衛(wèi)星遙感服務(wù)在水利行業(yè)與南水北調(diào)工程的應(yīng)用與展望

□婁華賓（河南省南水北調(diào)建設(shè)管理局）

衛(wèi)星遙感服務(wù)在水利行業(yè)與南水北調(diào)工程的應(yīng)用與展望

□婁華賓（河南省南水北調(diào)建設(shè)管理局）

由于衛(wèi)星遙感技術(shù)逐漸的發(fā)展，各類衛(wèi)星遙感影像的數(shù)據(jù)被不斷應(yīng)用到生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，通過影像數(shù)據(jù)的推送和分析服務(wù)為交通出行、勘探測繪、國土資源管理、道路線路規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)、森林防火、邊界巡防等多個(gè)方面提供了豐富的應(yīng)用，產(chǎn)生了不可估量的價(jià)值。文章通過對(duì)衛(wèi)星遙感服務(wù)體系的介紹和在水利與南水北調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用總結(jié)和分析，為在水利與南水北調(diào)業(yè)務(wù)中應(yīng)用衛(wèi)星遙感服務(wù)提升整體工作效率和能力提供參考和借鑒。

衛(wèi)星遙感；遙感應(yīng)用；水利與南水北調(diào)遙感；遙感前景

1 概述

由于衛(wèi)星遙感技術(shù)逐漸的發(fā)展，各類衛(wèi)星遙感影像的數(shù)據(jù)被不斷應(yīng)用到生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，通過影像數(shù)據(jù)的推送和分析服務(wù)為交通出行、勘探測繪、國土資源管理、道路線路規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)、森林防火、邊界巡防等多個(gè)方面提供了豐富的應(yīng)用，產(chǎn)生了不可估量的價(jià)值。而隨著水利與南水北調(diào)事業(yè)的發(fā)展，在流域范圍監(jiān)測、水資源管理、水文環(huán)境監(jiān)測等方面均不斷產(chǎn)生新的管理和應(yīng)用要求。而我國目前已經(jīng)建立了完全自主可控的衛(wèi)星遙感服務(wù)體系，使得其在水利與南水北調(diào)事業(yè)的各項(xiàng)相關(guān)工作中的應(yīng)用具備了條件，同時(shí)其他行業(yè)的應(yīng)用也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。文章主要通過對(duì)衛(wèi)星遙感服務(wù)體系的介紹和在水利與南水北調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用總結(jié)和分析，為在水利與南水北調(diào)業(yè)務(wù)中應(yīng)用衛(wèi)星遙感服務(wù)提升整體工作效率和能力提供參考。

2 衛(wèi)星遙感服務(wù)體系及發(fā)展

2.1 衛(wèi)星遙感服務(wù)體系

衛(wèi)星遙感體系主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容，分別為天上、地面以及遙感應(yīng)用。首先天上的就是我們的衛(wèi)星系統(tǒng)，從衛(wèi)星所處的軌道來說包括：太陽同步軌道衛(wèi)星、地球同步軌道衛(wèi)星，從衛(wèi)星的大小來看包含：大衛(wèi)星、小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星、納衛(wèi)星等，根據(jù)傳感器載荷包括：全色、多光譜、高光譜、雷達(dá)等。從觀測領(lǐng)域來說，包括陸地衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等。應(yīng)該說衛(wèi)星系統(tǒng)是數(shù)據(jù)獲取的源頭，是整個(gè)遙感服務(wù)體系最核心的內(nèi)容。其次地面系統(tǒng)包括觀測任務(wù)的規(guī)劃、指令的注入，拍攝數(shù)據(jù)的接收、預(yù)處理，以及各級(jí)別產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。地面系統(tǒng)是遙感服務(wù)體系的基礎(chǔ)。最后在應(yīng)用服務(wù)方面，無論是衛(wèi)星系統(tǒng)還是地面系統(tǒng)要發(fā)揮它的價(jià)值，最終都要落腳在服務(wù)上，如何有效的與行業(yè)的業(yè)務(wù)相結(jié)合，為相關(guān)行業(yè)提供快速、有效的服務(wù)，是遙感服務(wù)體系建設(shè)的最終目標(biāo)。所以說應(yīng)用服務(wù)是源動(dòng)力。

總結(jié)起來，衛(wèi)星系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)組成了一個(gè)完整的遙感服務(wù)體系。

2.2 衛(wèi)星遙感發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前遙感發(fā)展現(xiàn)狀主要分為國際和國內(nèi)兩個(gè)部分。

