【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及土壤侵蝕分析領域，更具體涉及一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統。
技術介紹
1、土壤侵蝕是一個全球性的環境問題，它不僅導致土地資源的退化和土壤肥力的流失，還可能引發河流淤積等生態問題，對人類的生存和生態的可持續性構成了嚴重威脅。其發生與發展不僅受到自然因素的直接影響如降雨和植被覆蓋等，在不同地形條件下，土壤侵蝕的情況存在明顯差異，其中山區與平原的對比尤為突出。在當前土壤侵蝕分析領域，對于不同地形條件下土壤侵蝕差異性的分析仍顯不足，尤其是在識別和對比分析土壤侵蝕主要驅動因素方面，存在明顯的空白，而現有的分析，在時間上僅選擇了部分年份的數據，時間連續性不足，無法全面反映土壤侵蝕的長期動態變化。因此，對多地形條件下土壤侵蝕的差異進行時空歸因分析具有十分關鍵。這有助于增強對不同地形侵蝕差異及其機制的理解，從而提高土壤侵蝕研究的準確性和治理措施的有效性。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種針對多地形條件的土壤侵蝕時空驅動力分析系統。該系統首先將研究區域劃分為山區、丘陵、平原等地形單元；隨后，基于修正通用土壤流失方程（rusle）模型，系統計算出各地形單元的土壤侵蝕模數，并根據土壤侵蝕分級標準將侵蝕模數劃分為6個等級；接著，系統對比了不同地形下土壤侵蝕模數、侵蝕等級的差異，以及rusle模型驅動因子空間分布、時間變化的差異；然后，在空間維度上，系統通過地理探測器分析不同地形土壤侵蝕rusle模型驅動因子的空間分異特征；在時間維度上，通過隨機森林回歸分析自然和人為因
2、本專利技術具體方案為提供一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，包括以下步驟：
3、步驟1，收集研究區域土壤侵蝕的相關數據；
4、步驟2，基于研究區域的數字高程模型dem和坡度，對研究區域內的地形進行分類；
5、步驟3，對收集的研究區域土壤侵蝕的相關數據進行預處理后，利用修正的通用土壤流失方程模型即rusle模型計算研究區域不同地形區域的土壤侵蝕模數，并對計算結果進行侵蝕強度分級；
6、步驟4，基于步驟3的結果對比分析研究區域不同地形區域土壤侵蝕模數和土壤侵蝕強度等級的差異；
7、步驟5，提取rusle模型中的驅動因子，對比分析研究區域不同地形區域土壤侵蝕rusle模型驅動因子空間分布、時間變化的差異；
8、步驟6，通過地理探測器分析研究區域不同地形區域土壤侵蝕rusle模型驅動因子的空間分異特征；
9、步驟7，獲取人為因子和自然因子，通過隨機森林回歸模型，分析研究區域不同地形區域土壤侵蝕自然因子和人為因子的時間分異特征；
10、步驟8：通過偏最小二乘結構方程模型pls-sem，分析研究區域不同地形區域土壤侵蝕自然因子和人為因子的驅動強度。
11、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟2包括以下步驟：
12、步驟2-1，加載和裁剪dem數據：首先加載dem數據和研究區域，然后使用空間分析工具將dem裁剪到研究區域上，
13、步驟2-2，計算坡度：使用坡度工具計算研究區坡度，
14、步驟2-3，坡度分級與重分類：根據坡度計算結果，劃分等級，并對地形進行重分類。
15、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟3包括以下步驟：
16、步驟3-1，通過修正的通用土壤流失方程rusle模型來計算土壤侵蝕模數，具體為：
17、
18、式中：a為土壤侵蝕模數；r為降雨侵蝕力因子；k為土壤可蝕性因子；ls為坡長坡度因子；c為地表植被覆蓋與管理因子；p為水土保持措施因子；
19、其中，降雨侵蝕力因子r為每一年的降雨侵蝕力，計算方法為：
20、
21、式中，pi為各月降雨量；p為年降雨量；
22、土壤可蝕性因子k是表征土壤性質對侵蝕敏感程度的指標，計算方法為：
23、
24、式中，表示通過epic模型即認知模型計算得到的土壤可蝕性因子值，k表示修正之后的土壤可蝕性因子值；san表示砂粒；sil表示粉粒；cla表示粘粒；om表示有機質；k值的大小反映了土壤被降雨侵蝕力分離、沖蝕和搬運的難易程度，土壤k值越大，土壤抵抗水蝕能力越差，越容易受侵蝕；
25、坡度坡長因子ls分為坡長因子l和坡度因子s，計算方法為：
26、
27、其中，λ為柵格單元投影長度；m為坡長效應指數；θ為dem提取的坡度；
28、植被覆蓋與管理因子c，用來反映植被覆蓋與管理措施對土壤流失量的影響，數值介于0~1，計算方法為：
29、
30、
31、式中，f為植被覆蓋度；c為植被覆蓋與管理因子值；ndvi為采用多年月平均值的歸一化植被指數；其中ndvimax和ndvimin為歸一化植被指數的最大值和最小值；
32、水土保持措施因子p是采取水保措施后的土壤流失量與采用順坡種植時的土壤流失量之比。其值位于0~1之間，0值代表不會發生水土侵蝕的地區，1值代表沒有采取任何水保措施的地區。
