[发明专利]一种基于信息熵理论的冲沟沟头活跃度评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价冲沟沟头活跃度的方法，更具体的是涉及一种在缺乏野外侵蚀监测数据的情况下，基于冲沟沟头形态特征的调查，利用信息熵理论评价冲沟沟头的活跃程度的简单快捷且准确度较高的方法。

背景技术

金沙江干热河谷是我国西南地区特殊的生态脆弱区，冲沟侵蚀是其突出的生态环境问题之一。冲沟发育导致土地退化过程加速，水土流失严重。在金沙江下游元谋干热河谷冲沟发育地带，侵蚀模数可高达1.64×10⁴t/(km²·a)。沟头是冲沟形态变化及侵蚀产沙最剧烈的部位，其活跃程度决定着整个冲沟的发展方向。在干热河谷区开展冲沟沟头活跃度评价，对该区针对性地开展冲沟治理具有重要意义。

冲沟沟头的活跃程度突出体现在土壤流失量及沟头前进速率两方面，然而目前大多数地区均难于实现对这两个因子的可靠监测。长期野外调查发现，沟头的形态特征和沟床植被生长状况在一定程度上可以表征其活跃程度。例如，随着冲沟沟头由活跃向稳定状态发育，其沟头跌坎高差、沟床纵比降等形态参数及沟床植被覆盖度亦发生较明显变化。如何利用野外调查获取的沟头形态参数及相关的植被覆盖条件来推断、判别冲沟沟头的活跃度，这是冲沟侵蚀研究和治理实践亟待解决的问题。

熵是源于热力学的一个物理概念，后经申农(C E Shannon)引入信息论，用以表征系统的无序程度。相对于层次分析法和专家经验评估法而言，熵值法能够克服人为确定权重的主观性以及多指标变量间信息的重叠，所给出的指标权重值具有更高的可信度，适合对多元指标进行综合评价，目前熵值法已广泛运用于社会经济等研究领域。在小尺度冲沟系统中，评价沟头的活跃度也需要综合考虑沟头的形态参数（如沟头跌坎高差、沟床纵比降等）及沟床植被盖度等多方面的因素，因此，可将信息熵理论应用于冲沟沟头活跃度的评价。

发明内容

针对目前大多数冲沟发育地区缺乏长期侵蚀监测数据、无法评价沟头活跃度的问题，本发明的目的之一在于提供一种基于信息熵理论、简单快捷且准确度较高的冲沟沟头活跃度评价方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于信息熵理论的冲沟沟头活跃度评价方法，是利用高精度差分GPS技术（RTK-GPS）对冲沟沟头进行野外实地测量、调查，获取各个冲沟沟头的形态参数及沟床植被盖度，将形态参数及沟床植被盖度作为待评价沟头的评价指标，然后利用信息熵理论对评价指标进行分析、处理，计算出沟头的评价值，进而评价沟头的活跃度。

更进一步的方案是：所述形态参数为沟头跌坎高差和沟床纵比降。

更进一步的方案是：所述的利用信息熵理论对评价指标进行分析、处理，计算出沟头的评价值，进而评价沟头的活跃度，其步骤如下：

步骤一、构建原始指标数据矩阵：设有m个待评价冲沟沟头，n项评价指标，形成原始指标数据矩阵X={x_ij}_m×n（1≤i≤m,1≤j≤n），则x_ij为第i个沟头第j个指标的指标值；

步骤二、数据标准化处理：对于正向指标，x′_ij=x_ij/x_max；对于逆向指标，x′_ij=x_min/x_ij；x_max或x_min是第j个指标下的所有沟头的数据中的最大值或最小值。正向指标是指指标值越大，系统状态越趋于稳定；逆向指标是指指标值越小，系统状态越趋于稳定；

步骤三、计算第j项指标下第i个沟头指标值的比重（p_ij）：

步骤四、计算第j项指标的熵值(e_j）：其中k=1/ln m；

步骤五、计算评价指标j的差异性系数（g_j）：g_j=1-e_j；

步骤六、计算评价指标j的权重（w_j）：

步骤七、计算第i个沟头活跃度评价值（GAE_i）：用第j项指标权重w_j与标准化矩阵中第i个沟头第j项评价指标接近度x′_ij的乘积作为x_ij的评价值f_ij，即f_ij=w_ij×x′_ij，第i个沟头活跃度评价值