土壤侵蚀是发生在地球表面的水文地貌过程。在精细的时空尺度上观察持续降雨期间的土壤表面形态对于土壤侵蚀过程研究至关重要。目前，仍缺乏能够在连续降雨条件下从时空两个维度对土壤侵蚀过程进行观测的观测技术与手段。基于精准刻画土壤侵蚀下垫面演化过程，揭示土壤侵蚀发生发展机理的需要，水土保持研究所的水土保持监测与信息化团队耦合数字近景摄影观测技术和无线组网技术，设计了一套能够在连续降雨条件下对土壤侵蚀下垫面形态演变过程进行动态观测的系统。

该系统通过对降雨过程中不同时间节点对应的土壤侵蚀坡面数字影像的瞬时采集、雨滴噪声去除、点云匹配、三维重建等技术实现对土壤侵蚀形态演化过程的动态观测。结果表明，所建立系统能够在持续降雨期间动态监测土壤表面形貌的演变，该观测系统的时空分辨率分别为1 min和2 mm。与径流泥沙收集法相比，土壤流失估算系统平均相对误差为5.63%，单次观测准确率高达99.58%。

图1 侵蚀坡面三维重建流程图

图2 降雨过程中土壤侵蚀地表形态动态变化

该观测方法为土壤侵蚀过程监测提供了可靠的途径，有助于分析土壤侵蚀在地表水文过程中的作用和影响机制。研究成果以 “A digital close range photogrammetric observation system for measuring soil surface morphology during ongoing rainfall”为题，发表于《Journal of Hydrology》期刊（全文链接DOI: 10.1016/j.jhydrol.2023.129427），文章的第一作者为水土保持研究所博士研究生姜艳敏，史海静副研究员为通讯作者。此外，该研究获得“一种水土流失情况测定的方法（ZL201510582002.0，郭明航 赵军 林奇 史海静 展小云 税军峰）”和“降雨过程中土壤侵蚀地表形态DEM构建、观测方法及装置（ZL 201910515164.0，史海静，赵军，展小云）”2件发明专利，解决了高时空分辨率数字影像采集、传输以及表征地面形态参数的解算、突破了连续降雨过程中雨滴对数字影像解算的影响。

上述成果获中国科学院战略性先导科技专项（XDA20040202）以及国家自然科学基金项目（41977077, 41571269)等项目联合资助。