本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理，尤其涉及一種基于形態(tài)分析和決策模型的土壤侵蝕評(píng)估方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、土壤為人類(lèi)提供了至關(guān)重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，土壤侵蝕是世界范圍內(nèi)的一個(gè)主要問(wèn)題，因此，土壤侵蝕正在成為一項(xiàng)具有各種影響的全球性挑戰(zhàn)，如作物減產(chǎn)、水質(zhì)下降、河流泛濫和土地退化，侵蝕是不可避免的，不能完全消除，但人類(lèi)活動(dòng)會(huì)加劇或減輕侵蝕，土壤侵蝕是伊朗不同地區(qū)最重要的問(wèn)題之一。土壤侵蝕控制的第一項(xiàng)措施是提高保護(hù)和管理計(jì)劃的績(jī)效，以確定和優(yōu)先考慮土壤侵蝕潛力的重要區(qū)域。然后，應(yīng)通過(guò)實(shí)施嚴(yán)格的管理計(jì)劃來(lái)優(yōu)先考慮和減少侵蝕。優(yōu)先順序是基于一個(gè)地區(qū)的重要因素，如自然地理特征、排水網(wǎng)絡(luò)、地貌、土地利用/土地覆蓋和水資源。在與傳統(tǒng)方法相比，使用地理技術(shù)對(duì)流域進(jìn)行高效管理是應(yīng)對(duì)水土保護(hù)挑戰(zhàn)的最新和最準(zhǔn)確的解決方案之一，流域是土地管理的主要單位，被定義為地形范圍。因此，識(shí)別對(duì)土壤侵蝕敏感的子流域是任何流域規(guī)劃的重要一步。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，根據(jù)形態(tài)特征對(duì)次級(jí)流域進(jìn)行優(yōu)先排序至關(guān)重要。

2、近年來(lái)，由于層次分析過(guò)程是確定子流域優(yōu)先級(jí)的基本方法之一，使用決策方法進(jìn)行了許多有效的研究。而在其他研究中，使用形態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星圖像對(duì)土壤侵蝕量進(jìn)行了評(píng)估，以便更好地進(jìn)行管理和規(guī)劃。根據(jù)上述研究結(jié)果，空間科學(xué)技術(shù)在水土保持和自然資源管理計(jì)劃中發(fā)揮著重要作用，形態(tài)測(cè)量分析為侵蝕特征和地形過(guò)程提供了寶貴的見(jiàn)解，即它概述了流域的形狀、結(jié)構(gòu)、水文網(wǎng)絡(luò)和地貌歷史，形態(tài)計(jì)量分析是決策者在減少土壤侵蝕和優(yōu)先考慮長(zhǎng)期流域管理計(jì)劃的子流域方面的決定性工具。流域管理措施對(duì)整個(gè)流域來(lái)說(shuō)是不可接近的，在經(jīng)濟(jì)上也是不切實(shí)際的，確定高敏感度的子流域是必要的。換言之，選擇最敏感的子流域和形態(tài)參數(shù)是不同地區(qū)管理者和決策者的最佳決策之一。因此，亟需提供一種結(jié)合形態(tài)參數(shù)和多標(biāo)準(zhǔn)決策的混合方法對(duì)土壤侵蝕進(jìn)行有效評(píng)估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于形態(tài)分析和決策模型的土壤侵蝕評(píng)估方法及裝置，可以了解土壤對(duì)侵蝕的脆弱性并確定在不同條件下評(píng)估土壤侵蝕的常用方法，確定該地區(qū)侵蝕控制的關(guān)鍵領(lǐng)域，并加快降低保護(hù)和控制項(xiàng)目的成本，來(lái)解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題，具體采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于形態(tài)分析和決策模型的土壤侵蝕評(píng)估方法，包括以下步驟：

