空間信息技術(shù)在灌區(qū)信息化中的應(yīng)用探討

張 穗，譚德寶，崔遠(yuǎn)來，汪朝輝，張治中

空間信息技術(shù)在灌區(qū)信息化中的應(yīng)用探討

張 穗1，譚德寶1，崔遠(yuǎn)來2，汪朝輝1，張治中1

（1.長(zhǎng)江科學(xué)院空間信息技術(shù)應(yīng)用研究所，武漢 430010；2.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，武漢 430072）

灌區(qū)信息化是灌區(qū)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志，也是水利信息化的重要內(nèi)容。隨著以“3S”技術(shù)（遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS））為主體的空間信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用已經(jīng)越來越深入和廣泛。以湖北省漳河灌區(qū)為例，對(duì)空間信息技術(shù)應(yīng)用于灌區(qū)信息化的幾個(gè)重要方向及其技術(shù)關(guān)鍵和難點(diǎn)進(jìn)行了探討，對(duì)具體技術(shù)問題提出了解決方法。

灌區(qū)信息化；遙感；漳河灌區(qū)；關(guān)鍵技術(shù)

1 概 述

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)灌溉用水量約占全國(guó)用水總量的70%，灌溉用水又是農(nóng)業(yè)用水的主體。農(nóng)業(yè)水資源短缺與灌溉事業(yè)發(fā)展對(duì)水資源的巨大需求已構(gòu)成尖銳的矛盾，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)現(xiàn)代化管理，用管理手段提高灌區(qū)水的利用效率是今后灌區(qū)發(fā)展的必然趨勢(shì)。要提高灌區(qū)管理水平，必須突破傳統(tǒng)的治水思路，依靠信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理信息化。

灌區(qū)信息化的概念隨著信息技術(shù)的發(fā)展而提出，隨著信息技術(shù)的發(fā)展而展開。灌區(qū)信息化主要包括兩大方面的內(nèi)容，一是基礎(chǔ)信息的采集與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立，二是用水決策管理支持系統(tǒng)的建立，這兩方面的內(nèi)容相輔相成，缺一不可。其中，灌區(qū)內(nèi)信息的快速獲取與更新，是整個(gè)信息化過程的基礎(chǔ)。

“3S”技術(shù)（遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）），結(jié)合數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，統(tǒng)稱為空間信息技術(shù)，在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用已經(jīng)越來越深入和廣泛。

灌區(qū)信息化是指運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和管理手段，建立一個(gè)以提高灌區(qū)管理效率和用水效率為目的的管理信息系統(tǒng)。具體來說，就是借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、空間信息技術(shù)、遙控遙測(cè)技術(shù)等現(xiàn)代化手段對(duì)灌區(qū)地理地貌、資源環(huán)境、種植情況、用水信息等各方面的海量數(shù)據(jù)和信息以數(shù)字化的形式進(jìn)行獲取和存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理，以此為基礎(chǔ)，建立覆蓋全灌區(qū)的一體化的數(shù)字集成平臺(tái)和虛擬環(huán)境系統(tǒng)，為灌區(qū)水利工程管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防汛抗旱、灌溉用水管理、節(jié)水灌溉、環(huán)境保護(hù)、水土保持、信息服務(wù)等不同職能部門提供具有較高科學(xué)性和預(yù)見性的決策支持和信息服務(wù)。

傳統(tǒng)的灌區(qū)管理方法在這些方面存在不足，如土地利用信息地面調(diào)查不準(zhǔn)確，而它又是灌區(qū)水管理最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)；同步大量布點(diǎn)監(jiān)測(cè)土壤墑情不僅不準(zhǔn)確，且費(fèi)用高；灌區(qū)灌排渠系具有空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用傳統(tǒng)的方法難以描述；采用傳統(tǒng)方法大范圍的估算灌區(qū)內(nèi)部當(dāng)?shù)厮礌顩r相當(dāng)困難等等。而空間信息技術(shù)正好滿足這些方面的需求，遙感技術(shù)在數(shù)據(jù)快速采集與更新方面具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，GIS技術(shù)最適合大規(guī)模數(shù)據(jù)的組織、管理和平臺(tái)集成，GPS技術(shù)能夠?qū)⒉煌瑏碓?、不同地理坐?biāo)的地面數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)灌區(qū)地面信息的真實(shí)模擬，GIS平臺(tái)同時(shí)能夠支持用水管理、優(yōu)化水資源配置的計(jì)算模型。