第一，當(dāng)前遙感服務(wù)體系發(fā)展的現(xiàn)狀，從國際大的體系上來看，有兩個(gè)重要的部分：NASA的地球觀測系統(tǒng)和ESA的哥白尼計(jì)劃。第二，在國內(nèi)來說，也在發(fā)展我們自己的地球觀測系統(tǒng)。高分專項(xiàng)是國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃中確定16個(gè)重大專項(xiàng)之一，是中國自己的地球觀測系統(tǒng)。衛(wèi)星層面：由高分一號(hào)到高分七號(hào)，7顆衛(wèi)星組成。包括全色、多光譜到高光譜，從光學(xué)到雷達(dá)等多種類型傳感器。最終構(gòu)成了一個(gè)具有高空間分辨率、高時(shí)間分辨率和高光譜分辨率能力的對(duì)地觀測系統(tǒng)。在高分應(yīng)用的推廣上，目前已經(jīng)建立了28個(gè)省級(jí)高分?jǐn)?shù)據(jù)與應(yīng)用中心，來推廣高分的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。另外就是國家“十二五”863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，星機(jī)地綜合定量遙感應(yīng)用項(xiàng)目。面向全球糧食安全、森林碳匯量、一帶一路、跨境河流、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等方面提供統(tǒng)一的應(yīng)用服務(wù)。

2.3 衛(wèi)星遙感發(fā)展趨勢

2.3.1 衛(wèi)星系統(tǒng)層面

首先，分辨率越來越高。國際上從1、0.50m到0.30m，國內(nèi)也有高分一號(hào)的2m，高分二號(hào)和北京二號(hào)的0.80m以及資源、高景等多種不同分辨率的衛(wèi)星。其次，衛(wèi)星平臺(tái)越來越敏捷。目標(biāo)成像模式、條帶采集模式、立體成像模式、走廊觀測模式、持續(xù)偵查模式等多種模式。第三，衛(wèi)星協(xié)同組網(wǎng)越來越多，衛(wèi)星的協(xié)同組網(wǎng)運(yùn)行越來越多。第四，星上數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理。星上數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理成為發(fā)展趨勢，衛(wèi)星除了傳統(tǒng)拍攝外具備了星上數(shù)據(jù)的處理?？梢栽谛巧蠈?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的幾何校正，可以對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像分析，比如進(jìn)行云覆蓋度的判斷，超過一定比例的數(shù)據(jù)自動(dòng)拋棄，這樣就可以降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫Α?/p>

2.3.2 地面系統(tǒng)層面

①以應(yīng)用為導(dǎo)向的多星任務(wù)的聯(lián)合規(guī)劃，同時(shí)在規(guī)劃過程中還可以結(jié)合氣象情況，可以對(duì)云量進(jìn)行預(yù)測，提高規(guī)劃任務(wù)的可行性。同時(shí)還可以對(duì)觀測任務(wù)進(jìn)行仿真和推演，以確保任務(wù)的執(zhí)行。②已接受的遙感影像的快速處理，借助于高性能的計(jì)算設(shè)備，實(shí)現(xiàn)流程化、自動(dòng)化的并行處理。③影像的智能分析，實(shí)現(xiàn)從影像到信息快速轉(zhuǎn)化，這個(gè)也是目前業(yè)界比較難解決的一個(gè)問題。④是時(shí)空信息的重建。這個(gè)也在很多地方有相關(guān)的應(yīng)用。主要是針對(duì)數(shù)據(jù)當(dāng)中因?yàn)樵频恼趽醵鴰淼男畔⑷笔?。可通過其它一個(gè)時(shí)間的數(shù)據(jù)對(duì)它進(jìn)行引導(dǎo)，對(duì)找出相似的區(qū)域進(jìn)行替換和補(bǔ)充，把缺失的數(shù)據(jù)恢復(fù)出來。⑤遙感影像的超分。通過多期觀測數(shù)據(jù)或者是星地結(jié)合的模式，用相應(yīng)的算法對(duì)影像進(jìn)行超分辨率處理，提高數(shù)據(jù)的分辨率。以及時(shí)間、空間、光譜信息的融合。

2.3.3 應(yīng)用服務(wù)層面

服務(wù)類型也越來越多樣化，從編程觀測服務(wù)，到數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)，到成果影像產(chǎn)品服務(wù)，信息產(chǎn)品服務(wù)，以及以用戶需求為導(dǎo)向的綜合信息服務(wù)。在服務(wù)的形式上，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)服務(wù)到云服務(wù)的轉(zhuǎn)換。

3 遙感在水利與南水北調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 災(zāi)害監(jiān)測及評(píng)估

根據(jù)遙感對(duì)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(shù)可從確定受災(zāi)面積發(fā)展到災(zāi)情進(jìn)行評(píng)估。特別是在災(zāi)前調(diào)度決策時(shí)，如果能對(duì)各類預(yù)案可能會(huì)造成的損失和影響進(jìn)行比較和評(píng)估，這會(huì)對(duì)減災(zāi)決策有重要意義。利用遙感技術(shù)，可提供災(zāi)害的環(huán)境信息，如水深、范圍和受淹時(shí)間；也可以提供受災(zāi)體的信息，如房屋、耕地、道路、輸電通信塔和線路、工業(yè)區(qū)等。再加上各類受災(zāi)環(huán)境各類受災(zāi)體的損失系數(shù)再把區(qū)域邊界考慮進(jìn)去，就能對(duì)災(zāi)情進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)估。

