基于遙感技術(shù)的水域監(jiān)測(cè)

田文婷 萬(wàn)紫 王新

【摘 要】水域監(jiān)測(cè)是指利用遙感影像基于水體特征進(jìn)行的水域信息提取，本文利用高分辨率航空影像，結(jié)合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)以及已有的水域調(diào)查資料等，提取蘇州市河湖水域信息，確定其屬性信息，并對(duì)提取結(jié)果進(jìn)行野外測(cè)繪驗(yàn)證。結(jié)果證明該方法獲取的水域面積精確可靠，可為客觀掌握水域情況、加強(qiáng)河湖管理提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】遙感影像；水域監(jiān)測(cè)

引言

遙感技術(shù)具有大范圍、主動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地獲得地表信息的優(yōu)勢(shì)，可以有效解決監(jiān)測(cè)區(qū)域大、監(jiān)測(cè)目標(biāo)分散的問題[1]，目前已經(jīng)在國(guó)土、林地調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用。利用遙感技術(shù)提取水域信息主要是依靠水體與其他地物的光譜反射差異[2]。但是基于光譜信息提取的水域范圍實(shí)際是水面范圍，與水利部門所關(guān)心的水域范圍有一定差異，而且不同時(shí)期水位差異會(huì)導(dǎo)致水域范圍的差異。因此基于光譜信息提取的水域范圍在實(shí)際應(yīng)用中有一定問題。

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，影像空間分辨率增大，地物信息表達(dá)更詳細(xì)，水域信息提取中輔助信息更豐富[3]。本文將結(jié)合水利部門的實(shí)際需要，以高清遙感影像以及大比例地形圖為依據(jù)，提取蘇州市水域范圍，并通過實(shí)地測(cè)繪調(diào)查檢驗(yàn)提取結(jié)果。通過該方法可調(diào)查清楚全市水域總面積和分布情況，為今后加強(qiáng)河湖管理，確保水面積不減少提供依據(jù)。

一、研究區(qū)及數(shù)據(jù)介紹

（一）研究區(qū)概況

蘇州市位于長(zhǎng)江三角洲中部、太湖流域東北部，東鄰上海，南連浙江省嘉興、湖州兩市，西傍太湖，與無(wú)錫相接，北枕長(zhǎng)江。根據(jù)《2014年蘇州統(tǒng)計(jì)年鑒》，全市總面積8488平方公里，地形以平原為主，地勢(shì)低平。蘇州河湖資源豐富，境內(nèi)河道縱橫，湖泊眾多，河湖相連，形成“一江、百湖、萬(wàn)河”的獨(dú)特水網(wǎng)。全市擁有長(zhǎng)江和太湖岸線300多公里，大小湖泊300多個(gè)，各級(jí)河道2萬(wàn)余條。其中，列入江蘇省保護(hù)名錄的湖泊94個(gè)，列入江蘇省骨干河道名錄的河流93條。各類河湖水域在蘇州市防洪、排澇、灌溉、供水、發(fā)電、航運(yùn)和生態(tài)景觀、水文化等方面發(fā)揮了巨大的綜合功能。

（二）數(shù)據(jù)介紹

本研究遙感影像主要是2013年拍攝的彩色航空影像，已經(jīng)過正射校正和波段融合處理，空間分辨率為0.2米。研究基準(zhǔn)年為2013年，以基準(zhǔn)年航空影像為工作底圖，結(jié)合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)中的常水位岸線采集水域范圍邊界。

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)主要包括蘇州市測(cè)繪基礎(chǔ)地形圖、蘇州市電子地圖數(shù)據(jù)，是各項(xiàng)調(diào)查相關(guān)信息的主要數(shù)據(jù)來源之一。另外還可以利用蘇州市第一次全國(guó)水利普查成果、湖泊勘測(cè)成果、堤防規(guī)劃調(diào)查資料、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水系規(guī)劃成果和其它各種水域調(diào)查相關(guān)圖件、文檔和表格等作為參考。