本文擬結(jié)合湖北省漳河灌區(qū)為例對(duì)空間信息技術(shù)應(yīng)用于灌區(qū)信息化的幾個(gè)重要方向及其技術(shù)關(guān)鍵和難點(diǎn)進(jìn)行了探討，對(duì)具體技術(shù)問題提出了解決方法。

2 漳河灌區(qū)基本情況

漳河發(fā)源于湖北南漳縣境內(nèi)的荊山南麓之三景莊，流經(jīng)?？?、遠(yuǎn)安、荊門、當(dāng)陽等縣、市，在當(dāng)陽市兩河口與西支沮河匯流，全長(zhǎng)202 km，流域面積2 980 km2。流域內(nèi)土地肥沃，氣候溫暖，雨量豐沛，環(huán)境宜人。上游山區(qū)森林密布，覆蓋良好，森林及宜林面積占總面積的40%左右，主要森林有松、杉、楊、柏，而以松林為最多，是湖北省重要林區(qū)之一。流域內(nèi)煤、鐵、銅、硫磺、石膏等礦藏資源豐富，其中煤炭最多，是湖北省漢江平原工業(yè)生產(chǎn)與生活用煤的主要源地。

漳河灌區(qū)以漳河水庫為主要水源，以農(nóng)業(yè)灌溉為主，工業(yè)和發(fā)電為輔，灌溉是興建漳河水庫工程綜合開發(fā)利用的主要目標(biāo)之一。該灌區(qū)工程于1961年開始動(dòng)工，1966年10月，灌區(qū)開始全面通水受益。漳河灌區(qū)擔(dān)負(fù)著荊門、荊州、宜昌等3個(gè)省轄市6個(gè)縣（市、區(qū)）的農(nóng)業(yè)灌溉用水。灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積17.37萬hm2，渠道總長(zhǎng)7 167.56 km，渠系建筑物17 547座，灌區(qū)興建有中、小型水庫314座，總庫容8.45億m3。其中興利庫容達(dá)4.88億m3，塘堰81 595口，蓄水能力1.90億m3，30 kW以上的電灌站432處，總裝機(jī)673臺(tái)，計(jì)101 896 kW，提供流量達(dá)到248.72 m3／s。灌區(qū)已初步形成以漳河水庫為骨干，中小型水庫為基礎(chǔ)，電灌站作補(bǔ)充的大中小、蓄引提相結(jié)合的灌溉體系。

自1990年以來，漳河灌區(qū)已先后研究建成了防洪調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)及灌溉水動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)試點(diǎn)、大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)、水利通信專網(wǎng)、辦公自動(dòng)化計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、城鎮(zhèn)供水遙測(cè)系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)、漳河水利信息網(wǎng)站，并根據(jù)我國(guó)灌區(qū)輸水系統(tǒng)的特點(diǎn)和現(xiàn)有的管理水平，進(jìn)行了高淹沒度智能型量水成套技術(shù)推廣項(xiàng)目、CMC超聲波明渠（河流）測(cè)流系統(tǒng)項(xiàng)目方面的研究，初步奠定了漳河灌區(qū)信息化的研究基礎(chǔ)。

作為水利部全國(guó)大型灌區(qū)信息化第一期30個(gè)試點(diǎn)灌區(qū)之一，從2004年開始，漳河灌區(qū)信息化建設(shè)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，初步建立了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、雨水情遙測(cè)系統(tǒng)、閘門視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。信息化系統(tǒng)的建設(shè)為實(shí)現(xiàn)漳河水庫從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變夯實(shí)了基礎(chǔ)，有力地促進(jìn)了漳河水資源管理的現(xiàn)代化。

3 空間信息技術(shù)在灌區(qū)信息化中的應(yīng)用方向及趨勢(shì)

以3S技術(shù)為核心的空間信息技術(shù)，在漳河灌區(qū)信息化中，發(fā)揮了十分重要的作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 直接提取地面信息