3、獲取待評(píng)估的研究區(qū)域并對(duì)所述研究區(qū)域進(jìn)行流域劃界,其中，采用gis確定所述研究區(qū)域的流域邊界并識(shí)別所述研究區(qū)域的多個(gè)子流域；

4、根據(jù)流域劃界構(gòu)建所述研究區(qū)域的數(shù)字高程模型以提取形態(tài)測(cè)量參數(shù)，并對(duì)所述形態(tài)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行形態(tài)測(cè)量分析得到形狀參數(shù)和線性參數(shù)，其中，所述形狀參數(shù)包括平均坡度、粗糙度數(shù)、壓實(shí)系數(shù)、起伏比、形狀系數(shù)、波形因數(shù)和伸長(zhǎng)率，所述線性參數(shù)包括平均降水量、河流長(zhǎng)度、地形濕度指數(shù)、排水結(jié)構(gòu)速率、河網(wǎng)密度、流頻率、平面曲率和坡向；

5、根據(jù)所述形狀參數(shù)和所述線性參數(shù)生成所述子流域的形態(tài)特征，并采用多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法對(duì)所述子流域的形態(tài)特征進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序得到分類(lèi)結(jié)果，其中，分類(lèi)結(jié)果包括所述形態(tài)測(cè)量參數(shù)的優(yōu)先級(jí)和所述研究區(qū)域的關(guān)鍵子流域的優(yōu)先級(jí)，所述多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法包括ahp算法、vikor算法、topsis算法；

6、獲取遙感和gis采集所述研究區(qū)域的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述觀測(cè)數(shù)據(jù)和所述多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法確定所述子流域的侵蝕敏感性圖，基于所述觀測(cè)數(shù)據(jù)和所述侵蝕敏感性圖對(duì)所述分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估以完成土壤侵蝕評(píng)估。

7、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，根據(jù)流域劃界構(gòu)建所述研究區(qū)域的數(shù)字高程模型以提取形態(tài)測(cè)量參數(shù)，包括：

8、采用先進(jìn)星載熱發(fā)射和反射輻射計(jì)采集aster圖像，預(yù)設(shè)30×30m的dem底圖，根據(jù)所述aster圖像繪制預(yù)設(shè)比例尺和預(yù)設(shè)空間分辨率的地形圖；

9、根據(jù)所述dem底圖和所述地形圖構(gòu)建坡度圖，采用arcgis軟件識(shí)別所述坡度圖對(duì)應(yīng)的水文單元的邊界以確定所述子流域以完成流域劃界。

10、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，采用多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法對(duì)所述子流域的形態(tài)特征進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序得到分類(lèi)結(jié)果，包括：

11、計(jì)算每個(gè)所述子流域的形態(tài)測(cè)量參數(shù)，并使用ahp算法對(duì)影響因素進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序；

12、使用vikor算法和topsis算法對(duì)所述子流域進(jìn)行分類(lèi)得到分類(lèi)結(jié)果。

13、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，計(jì)算每個(gè)所述子流域的形態(tài)測(cè)量參數(shù)，并使用ahp算法對(duì)影響因素進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，包括：

14、根據(jù)受土壤侵蝕影響的面積百分比對(duì)不同多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估，其中，ahp算法通過(guò)配對(duì)樣本確定元素的相對(duì)權(quán)重，每個(gè)級(jí)別相對(duì)高級(jí)別的對(duì)應(yīng)元素，并通過(guò)配對(duì)樣本計(jì)算每個(gè)級(jí)別的元素相對(duì)其上一級(jí)的權(quán)重，計(jì)算相對(duì)權(quán)重的積分確定每個(gè)元素的最終權(quán)重。

15、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，若存在多標(biāo)準(zhǔn)決策問(wèn)題，則有n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和m個(gè)備選標(biāo)準(zhǔn)，使用vikor算法選擇最佳標(biāo)準(zhǔn)，具體過(guò)程包括：