（三）技術(shù)路線

二、水域信息提取

水域面積是水域所對(duì)應(yīng)的面積。根據(jù)實(shí)際需要，水利部門水域管轄范圍包括兩岸堤防（岸線）之間的水面、邊灘、沙洲的面積。

本文調(diào)查中原則上水域面積計(jì)算按照有硬質(zhì)岸線和無(wú)硬質(zhì)岸線兩種基本情況考慮：對(duì)于有硬質(zhì)岸線（包括堤防，硬質(zhì)護(hù)坡、護(hù)岸，擋墻和道路）的水域面積是指硬質(zhì)岸線之間的面積。在航空影像上硬質(zhì)岸線一般呈現(xiàn)為白色條狀，特征明顯，可以根據(jù)影像數(shù)據(jù)結(jié)合地形圖數(shù)據(jù)沿硬質(zhì)岸線或房屋的迎水側(cè)邊緣勾繪水域邊界（如圖2）。

對(duì)于無(wú)硬質(zhì)岸線的水域面積是指河岸線之間（或湖岸線所包圍的）的面積。以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)中的水域常水位岸線為基礎(chǔ)，結(jié)合不同時(shí)段的高分航空影像，沿水陸痕跡線勾繪水域邊界（如圖3）。

（一）屬性信息

根據(jù)遙感影像可以準(zhǔn)確提取水域范圍，確定水域空間分布位置。然后借鑒其他資料為水域信息添加屬性，包括河流的分段命名，根據(jù)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)確定河流流經(jīng)區(qū)域，確定河流起止點(diǎn)，計(jì)算河流長(zhǎng)度、面積等。

三、結(jié)果分析

根據(jù)以上方法確定河道基本信息表（部分）見表2，對(duì)蘇州市河湖信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表3

根據(jù)圖4，含太湖和長(zhǎng)江水域在內(nèi)，蘇州市湖泊水域面積最大，占全市水域總面積的68.6%；其次是河道，比例為29.9%；塘壩水域面積占比最小，為1.5%；

含太湖和長(zhǎng)江水域在內(nèi)，蘇州市省管湖泊和流域性河道水域面積為2231.426km2，占全市水域總面積的69.6%；市管河湖水域面積為452.351km2，占全市水域總面積的14.1%；縣級(jí)及以下水域面積為521.228km2，占全市水域總面積的16.3%。

蘇州全市共有各級(jí)河道21879條，河道水域總面積為958.117km2，河道總長(zhǎng)度為21637.51km。其中，蘇州市流域性河道有4條，為長(zhǎng)江、望虞河、太浦河和京杭大運(yùn)河，長(zhǎng)江水域面積為456.315km2，占全市水域總面積的14.2%，流域性河道水域面積為476.048km2，占全市河道水域總面積的49.7%，流域性河道長(zhǎng)度為289.26 km，占全市河道總長(zhǎng)度的1.3%；市管河道有36條，蘇州市管河道水域面積為59.975km2，占全市河道水域總面積的6.3%，市管河道長(zhǎng)度為764.01km，占全市河道總長(zhǎng)度的3.5%；蘇州市縣級(jí)河道有78條，水域面積為36.563km2，占全市河道水域總面積的3.8%，縣級(jí)河道長(zhǎng)度為901.18km，占比為4.2%；蘇州市鎮(zhèn)村河道條數(shù)最多，為21761條，其面積為385.531km2，占全市河道水域總面積的40.2%，鎮(zhèn)村河道長(zhǎng)度為19683.07 km，占比為91.0%。

蘇州全市共有大小湖泊353個(gè)，湖泊水域總面積為2197.838 km2。其中，蘇州市省管湖泊有3個(gè)，為太湖，鵝真蕩，嘉陵蕩，太湖水域面積為1754.342km2，占全市水域總面積的54.7%，省管湖泊水域面積為1755.378km2，占全市湖泊水域總面積的79.9%；列入省湖泊保護(hù)名錄的其余91個(gè)湖泊為市管湖泊，市管湖泊水域面積392.376km2，占全市湖泊水域總面積的17.8%；其余的湖泊均為縣管及以下湖泊，縣管及以下湖泊有259個(gè)，水域面積為50.084km2，占比為2.3%。