地面信息的直接提取是遙感數(shù)據(jù)最主要的作用之一，在這個(gè)方面，遙感信息源大范圍、同步提取和質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的優(yōu)勢(shì)非常明顯。從遙感影像上提取地面信息的方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，一般通過影像融合或者增強(qiáng)的方法，突出需要提取的地物特征，然后利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取的方法提取，最后在難以自動(dòng)提取的區(qū)域進(jìn)行手動(dòng)提取作為補(bǔ)充。信息提取的方面很多，在此不詳細(xì)敘述，針對(duì)不同地面信息，提取的方法與數(shù)據(jù)的選擇也有區(qū)別。

渠道信息：渠道通常在遙感影像上表現(xiàn)為線狀的特征，渠道一旦建立在比較長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)都沒有變化，因此一般無需更新，但是有的渠道比較窄，需要高分辨率的數(shù)據(jù)資源，對(duì)于漳河灌區(qū)，一般采取2.5～5 m左右的遙感信息源一次性提??；

水域：水域是隨季節(jié)變化比較大的地面特征，根據(jù)需要，利用相應(yīng)時(shí)相的遙感影像（分辨率在10 m左右即可），直接用邊界提取法提取水域邊界；

土地利用：土地利用信息的提取已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)，一般采用ETM影像通過監(jiān)督分類的方法提取，1∶100 000比例尺完全可以達(dá)到灌區(qū)管理的需要；

種植面積：種植面積是十分重要的信息，以往采取統(tǒng)計(jì)的方法獲取，但是總會(huì)產(chǎn)生數(shù)量偏大或偏小的情況，采用遙感手段進(jìn)行調(diào)查，即快捷又準(zhǔn)確。

目前在漳河灌區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基于2.5 m SPOT遙感影像的渠道、水庫邊界的提取，以及基于ETM數(shù)據(jù)的土地利用類型的提取。由于漳河灌區(qū)地面耕地分布比較復(fù)雜，田塊小，田埂比例大，因此要求更高精度的地面數(shù)據(jù)源。

3.2 灌區(qū)基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)建設(shè)

以往灌區(qū)信息集合都以地面調(diào)查、紙質(zhì)地圖的方式為主，這種方法存在著工作量大、信息更新困難、調(diào)查信息難以以點(diǎn)代面的問題。

灌區(qū)是一個(gè)有固定邊界（范圍固定），內(nèi)部由點(diǎn)狀（如閘門）、線裝（渠道、河流）和面狀（湖泊、田塊）等不同特征的地理信息組成的信息集合，特別適合用地理信息系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來描述。

灌區(qū)相關(guān)的信息類別多、來源雜，主要分為基礎(chǔ)地理信息與實(shí)時(shí)信息兩大部分，基礎(chǔ)地理信息包括區(qū)域內(nèi)地形、河道、湖泊水庫、渠道、閘門等，實(shí)時(shí)信息包括土地利用、種植狀況、作物長(zhǎng)勢(shì)、水文、氣象、田間及灌排系統(tǒng)中的水情、工程運(yùn)行情況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等。這些信息往往在數(shù)據(jù)精度和比例尺等方面具有很大的差異，要將灌區(qū)所有灌水相關(guān)的信息集成到一個(gè)統(tǒng)一的信息數(shù)據(jù)庫中，才能保證數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性與全面性。

2006年開始，漳河灌區(qū)建立起基于GIS的灌區(qū)基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)，就是一個(gè)以遙感、地理信息系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)為核心技術(shù)手段，從灌區(qū)管理的實(shí)際出發(fā)，建設(shè)的高精度、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、可共享的數(shù)字化平臺(tái)。目前該系統(tǒng)已投入實(shí)際使用，為漳河灌區(qū)用水決策支持系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)，運(yùn)行效果良好。

3.3 灌區(qū)水資源量調(diào)查

灌區(qū)當(dāng)?shù)匾延械乃Y源量是灌溉決策中需要用到的重要信息，這一信息必須真實(shí)、實(shí)時(shí)。計(jì)算水資源量的方法比較復(fù)雜，常規(guī)方法幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，我們應(yīng)用的是計(jì)算水庫庫容的原理。該方法是根據(jù)灌區(qū)內(nèi)的DEM，計(jì)算出水庫或者塘堰在各個(gè)水面高度條件下的庫容，然后加和得到區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)有水資源量總和。長(zhǎng)江科學(xué)院在有關(guān)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)以上原理自主開發(fā)了庫容計(jì)算軟件kurong，該軟件在三峽水庫靜庫容復(fù)核及荊江分洪區(qū)蓄洪量計(jì)算工作中取得了較好結(jié)果。