16、構(gòu)建多標(biāo)準(zhǔn)決策的決策矩陣xij，對(duì)應(yīng)的表達(dá)式(1)為：

17、

18、將決策矩陣進(jìn)行歸一化，對(duì)應(yīng)的決策指數(shù)包括正指數(shù)和負(fù)指數(shù)，歸一化的表達(dá)式為：

19、

20、根據(jù)決策中不同標(biāo)準(zhǔn)的重要性系數(shù)確定向量的權(quán)重為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)的表達(dá)式為：

21、w＝[w1,w2,…wn]?(3)

22、將從ahp模型中獲得的每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重相乘，并從表達(dá)式(4)中獲得歸一化矩陣，表達(dá)式(4)為：

23、vij＝rij×wj??(4)

24、其中，rij為歸一化矩陣，wj表示ahp模型計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重，vij表示權(quán)重矩陣；

25、確定每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的可用值中的最佳值和最差值，分別根據(jù)表達(dá)式(5)和表達(dá)式(6)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的最佳值最差值

26、

27、計(jì)算效用值s和損壞量r，效用值s對(duì)應(yīng)的si的值通過(guò)表達(dá)式(7)計(jì)算，損壞量r隊(duì)友的ri值通過(guò)表達(dá)式(8)計(jì)算：

28、

29、其中，wi表示標(biāo)準(zhǔn)j的權(quán)重值，fij表示每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重值。

30、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，獲取vikor指數(shù)q，指數(shù)q對(duì)應(yīng)的qi值通過(guò)表達(dá)式(9)計(jì)算：

31、qi＝v*[si-s-/s*-s-]+(1-v)*(ri-r-)/(r*-r-)???(9)

32、其中，s-＝min?si，s*＝max?si，r-＝min?ri，r*＝max?ri；

33、按照r、s和q值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排序，根據(jù)r、s和q值將標(biāo)準(zhǔn)從最小到最大分為三組，根據(jù)q值確定最佳標(biāo)準(zhǔn)。

34、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，topsis算法的執(zhí)行過(guò)程包括：

35、根據(jù)m個(gè)備選標(biāo)準(zhǔn)和n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建數(shù)據(jù)矩陣，對(duì)應(yīng)的表達(dá)式為：

36、

37、其中，bmn表示從具有標(biāo)準(zhǔn)n的備選標(biāo)準(zhǔn)m中獲得的數(shù)值，具有期望值指數(shù)的指標(biāo)表示利潤(rùn)，持續(xù)下降的指標(biāo)為成本指數(shù)，決策矩陣中的日任何結(jié)果為需要測(cè)量的參數(shù)；

38、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)并預(yù)配常規(guī)矩陣r，每個(gè)矩陣rij從表達(dá)式(11)和表達(dá)式(12)的常規(guī)矩陣r中導(dǎo)出，對(duì)應(yīng)的表達(dá)式(11)、(12)分別為：

39、

40、確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重wj并對(duì)決策矩陣進(jìn)行加權(quán)得到正常權(quán)重，正常權(quán)重在表達(dá)式(13)中獲得：

41、

42、將任何標(biāo)準(zhǔn)矩陣值乘以相應(yīng)的權(quán)重wi，其中，wi的總權(quán)重在矩陣的列中相乘產(chǎn)生的矩陣由符號(hào)v表示的正常加權(quán)矩陣，對(duì)應(yīng)的表達(dá)式(14)為：

43、

44、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，分別通過(guò)表達(dá)式(15)、表達(dá)式(16)確定理想位置a+、負(fù)位置a-的解：

45、

46、根據(jù)表達(dá)式(17)和表達(dá)式(18)計(jì)算每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)從正到負(fù)的距離：

47、

48、使用表達(dá)式(19)計(jì)算i(ai)與理想解的相對(duì)接近度:

49、

50、其中，若ai＝a+，則若ai＝a-，則

51、根據(jù)的降序?qū)捎脴?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)級(jí)。

52、作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述形態(tài)測(cè)量參數(shù)采用saga-gis和gis.10.8.4軟件計(jì)算，線性參數(shù)與侵蝕直接相關(guān)，形狀參數(shù)的值與侵蝕性程度呈負(fù)相關(guān)。

53、第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于形態(tài)分析和決策模型的土壤侵蝕評(píng)估裝置，包括：

54、流域劃分模塊，用于獲取待評(píng)估的研究區(qū)域并對(duì)所述研究區(qū)域進(jìn)行流域劃界,其中，采用gis確定所述研究區(qū)域的流域邊界并識(shí)別所述研究區(qū)域的多個(gè)子流域；

55、參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)流域劃界構(gòu)建所述研究區(qū)域的數(shù)字高程模型以提取形態(tài)測(cè)量參數(shù)，并對(duì)所述形態(tài)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行形態(tài)測(cè)量分析得到形狀參數(shù)和線性參數(shù)，其中，所述形狀參數(shù)包括平均坡度、粗糙度數(shù)、壓實(shí)系數(shù)、起伏比、形狀系數(shù)、波形因數(shù)和伸長(zhǎng)率，所述線性參數(shù)包括平均降水量、河流長(zhǎng)度、地形濕度指數(shù)、排水結(jié)構(gòu)速率、河網(wǎng)密度、流頻率、平面曲率和坡向；

56、決策分析模塊，用于根據(jù)所述形狀參數(shù)和所述線性參數(shù)生成所述子流域的形態(tài)特征，并采用多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法對(duì)所述子流域的形態(tài)特征進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序得到分類(lèi)結(jié)果，其中，分類(lèi)結(jié)果包括所述形態(tài)測(cè)量參數(shù)的優(yōu)先級(jí)和所述研究區(qū)域的關(guān)鍵子流域的優(yōu)先級(jí)，所述多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法包括ahp算法、vikor算法、topsis算法；

57、數(shù)據(jù)評(píng)估模塊，用于獲取遙感和gis采集所述研究區(qū)域的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述觀測(cè)數(shù)據(jù)和所述多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法確定所述子流域的侵蝕敏感性圖，基于所述觀測(cè)數(shù)據(jù)和所述侵蝕敏感性圖對(duì)所述分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估以完成土壤侵蝕評(píng)估。

58、本發(fā)明提供了一種基于形態(tài)分析和決策模型的土壤侵蝕評(píng)估方法及裝置，通過(guò)獲取待評(píng)估的研究區(qū)域并對(duì)所述研究區(qū)域進(jìn)行流域劃界,根據(jù)流域劃界構(gòu)建所述研究區(qū)域的數(shù)字高程模型以提取形態(tài)測(cè)量參數(shù)，并對(duì)所述形態(tài)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行形態(tài)測(cè)量分析得到形狀參數(shù)和線性參數(shù)，根據(jù)所述形狀參數(shù)和所述線性參數(shù)生成所述子流域的形態(tài)特征，并采用多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法對(duì)所述子流域的形態(tài)特征進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序得到分類(lèi)結(jié)果，獲取遙感和gis采集所述研究區(qū)域的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述觀測(cè)數(shù)據(jù)和所述多標(biāo)準(zhǔn)決策分析算法確定所述子流域的侵蝕敏感性圖，基于所述觀測(cè)數(shù)據(jù)和所述侵蝕敏感性圖對(duì)所述分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估以完成土壤侵蝕評(píng)估，結(jié)合形態(tài)參數(shù)和多標(biāo)準(zhǔn)決策的混合方法對(duì)多個(gè)子流域進(jìn)行優(yōu)先管理，采用ahp模型對(duì)可蝕性參數(shù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，同時(shí)使用topsis和vikor模型對(duì)子流域進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序并對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行有效評(píng)估，提高了土壤侵蝕評(píng)估的準(zhǔn)確性，