衛星遙感服務在水利行業與南水北調工程的應用與展望

□婁華賓（河南省南水北調建設管理局）

衛星遙感服務在水利行業與南水北調工程的應用與展望

□婁華賓（河南省南水北調建設管理局）

由于衛星遙感技術逐漸的發展，各類衛星遙感影像的數據被不斷應用到生產生活的各個方面，通過影像數據的推送和分析服務為交通出行、勘探測繪、國土資源管理、道路線路規劃、工程設計、農業統計、森林防火、邊界巡防等多個方面提供了豐富的應用，產生了不可估量的價值。文章通過對衛星遙感服務體系的介紹和在水利與南水北調領域的應用總結和分析，為在水利與南水北調業務中應用衛星遙感服務提升整體工作效率和能力提供參考和借鑒。

衛星遙感；遙感應用；水利與南水北調遙感；遙感前景

1 概述

由于衛星遙感技術逐漸的發展，各類衛星遙感影像的數據被不斷應用到生產生活的各個方面，通過影像數據的推送和分析服務為交通出行、勘探測繪、國土資源管理、道路線路規劃、工程設計、農業統計、森林防火、邊界巡防等多個方面提供了豐富的應用，產生了不可估量的價值。而隨著水利與南水北調事業的發展，在流域范圍監測、水資源管理、水文環境監測等方面均不斷產生新的管理和應用要求。而我國目前已經建立了完全自主可控的衛星遙感服務體系，使得其在水利與南水北調事業的各項相關工作中的應用具備了條件，同時其他行業的應用也積累了豐富的經驗。文章主要通過對衛星遙感服務體系的介紹和在水利與南水北調領域的應用總結和分析，為在水利與南水北調業務中應用衛星遙感服務提升整體工作效率和能力提供參考。

2 衛星遙感服務體系及發展

2.1 衛星遙感服務體系

衛星遙感體系主要包括三個方面的內容，分別為天上、地面以及遙感應用。首先天上的就是我們的衛星系統，從衛星所處的軌道來說包括：太陽同步軌道衛星、地球同步軌道衛星，從衛星的大小來看包含：大衛星、小衛星、微小衛星、納衛星等，根據傳感器載荷包括：全色、多光譜、高光譜、雷達等。從觀測領域來說，包括陸地衛星、海洋衛星、氣象衛星等。應該說衛星系統是數據獲取的源頭，是整個遙感服務體系最核心的內容。其次地面系統包括觀測任務的規劃、指令的注入，拍攝數據的接收、預處理，以及各級別產品的生產加工。地面系統是遙感服務體系的基礎。最后在應用服務方面，無論是衛星系統還是地面系統要發揮它的價值，最終都要落腳在服務上，如何有效的與行業的業務相結合，為相關行業提供快速、有效的服務，是遙感服務體系建設的最終目標。所以說應用服務是源動力。

總結起來，衛星系統、地面系統、應用服務組成了一個完整的遙感服務體系。

2.2 衛星遙感發展現狀

當前遙感發展現狀主要分為國際和國內兩個部分。

第一，當前遙感服務體系發展的現狀，從國際大的體系上來看，有兩個重要的部分：NASA的地球觀測系統和ESA的哥白尼計劃。第二，在國內來說，也在發展我們自己的地球觀測系統。高分專項是國家中長期科技發展規劃中確定16個重大專項之一，是中國自己的地球觀測系統。衛星層面：由高分一號到高分七號，7顆衛星組成。包括全色、多光譜到高光譜，從光學到雷達等多種類型傳感器。最終構成了一個具有高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率能力的對地觀測系統。在高分應用的推廣上，目前已經建立了28個省級高分數據與應用中心，來推廣高分的產業化應用。另外就是國家“十二五”863計劃重點項目，星機地綜合定量遙感應用項目。面向全球糧食安全、森林碳匯量、一帶一路、跨境河流、生態環境監測等方面提供統一的應用服務。

2.3 衛星遙感發展趨勢

2.3.1 衛星系統層面

首先，分辨率越來越高。國際上從1、0.50m到0.30m，國內也有高分一號的2m，高分二號和北京二號的0.80m以及資源、高景等多種不同分辨率的衛星。其次，衛星平臺越來越敏捷。目標成像模式、條帶采集模式、立體成像模式、走廊觀測模式、持續偵查模式等多種模式。第三，衛星協同組網越來越多，衛星的協同組網運行越來越多。第四，星上數據實時處理。星上數據的實時處理成為發展趨勢，衛星除了傳統拍攝外具備了星上數據的處理。可以在星上對數據進行初步的幾何校正，可以對獲取的數據進行實時的圖像分析，比如進行云覆蓋度的判斷，超過一定比例的數據自動拋棄，這樣就可以降低數據傳輸的壓力。