塘壩為水域面積小于或等于50畝，具有一定利用功能的小型水域，蘇州全市共有塘壩8404個(gè)，水域面積為49.050km2。

根據(jù)表4含太湖和長(zhǎng)江水域在內(nèi)，蘇州各市、區(qū)中，吳中區(qū)的水域面積列首位，占全市水域總面積的50.6%，主要原因是太湖的大部分水域在吳中區(qū)境內(nèi)，吳中區(qū)太湖水域面積占吳中區(qū)水域總面積的95.0%；排名第二位的是吳江區(qū)，主要原因是蘇州市91個(gè)市管湖泊有55個(gè)在吳江區(qū)境內(nèi)，且境內(nèi)包含部分太湖水域，吳江區(qū)市管湖泊水域面積占吳江區(qū)水域總面積的35.1%，太湖水域面積占比為25.9%；蘇州市水域面積最小的市、區(qū)是姑蘇區(qū)，因?yàn)楣锰K區(qū)行政區(qū)劃面積較小，且境內(nèi)無(wú)大湖大河，境內(nèi)基本為河道水域。

四、結(jié)果驗(yàn)證

抽樣外業(yè)測(cè)量驗(yàn)證工作測(cè)量采用GPS JSCORS模式，測(cè)段總長(zhǎng)度約600KM，選取了蘇州市各級(jí)河道若干段進(jìn)行了外業(yè)測(cè)量。

其中，流域性河道中長(zhǎng)江未測(cè)量，其他3條河道的測(cè)段總長(zhǎng)度為82.5 km，占除長(zhǎng)江以外流域性河道總長(zhǎng)度的49%；市管河道抽取了其中35條河道，測(cè)段總長(zhǎng)度為416.3 km，占市管河道總長(zhǎng)度的54%；縣級(jí)河道抽取了其中18條進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)段總長(zhǎng)度為74.1km，占全市縣級(jí)河道總長(zhǎng)度的8.2%；鎮(zhèn)村河道抽取了其中43條進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)段總長(zhǎng)度為51.1 km。 以下是各級(jí)河道抽樣測(cè)量的情況。

基于遙感技術(shù)提取的流域性河道水域范圍線點(diǎn)位中誤差為±0.11m；水域面積相對(duì)誤差為-0.1%?；谶b感技術(shù)提取的市管河道水域范圍線點(diǎn)位中誤差為±0.18m；水域面積相對(duì)誤差為0.2%。基于遙感技術(shù)提取的縣級(jí)河道水域范圍線點(diǎn)位中誤差為±0.19m；水域面積相對(duì)誤差為0.3%?；谶b感技術(shù)提取的鎮(zhèn)村級(jí)河道水域范圍線點(diǎn)位中誤差為±0.20m；水域面積相對(duì)誤差為-0.3%。

根據(jù)抽樣河段的驗(yàn)證結(jié)果，基于遙感手段提取水域面積的方法精確可靠，精度符合實(shí)際需求。說明基于遙感技術(shù)提取的水域邊界線具有較高的精度，獲取的水域面積精確可靠。

五、結(jié)論

遙感技術(shù)為水域監(jiān)測(cè)提供了高精度、多時(shí)效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文以航空影像為基礎(chǔ)，結(jié)合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，對(duì)蘇州市水域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提取水域面積。通過野外測(cè)繪調(diào)查發(fā)現(xiàn)該方法提取精度高，為準(zhǔn)確把握區(qū)域水域面積、空間位置提供基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]成建國(guó)，陳德清，郭善昕.環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)在潘陽(yáng)湖水域監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].2013，1：52-56.

基金項(xiàng)目：

浙江省省屬科研院所專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)2013F10049）

作者簡(jiǎn)介：

田文婷（1987-），女，碩士研究生，主要從事水利遙感研究。