33、步驟3-2，對土壤侵蝕模數計算結果進行侵蝕強度分級。作為本專利技術的進一步改進，所述步驟4中，基于步驟3中得到的研究區域不同地形區域連續時間序列的土壤侵蝕模數及強度分級，統計各區域多年的土壤侵蝕模數，并繪制曲線圖，計算多年平均土壤侵蝕模數，從而對比研究區域不同地形區域土壤侵蝕模數的差異，同時繪制研究區域土壤侵蝕強度分級圖，進一步對比研究區域不同地形區域土壤侵蝕強度等級的差異；
34、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟5中，提取rusle模型中的驅動因子，并制作研究區域rusle模型驅動因子分級圖，對比不同地形土壤侵蝕驅動因子空間分布的差異，統計研究區域多年rusle模型驅動因子的數據并繪制變化圖，對比不同地形土壤侵蝕驅動因子時間變化的差異；
35、其中，rusle模型驅動因子包括降雨侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、坡度坡長因子、植被覆蓋因子和水土保持因子。
36、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟6具體為：通過因子探測量化單個因子對不同地形下土壤侵蝕空間分異性的影響，并通過交互探測探究不同地形下rusle模型驅動因子之間的相互作用，獲取不同地形下這些因子共同影響土壤侵蝕的機制。
37、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟7中，獲取人為因子和自然因子，并基于連續的時間序列，對不同地形條件下每個因子的統計數據進行標準化處理，之后代入隨機森林模型中，得到基于時間序列的各自然和人為因子重要性占比，并分析不同地形土壤侵蝕自然因子和人為因子的時間分異特征；
38、其中，自然因子包括降雨量、氣溫、植被覆蓋度；人為因子包括人口密度、gdp、城市化面積。
39、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟8中，將不同地形區域經過標準化之后的連續時間序列數據導入本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟3包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟4中，基于步驟3中得到的研究區域不同地形區域連續時間序列的土壤侵蝕模數及強度分級，統計各區域多年的土壤侵蝕模數，并繪制曲線圖，計算多年平均土壤侵蝕模數，從而對比研究區域不同地形區域土壤侵蝕模數的差異，同時繪制研究區域土壤侵蝕強度分級圖，進一步對比研究區域不同地形區域土壤侵蝕強度等級的差異。
5.根據權利要求4所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟5中，提取RUSLE模型中的驅動因子，并制作研究區域RUSLE模型驅動因子分級圖，對比不同地形土壤侵蝕驅動因子空間分布的差異，統計研究區域多年RUSLE模型驅動因子的數據并繪制變化圖，對比不同地形土壤侵蝕驅動因
6.根據權利要求5所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟6具體為：通過因子探測量化單個因子對不同地形下土壤侵蝕空間分異性的影響，并通過交互探測探究不同地形下RUSLE模型驅動因子之間的相互作用，獲取不同地形下這些因子共同影響土壤侵蝕的機制。
7.根據權利要求1所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟7中，獲取人為因子和自然因子，并基于連續的時間序列，對不同地形條件下每個因子的統計數據進行標準化處理，之后代入隨機森林模型中，得到基于時間序列的各自然和人為因子重要性占比，并分析不同地形土壤侵蝕自然因子和人為因子的時間分異特征；
8.根據權利要求7所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟8中，將不同地形區域經過標準化之后的連續時間序列數據導入至構建好的偏最小二乘結構方程模型PLS-SEM中，得到自然因子和人為因子分別對于不同地形的土壤侵蝕模數影響的路徑系數，從而分析不同地形土壤侵蝕自然因子和人為因子的驅動強度。
...【技術特征摘要】
1.一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟3包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟4中，基于步驟3中得到的研究區域不同地形區域連續時間序列的土壤侵蝕模數及強度分級，統計各區域多年的土壤侵蝕模數，并繪制曲線圖，計算多年平均土壤侵蝕模數，從而對比研究區域不同地形區域土壤侵蝕模數的差異，同時繪制研究區域土壤侵蝕強度分級圖，進一步對比研究區域不同地形區域土壤侵蝕強度等級的差異。
5.根據權利要求4所述的一種多地形土壤侵蝕時空驅動力的分析系統，其特征在于，所述步驟5中，提取rusle模型中的驅動因子，并制作研究區域rusle模型驅動因子分級圖，對比不同地形土壤侵蝕驅動因子空間分布的差異，統計研究區域多年rusle模型驅動因子的數據并繪制變化圖，對比不...
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