3.2 水資源監(jiān)測及保護(hù)

對(duì)水資源的監(jiān)測和保護(hù)有重大的戰(zhàn)略意義，遙感技術(shù)為管理水資源提供了非常好的支撐條件。以地表水體為監(jiān)測對(duì)象，利用同一區(qū)域不同時(shí)相遙感影像數(shù)據(jù)，開展地表水體動(dòng)態(tài)監(jiān)測，了解地表水體空間分布和水面面積變化情況；同時(shí)結(jié)合氣象、水文等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，分析導(dǎo)致水面變化原因，為水利與南水北調(diào)相關(guān)部門提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。

3.3 水土保持

早在1985年，水利部在對(duì)全國水土保持情況進(jìn)行調(diào)查時(shí)，采取的技術(shù)路線是以遙感調(diào)查為主，結(jié)合遙感技術(shù)與常規(guī)監(jiān)測技術(shù)。通過獲取影響土壤侵蝕相關(guān)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，實(shí)現(xiàn)土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)，摸清土壤侵蝕情況，了解其分布、面積和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)侵蝕情況的監(jiān)測；通過治坡工程、造林工程、免耕等水土保持措施業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，開展規(guī)劃工程本底數(shù)據(jù)建設(shè)，了解工程區(qū)立地環(huán)境，輔助規(guī)劃審核；利用多期遙感數(shù)據(jù)，開展工程實(shí)施效果遙感監(jiān)測，了解工程區(qū)動(dòng)態(tài)變化狀況，比對(duì)規(guī)劃與現(xiàn)狀，了解規(guī)劃落實(shí)情況，輔助水土保持措施監(jiān)管；通過遙感技術(shù)快速獲取小流域土地利用、坡度、植被覆蓋等基礎(chǔ)信息，疊加小流域治理措施數(shù)據(jù)，利用空間分析技術(shù)輔助專家審核措施設(shè)計(jì)的合理性；疊加治理措施規(guī)劃數(shù)據(jù)與治理中、治理后影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比分析，輔助生態(tài)清潔小流域治理。

3.4 灌溉面積調(diào)查

水利是農(nóng)業(yè)的命脈，經(jīng)過灌溉的農(nóng)作物的產(chǎn)量一般比未經(jīng)過灌溉的農(nóng)作物的產(chǎn)量高3～5倍，為保證糧食的安全，要大力發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉。查清需要灌溉的面積和空間分布，對(duì)科學(xué)分配水資源、推動(dòng)節(jié)水灌溉有重大意義。外國一些先進(jìn)的農(nóng)作物灌溉區(qū)更為廣泛地運(yùn)用了遙感技術(shù)，利用遙感對(duì)灌溉區(qū)的土壤含水量、作物長勢和土壤中鉀、磷、氮的含量進(jìn)行監(jiān)測，得出需水量和需施肥的類別和數(shù)量，最后在滴灌時(shí)將肥料融于水中進(jìn)行澆灌，為農(nóng)業(yè)的精細(xì)化提供了有力保障。

3.5 河道與河口變化監(jiān)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(huì)對(duì)河道泄洪能力產(chǎn)生很大影響，一些國際的河流，河道的變化會(huì)造成中泓線的變化，甚至?xí)斐蓢翌I(lǐng)土大小發(fā)生變化。所以，對(duì)河道的變化情況的監(jiān)測是水利與南水北調(diào)遙感十分注重的事情。河口是內(nèi)陸和大海的交匯處，是河流與海流交接處，這會(huì)導(dǎo)致土沙淤積或減少。不僅河口的土地大小會(huì)變化，河流所侵蝕的地面高度的變化還會(huì)導(dǎo)致河流縱剖面的改變、水流挾沙與來沙量相比關(guān)系的改變，從而產(chǎn)生自河口往上的溯源堆積和溯源沖刷，使河口的監(jiān)測變?yōu)榱硗庖粋€(gè)水利與南水北調(diào)遙感比較關(guān)注的事情。

4 遙感技術(shù)在水利與南水北調(diào)領(lǐng)域的展望

隨著水利信息化建設(shè)與遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)在水利與南水北調(diào)事業(yè)的應(yīng)用范圍在逐漸擴(kuò)大，應(yīng)用的深度在向業(yè)務(wù)工作的需求不斷靠近。從遙感數(shù)據(jù)到信息，再到知識(shí)和規(guī)律，需要與逐漸進(jìn)步的水利技術(shù)相結(jié)合，經(jīng)過多學(xué)科的結(jié)合才可以更好地發(fā)揮遙感在水利與南水北調(diào)事業(yè)中的作用。分析當(dāng)前水利與南水北調(diào)行業(yè)的發(fā)展趨勢，水利與南水北調(diào)行業(yè)也正朝著數(shù)字化信息化的方向發(fā)展，以遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)為支撐的3S技術(shù)必將為水利與南水北調(diào)行業(yè)注入新的活力。

P237

B

1673-8853（2017）09-0090-02

2017-6-13

編輯：國立杰