遙感技術在黃河下游河道水政執法中的應用

文/齊予海 馬曉兵

隨著社會經濟的快速發展，與河爭水、與河爭地現象日益突出，對河道的侵害和潛在威脅日益嚴重。黃河下游河道全長878km，大堤之間河道內的黃河灘區面積達4416km2，居住有189萬人。黃河灘區是行洪通道、滯洪和沉沙的主要區域，但由于洪水在年內和年際間大小不均，不經常行洪的地區往往被盲目開發或被任意侵占，形成生產堤、片林、磚瓦窯場、浮橋等四類阻礙行洪的障礙物。

近年來，黃委利用遙感監測手段和信息化方式監督和管理洪障物的變化情況，有效解決了傳統人工巡測無法及時獲取大空間范圍內行洪障礙物變化情況的問題，為下游河道水政執法業務管理和會商決策支持提供了有力支撐。

1 黃河下游河道清障遙感監測

鑒于黃河下游河道長、灘區范圍大、洪障物分布不均等特點，黃委通過遙感技術，大范圍快速準確采集地物信息，并與以前年份采集信息進行比對，及時發現變化情況。

1.1 灘區本底數據遙感調查

選擇植被生長旺季開展灘區本底數據遙感調查，普查目前下游灘區基本情況，摸清灘區內各類行洪障礙物的分布、性質和規模等現狀。以最新的航空遙感正射影像為基礎數據源，根據遙感影像判讀解譯標志，定型描述片林、生產堤、建筑物、高桿作物等障礙物的主要特征，結合灘區地形圖和專家知識，采用目視解譯法跟蹤勾繪障礙物的邊界，形成解譯矢量數據。然后，結合野外調查驗證，最終確定行洪障礙物遙感影像解譯成果。

1.2 灘區洪障物動態監測

在本底遙感數據調查的基礎上，在每年汛期前，利用航空影像對黃河下游重點清障區域進行遙感監測。通過與本底遙感數據對比，分析洪障物動態變化的分布和數量等情況，便于掌握洪障物清除進度，監控清障實施效果。

清障動態監測遙感調查采用全面監測和局部監測相結合方法，先利用已有的低分辨率影像宏觀發現變化區域，再利用航空或高分辨率衛星對重點變化區域進行詳細定量的監測。對比監測數據源選擇與本底調查數據分辨率接近的影像，增強不同時期數據的可比性。對比監測數據的采集應選擇在農作物非生長季，便于從影像上清晰解譯出片林的范圍、生產堤和磚瓦窯場的位置，增加對比分析準確性。

2 黃河下游河道清障遙感監測信息系統

結合河道清障業務的需求，黃委利用遙感技術、數據庫和通信網絡技術建立了“黃河下游河道水政執法遙感監測信息系統”，實現了灘區行洪障礙物信息的網絡發布和洪障物及其信息的查詢瀏覽、統計和對比分析。

2.1 系統結構

該系統開發采用三層軟件體系結構：第一層，用戶層，即表現層，提供圖形用戶界面；第二層，中間層，即業務層，處理應用邏輯和業務邏輯；第三層，數據層，提供應用程序所需數據。

用戶表現層只能通過邏輯層訪問數據層，確保了黃河流域信息和遙感數據的保密性。本系統采用以圖形方式直觀展示空間數據，水政業務人員可以通過地圖服務查找防洪工程和洪障物位置，進而查詢其相關業務信息。

中間業務層在得到用戶請求后從數據層獲取用戶請求的數據，并反饋給表現層。

數據層定義了對原始數據的事物操作，多臺服務器同時進行讀寫操作保證數據一致性。

2.2 數據與數據管理

系統數據主要包括：不同時期的多種分辨率的黃河下游遙感影像、河道矢量圖層、片林矢量圖層、生產堤矢量圖層、磚瓦窯場矢量圖層、灘區村莊矢量圖層等空間數據，以及各類洪障物的統計數據、用戶信息等其它非空間數據。

圖1：洪障信息綜合服務查詢效果

圖2：臺前縣片林監測效果

圖3：片林動態遙感監測對比分析結果

系統采用WebGIS方式對地理空間數據進行發布和應用。系統實現的數據管理主要包括：

（1）Web資源的組織。利用地圖對空間分布特征的信息進行組織和管理，并為用戶提供基于空間的檢索服務。

（2）空間數據發布。通過地圖服務發布遙感監測影像、洪障物空間數據及其屬性信息。

（3）空間查詢檢索。采用圖文結合的方式關聯圖形數據庫和屬性數據庫，進行圖形及屬性數據庫的查詢檢索。

2.3 系統實現

2.3.1 洪障信息綜合服務

采用基于Skyline軟件的三維地貌服務平臺技術，建立了黃河下游灘區片林、生產堤、磚瓦窯場、浮橋等洪障物信息的流域三維地貌平臺，提供了洪障物信息綜合信息的快速檢索查詢、洪障物圖層選擇、各級管理單位洪障物信息統計、面積長度測量、截圖等功能。

該模塊加載了下游流域全部需要清除的洪障物圖層，業務人員可通過勾選圖層列表，顯示所關心的洪障物矢量圖形。在三維地貌窗口通過漫游、縮放、旋轉等操作檢索地圖，直觀看到各類洪障物信息與防洪工程的空間位置關系，通過點擊三維地圖上的洪障物可查詢該洪障物的具體屬性。各級管理單位統計表顯示了該管轄范圍內當前洪障物的規模和數量，業務人員通過點擊各級管理單位名稱，快速定位至該單位管轄范圍。如圖1所示。

2.3.2 洪障物監測

采用基于ArcGIS Server的WebGIS技術和Ajax技術，建立了片林、生產堤、磚瓦窯場、浮橋四類主要洪障物監測平臺，相互獨立。以片林監測為例，提供了灘區片林的可視化查詢瀏覽、統計、年度變化情況的對比分析功能。該模塊以專題圖形式展示灘區最新片林分布情況，通過勾選歷年片林圖層查看所需年度片林情況。業務人員按管理單位可查看該單位管轄范圍當前的片林面積、規模等統計信息。如圖2所示。

對本底遙感調查和動態監測數據進行對比，不同年份片林圖層做相交運算，可得到任意兩年片林增減變化情況，分析結果按照新增片林、清除片林專題圖形式顯示。如圖3所示，紅色部分表示已清除片林區域，可查詢清除片林面積和所屬管轄單位。

3 結語

通過本底遙感調查和動態遙感監測對比，摸清了黃河下游本底遙感調查范圍內的片林、生產堤、磚瓦窯場、浮橋的分布和規模情況，并對河南和山東境內洪障物數量進行了統計，為河南山東河段清障方案提供了科學依據。在實際清查中發現，行洪障礙物還涉及到各類橋梁、工廠、生態娛樂場所、其它構筑物等涉河建設項目，下一步，將把這些洪障物納入遙感監測和信息化監督管理當中，并為基層業務人員在清障工作中對清障信息的采集、編輯、上報等提供信息化途徑。