kurong軟件中把DEM值作為格網(wǎng)4個(gè)角點(diǎn)的高程值，對(duì)庫容的計(jì)算方法為

式中：V（H）為水庫庫容（m3）；n為（hi＋hi＋1＋hi＋2＋hi＋3）／4小于H的DEM格網(wǎng)個(gè)數(shù)，當(dāng)（hi＋hi＋1＋hi＋2＋hi＋3）／4＞H時(shí)該格網(wǎng)不參與計(jì)算；H為指定水位的高程值（m），hi為格網(wǎng)角點(diǎn)高程值（m），Ps為單個(gè)DEM格網(wǎng)的面積值（m2）。

3.4 地表水份狀況調(diào)查

3.4.1 區(qū)域干旱狀況調(diào)查

傳統(tǒng)的干旱狀況調(diào)查方法多采用地面布點(diǎn)監(jiān)測(cè)的方式，這種方式投入巨大，維護(hù)費(fèi)用高昂，而且難以以點(diǎn)代面，真實(shí)反映地面狀況。隨著氣象遙感技術(shù)的發(fā)展，氣象衛(wèi)星（如NOAA，AVHRR）遙感已經(jīng)成為干旱監(jiān)測(cè)的主要手段，提高地面監(jiān)測(cè)精度、尋找新的更高效的遙感數(shù)據(jù)源已經(jīng)成為干旱監(jiān)測(cè)迫切需要解決的問題。

EOS（對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星）MODIS（中分辨率成像光譜儀）傳感器因?yàn)槠涓邥r(shí)間分辨率、高光譜分辨率、適中的空間分辨率等特點(diǎn)，非常適合大范圍、長(zhǎng)時(shí)期、動(dòng)態(tài)的干旱監(jiān)測(cè)。長(zhǎng)江科學(xué)院和武漢大學(xué)基于MODIS在旱情監(jiān)測(cè)上的諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)參考以往的各種干旱監(jiān)測(cè)模型，充分考慮引起干旱的水熱條件以及土壤覆蓋類型等因子，提出了基于MODIS數(shù)據(jù)的干旱監(jiān)測(cè)模型。該模型納入了與干旱有關(guān)的各種參數(shù)，包括晝夜溫差、云指數(shù)、歸一化植被指數(shù)、歸一化積雪指數(shù)、降水距平、灌溉區(qū)分類、前期干旱情況。MODIS干旱監(jiān)測(cè)模型的表述為

式中：DI為MODIS綜合干旱指數(shù)；Xi為干旱模型中可能考慮的各參數(shù)（即晝夜溫差、云指數(shù)、歸一化植被指數(shù)、歸一化積雪指數(shù)、降水距平、灌溉區(qū)分類）得出的干旱等級(jí)；Pi為各參數(shù)對(duì)MODIS干旱綜合預(yù)警指數(shù)的影響權(quán)，該權(quán)應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)的可信度給出；PDI為前期干旱指數(shù)，F(xiàn)為一函數(shù)，表示前期干旱指數(shù)與當(dāng)前干旱指數(shù)呈某一函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)的確定與監(jiān)測(cè)區(qū)的地理位置、監(jiān)測(cè)時(shí)間及其跨度等有關(guān)。

由上述模型計(jì)算得出的干旱綜合預(yù)警指數(shù)分為6類：水體D0（－2.0→－1.5）、濕D1（－1.5→－0.5）、正常D2（－0.5→0.5）、輕旱D3（0.5→1）、中旱D4（1→1.5）、重旱D5（1.5→2.0）。對(duì)于永久水體，直接判定為無旱（過濕或正常）；對(duì)于灌溉區(qū)，結(jié)合實(shí)際情況，如果其它指數(shù)預(yù)示有干旱發(fā)生，在地面觀測(cè)可行的情況下，應(yīng)該了解灌溉是否能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，如果灌溉水源有保障，則灌溉區(qū)應(yīng)該直接確定為無旱（過濕或正常）。該模型已經(jīng)在湖北省得到應(yīng)用，獲得了比較好的效果［1］。

