土壤侵蝕是發生在地球表面的水文地貌過程。在精細的時空尺度上觀察持續降雨期間的土壤表面形態對于土壤侵蝕過程研究至關重要。目前，仍缺乏能夠在連續降雨條件下從時空兩個維度對土壤侵蝕過程進行觀測的觀測技術與手段?；诰珳士坍嬐寥狼治g下墊面演化過程，揭示土壤侵蝕發生發展機理的需要，水土保持研究所的水土保持監測與信息化團隊耦合數字近景攝影觀測技術和無線組網技術，設計了一套能夠在連續降雨條件下對土壤侵蝕下墊面形態演變過程進行動態觀測的系統。

該系統通過對降雨過程中不同時間節點對應的土壤侵蝕坡面數字影像的瞬時采集、雨滴噪聲去除、點云匹配、三維重建等技術實現對土壤侵蝕形態演化過程的動態觀測。結果表明，所建立系統能夠在持續降雨期間動態監測土壤表面形貌的演變，該觀測系統的時空分辨率分別為1 min和2 mm。與徑流泥沙收集法相比，土壤流失估算系統平均相對誤差為5.63%，單次觀測準確率高達99.58%。

圖1 侵蝕坡面三維重建流程圖

圖2 降雨過程中土壤侵蝕地表形態動態變化

該觀測方法為土壤侵蝕過程監測提供了可靠的途徑，有助于分析土壤侵蝕在地表水文過程中的作用和影響機制。研究成果以 “A digital close range photogrammetric observation system for measuring soil surface morphology during ongoing rainfall”為題，發表于《Journal of Hydrology》期刊（全文鏈接DOI: 10.1016/j.jhydrol.2023.129427），文章的第一作者為水土保持研究所博士研究生姜艷敏，史海靜副研究員為通訊作者。此外，該研究獲得“一種水土流失情況測定的方法（ZL201510582002.0，郭明航 趙軍 林奇 史海靜 展小云 稅軍峰）”和“降雨過程中土壤侵蝕地表形態DEM構建、觀測方法及裝置（ZL 201910515164.0，史海靜，趙軍，展小云）”2件發明專利，解決了高時空分辨率數字影像采集、傳輸以及表征地面形態參數的解算、突破了連續降雨過程中雨滴對數字影像解算的影響。

上述成果獲中國科學院戰略性先導科技專項（XDA20040202）以及國家自然科學基金項目（41977077, 41571269)等項目聯合資助。