术已经不成问题,关键在于如何建立一个适合本地区实际的动态监测模型。

 
标签: 土壤修复
 
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