3.4.2 水稻缺水預(yù)警

水稻是中國(guó)南方的最重要農(nóng)作物。一般采用植被指數(shù)法來監(jiān)測(cè)植物缺水狀態(tài)，但是這樣的做法有比較大的滯后性，很難對(duì)灌水管理的工作起到指導(dǎo)作用。我們提出以下方法：根據(jù)種植習(xí)慣，水稻田缺水的重要標(biāo)志，就是田里是否有水，因此我們直接用遙感影像監(jiān)測(cè)水稻田里是否有水層覆蓋，如果沒有，說明需要灌溉。這種方法的困難在于：第一，這樣的監(jiān)測(cè)在一個(gè)水稻生長(zhǎng)季節(jié)里，需要進(jìn)行2～3次，因此要選擇周期比較短的遙感數(shù)據(jù)源，或者采用幾種遙感數(shù)據(jù)源聯(lián)合運(yùn)用的方法；第二，水稻田里有水層的時(shí)候，很容易和水庫、塘堰等水體混淆，很難單獨(dú)把水稻田提取出來。

3.4.3 土壤含水率調(diào)查

土壤含水率是灌區(qū)非常重要的指標(biāo)，在北方灌區(qū)，土壤水分可以直接反映灌區(qū)的干旱狀況，而在以水稻為主的南方灌區(qū)，土壤含水率的監(jiān)控也是一個(gè)重要的步驟。落干曬田是現(xiàn)代水稻灌溉技術(shù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它能夠控制禾苗的無效分蘗，促進(jìn)根系發(fā)育，從而有效地吸收田間土壤深層水分，達(dá)到增產(chǎn)的效果。實(shí)踐證明，落干曬田的程度要適度，既不能過輕，也不能過重。過輕達(dá)不到效果，曬田過度會(huì)導(dǎo)致相反結(jié)果。而“適度”的控制方法是通過田間土壤含水率來反映的。

遙感監(jiān)測(cè)土壤水分的研究方法很多，都是為了找到一個(gè)簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的計(jì)算土壤含水率的方法。大部分學(xué)者提出采用植被指數(shù)法反映土壤水分狀況，這種方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，對(duì)土壤水分情況反映比較準(zhǔn)確，但是植被指數(shù)對(duì)土壤含水率的反映有一個(gè)滯后效應(yīng)，在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用效果不理想。能夠直接從最新的衛(wèi)星影像上獲得土壤含水率的值，對(duì)實(shí)時(shí)把握土壤旱情，及時(shí)采取灌溉措施更有實(shí)際意義。

研究表明，雷達(dá)遙感是監(jiān)測(cè)土壤含水率的有效手段，我們選擇了歐空局2002年發(fā)射的ENVISAT雷達(dá)衛(wèi)星，其搭載的ASAR是一種高分辨率成像雷達(dá)，空間分辨率達(dá)到30 m左右。并且于2006年9月，對(duì)漳河灌區(qū)三干渠灌溉范圍進(jìn)行了光譜采樣和土壤樣本采樣。采樣范圍大約1 000 km2，共45個(gè)采樣點(diǎn)。

取光譜分析樣點(diǎn)同步的實(shí)測(cè)土壤含水率（12 cm深度）為87.6%，76.1%，52.4%，42.8%4個(gè)樣本（soil1，soil2，soil3，soil5），根據(jù)光譜儀的采樣結(jié)果，分別計(jì)算4個(gè)樣點(diǎn)在TM1（450～515 nm），TM2（525～605 nm），TM3（630～690 nm），TM4（775～900 nm）光譜范圍內(nèi)的平均值，形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1表明土壤含水率與其光譜反射特征有著明顯的相關(guān)性。4個(gè)樣點(diǎn)中，除Soil5樣點(diǎn)是被草木灰覆蓋的土壤樣點(diǎn)外，其他3個(gè)均為裸露的土壤。裸露土壤的表面光譜反射率隨著土壤含水率的降低而升高，并且在450～900 nm范圍里隨著波長(zhǎng)的增加而升高。這一結(jié)論與近年來相關(guān)研究是相符的［2，3］。

圖1 土壤反射率與TM 1－TM 4波段相關(guān)性Fig.1 Relationship between soil reflectance and TM 1－TM 4 wave range