2.3.2 地面系統層面

①以應用為導向的多星任務的聯合規劃，同時在規劃過程中還可以結合氣象情況，可以對云量進行預測，提高規劃任務的可行性。同時還可以對觀測任務進行仿真和推演，以確保任務的執行。②已接受的遙感影像的快速處理，借助于高性能的計算設備，實現流程化、自動化的并行處理。③影像的智能分析，實現從影像到信息快速轉化，這個也是目前業界比較難解決的一個問題。④是時空信息的重建。這個也在很多地方有相關的應用。主要是針對數據當中因為云的遮擋而帶來的信息缺失。可通過其它一個時間的數據對它進行引導，對找出相似的區域進行替換和補充，把缺失的數據恢復出來。⑤遙感影像的超分。通過多期觀測數據或者是星地結合的模式，用相應的算法對影像進行超分辨率處理，提高數據的分辨率。以及時間、空間、光譜信息的融合。

2.3.3 應用服務層面

服務類型也越來越多樣化，從編程觀測服務，到數據產品服務，到成果影像產品服務，信息產品服務，以及以用戶需求為導向的綜合信息服務。在服務的形式上，實現從傳統服務到云服務的轉換。

3 遙感在水利與南水北調領域的應用

3.1 災害監測及評估

根據遙感對地觀測的功能，可以獲取居民地、耕地、水體、道路、林地和草地等土地利用信息，遙感技術可從確定受災面積發展到災情進行評估。特別是在災前調度決策時，如果能對各類預案可能會造成的損失和影響進行比較和評估，這會對減災決策有重要意義。利用遙感技術，可提供災害的環境信息，如水深、范圍和受淹時間；也可以提供受災體的信息，如房屋、耕地、道路、輸電通信塔和線路、工業區等。再加上各類受災環境各類受災體的損失系數再把區域邊界考慮進去，就能對災情進行統計和評估。

3.2 水資源監測及保護

對水資源的監測和保護有重大的戰略意義，遙感技術為管理水資源提供了非常好的支撐條件。以地表水體為監測對象，利用同一區域不同時相遙感影像數據，開展地表水體動態監測，了解地表水體空間分布和水面面積變化情況；同時結合氣象、水文等業務數據，分析導致水面變化原因，為水利與南水北調相關部門提供數據支撐和決策依據。

3.3 水土保持

早在1985年，水利部在對全國水土保持情況進行調查時，采取的技術路線是以遙感調查為主，結合遙感技術與常規監測技術。通過獲取影響土壤侵蝕相關因子信息（如植被覆蓋、土壤類型、坡度等），并參考《SL190-2007土壤侵蝕分類分級標準》，實現土壤侵蝕強度分級，摸清土壤侵蝕情況，了解其分布、面積和強度，實現對侵蝕情況的監測；通過治坡工程、造林工程、免耕等水土保持措施業務數據，開展規劃工程本底數據建設，了解工程區立地環境，輔助規劃審核；利用多期遙感數據，開展工程實施效果遙感監測，了解工程區動態變化狀況，比對規劃與現狀，了解規劃落實情況，輔助水土保持措施監管；通過遙感技術快速獲取小流域土地利用、坡度、植被覆蓋等基礎信息，疊加小流域治理措施數據，利用空間分析技術輔助專家審核措施設計的合理性；疊加治理措施規劃數據與治理中、治理后影像數據，進行對比分析，輔助生態清潔小流域治理。

3.4 灌溉面積調查

水利是農業的命脈，經過灌溉的農作物的產量一般比未經過灌溉的農作物的產量高3～5倍，為保證糧食的安全，要大力發展農業灌溉。查清需要灌溉的面積和空間分布，對科學分配水資源、推動節水灌溉有重大意義。外國一些先進的農作物灌溉區更為廣泛地運用了遙感技術，利用遙感對灌溉區的土壤含水量、作物長勢和土壤中鉀、磷、氮的含量進行監測，得出需水量和需施肥的類別和數量，最后在滴灌時將肥料融于水中進行澆灌，為農業的精細化提供了有力保障。

3.5 河道與河口變化監測和治理

河道水沙變化所造成的河道沖淤變化、河道挖沙造成的河勢變化，橋梁等跨河建筑物的增多也會對河道泄洪能力產生很大影響，一些國際的河流，河道的變化會造成中泓線的變化，甚至會造成國家領土大小發生變化。所以，對河道的變化情況的監測是水利與南水北調遙感十分注重的事情。河口是內陸和大海的交匯處，是河流與海流交接處，這會導致土沙淤積或減少。不僅河口的土地大小會變化，河流所侵蝕的地面高度的變化還會導致河流縱剖面的改變、水流挾沙與來沙量相比關系的改變，從而產生自河口往上的溯源堆積和溯源沖刷，使河口的監測變為另外一個水利與南水北調遙感比較關注的事情。

4 遙感技術在水利與南水北調領域的展望

隨著水利信息化建設與遙感技術的發展，遙感技術在水利與南水北調事業的應用范圍在逐漸擴大，應用的深度在向業務工作的需求不斷靠近。從遙感數據到信息，再到知識和規律，需要與逐漸進步的水利技術相結合，經過多學科的結合才可以更好地發揮遙感在水利與南水北調事業中的作用。分析當前水利與南水北調行業的發展趨勢，水利與南水北調行業也正朝著數字化信息化的方向發展，以遙感技術、地理信息系統、全球定位系統為支撐的3S技術必將為水利與南水北調行業注入新的活力。

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1673-8853（2017）09-0090-02

2017-6-13

編輯：國立杰