將實(shí)測(cè)土壤含水率數(shù)據(jù)與TM遙感影像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性比較，發(fā)現(xiàn)TM4波段的影像與實(shí)測(cè)土壤含水率的自然對(duì)數(shù)值有明顯的線性相關(guān)性（見圖2）。

選取采樣點(diǎn)中9個(gè)裸露土壤的樣本，研究實(shí)測(cè)土壤含水率與ASAR的HV極化方式影像的對(duì)數(shù)值的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)二者的二次相關(guān)度高達(dá)90%以上（見圖3）。

圖2 lnDN（TM 4）與實(shí)測(cè)土壤含水率的線性關(guān)系Fig.2 Linear relationship between lnDN（TM4）and soilmoisture

圖3 lnASAR（HV極化）與實(shí)測(cè)土壤含水率的線性關(guān)系Fig.3 Relationship between lnASAR（HV極化）and soilmoisture

3.5 灌區(qū)農(nóng)作物分布現(xiàn)狀調(diào)查及農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)現(xiàn)狀調(diào)查與估產(chǎn)

3.5.1 灌區(qū)農(nóng)作物分布現(xiàn)狀調(diào)查

采用遙感數(shù)據(jù)分辨地表不同的農(nóng)作物分布是一個(gè)比較新的課題，也有一定的難度。因?yàn)橹脖辉诙喙庾V影像上的特征大體相同，只有根據(jù)不同植被的生長(zhǎng)季節(jié)、高度、顏色和種植特征來區(qū)別它們。從遙感的角度來說，涉及到分辨地物顏色、高度、長(zhǎng)勢(shì)、生長(zhǎng)特征等方面的內(nèi)容。因此，區(qū)分不同的植物，方法也是不同的。香港中文大學(xué)和長(zhǎng)江科學(xué)院聯(lián)合建立的長(zhǎng)江ASAR數(shù)據(jù)應(yīng)用研究中心，在這方面已經(jīng)做出了初步的研究，在廣東地區(qū)提取水稻種植區(qū)域，精度達(dá)到80%以上。下一步準(zhǔn)備在漳河灌區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)推廣。

3.5.2 農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)現(xiàn)狀調(diào)查與估產(chǎn)

對(duì)于農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，國(guó)際上一般使用的都是植被指數(shù)法，最多的是均一化植被指數(shù)NDVI。LANDSAT7的ETM＋遙感影像有7個(gè)波段和1個(gè)全色波段，是提取植被指數(shù)技術(shù)應(yīng)用最為成熟的遙感數(shù)據(jù)源。

雷達(dá)遙感也開始被應(yīng)用于水稻長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)及產(chǎn)量估計(jì)方面，邵蕓等［4］以水稻為對(duì)象，研究出一套行之有效的技術(shù)方法，在利用雷達(dá)遙感技術(shù)進(jìn)行水稻長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量預(yù)估方面獲得成功。該方法在國(guó)際上較早提出了利用雷達(dá)遙感技術(shù)進(jìn)行水稻長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)的設(shè)想，解決了多云雨地區(qū)，特別是我國(guó)南方水稻遙感監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)源問題。提出了雷達(dá)遙感水稻長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)及產(chǎn)量預(yù)估的最佳時(shí)相及圖像獲取頻率選擇組合的模式，并在國(guó)內(nèi)外得到了應(yīng)用。

3.6 灌區(qū)三維交互式可視化系統(tǒng)

灌區(qū)三維交互式可視化系統(tǒng)，是以大量高精度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依托，采用空間信息技術(shù)，構(gòu)建成的一個(gè)綜合數(shù)據(jù)查詢、分析三維虛擬和動(dòng)態(tài)配水模擬的系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體思路是通過對(duì)地形DEM（數(shù)字高程模型）的加工，還原真實(shí)地形；通過對(duì)相應(yīng)區(qū)域的航空照片處理，還原逼真的地貌；將兩者根據(jù)坐標(biāo)疊加，還原真實(shí)、逼真的地形地貌；通過模型建模還原真實(shí)的人工建筑物?？梢暬到y(tǒng)將能夠真實(shí)模擬閘門開啟關(guān)閉、渠道水流演進(jìn)、渠道灌水等過程，任意路線、任意角度地瀏覽灌區(qū)地面真實(shí)狀況。該技術(shù)正準(zhǔn)備應(yīng)用于漳河灌區(qū)。

4 討 論

綜上所述，以3S技術(shù)為核心的空間信息技術(shù)是灌區(qū)信息化工作的核心技術(shù)。空間信息技術(shù)將在數(shù)據(jù)采集、更新，數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，空間分析，旱情監(jiān)測(cè)，農(nóng)作物監(jiān)測(cè)等方面為灌區(qū)信息化管理解決實(shí)際技術(shù)問題。

隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，空間定位精度的提高，GIS技術(shù)的進(jìn)一步成熟，高分辨率、高光譜的遙感信息源的普及，其在灌區(qū)信息化當(dāng)中發(fā)揮的作用將會(huì)更加重要，將更好地為提高灌區(qū)水資源利用效率提供決策依據(jù)。

［1］ 譚德寶，劉良明，鄢俊潔，等.MODIS數(shù)據(jù)的干旱監(jiān)測(cè)模型研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2004，（3）：11－15.（TAN De-bao，LIU Liang-min，YAN Jun-jie，et al.Re-search on droughtmonitoringmodel based on MODIS data［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institu-te，2004，（3）：11－15.（in Chinese））

［2］ Etenne Muller，Henry Decamps.Modeling soilmoisture-reflectance［J］.Remote Sensing of Environment，2000，（76）：173－180.

［3］ LIUWei-dong，BARET F，ZHANG Bing，et al.Using hy-perspectral data to estimate soil surface moisture under experimental conditions［J］.Journal of Remote Sensing，2004，（9）：11－14.

［4］ 陳勁松，邵 蕓，林 暉.ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及其在多云多雨地區(qū)的應(yīng)用前景［J］.遙感技術(shù)及應(yīng)用，2004，（6）：517－520.（CHEN Jin-song，SHAO Yun，LIN Hui.Characteristics and analysis of application of en-visat-ASAR data［J］.Remote Sensing Technology and Application，2004，（6）：517－520.（in Chinese））

［5］ 李青云，譚德寶，程學(xué)軍.荊江河段洪水預(yù)警公共信息平臺(tái)總體設(shè)計(jì)思路［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2004，（3）：

41－46.（LIQing-yun，TAN De-bao，CHENG Xue-jun.General design of public information platform for flood warning in Jingjiang reach of Changjiang River［J］.Jour-nal of Yangtze River Scientific Research Institute，2004，（3）：41－46.（in Chinese））

［6］ 鄭順義，萬幼川，譚德寶.河道三維可視化技術(shù)研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2004，（3）：67－70.（ZHENG Shun-yi，WAN You-chuan，TAN De-bao.Study on 3D in-teractive browsing and roaming system of river channel［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institu-te，2004，（3）：67－70.（in Chinese））

［7］ 譚德寶，張治中，雷天兆.河道交互式三維可視化平臺(tái)的建立［J］.人民長(zhǎng)江，2006，（8）：21－23.（TAN De-bao，ZHANG Zhi-zhong，LEI Tian-zhao.The establish-ment of river interactive 3D visualization platform［J］.Yangtze River，2006，（8）：21－23.（in Chinese））

（編輯：曾小漢）

Discussion of Spatial Information Technology Application in Irrigation District Informationization

ZHANG Sui1，TAN De-bao1，CUIYuan-lai2，WANG Zhao-hui1，ZHANG Zhi-zhong1
（1.Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Wuhan University，College ofWater Resources and Hydroelectricity，Wuhan 430072，China）

Irrigation district informationization is the base of irrigation districtmodernization.As the＂3S＂technol-ogy progressed rapidly in recent years，its use in agriculture has becomemore andmorewidely.In this article，sev-eral important key issues are discussed.By taking Zhanghe River irrigation District as an illustration，resolution methods of some concrete problems are put forward.

irrigation district information；remote sensing；Zhanghe River Irrigation District；key technology

TP79

A

1001－5485（2010）01－0052－05

2009-11-10

科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目（05EFN216800404）；長(zhǎng)江科學(xué)院科研基金項(xiàng)目（YJJ0804）

張 穗（1976-），女，湖北武漢人，工程師，碩士，研究方向?yàn)?S技術(shù)在資源環(huán)境中的應(yīng)用，（電話）027-82926550（電子信箱）zhangsui＠m(xù)ail.crsri.cn。