遙感與GIS技術(shù)在嵊州市河湖一張圖中的應(yīng)用

鄭慧芳 ，薛 琳 ，邢 明 ，陳夢雪 ，田文婷 ，王 新

（1.杭州定川信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；3.嵊州市水利水電局，浙江 嵊州 312400）

1 問題的提出

隨著社會發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的需求，水域生態(tài)環(huán)境越來越受到重視。2011年中央1號文件和中央水利工作會議提出，到2020年基本建成河湖健康保障體系；2014年2月，水利部印發(fā)關(guān)于加強河湖管理工作的指導(dǎo)意見，強調(diào)加強河湖管理動態(tài)監(jiān)控，推進河湖管理現(xiàn)代化。

2017年浙江省“五水共治”工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室和浙江省河長制辦公室聯(lián)合下發(fā)了《浙江省全面深化河長制工作方案（2017 — 2020年）》，方案明確了到2020年的目標：基本建成河湖健康保障體系，實現(xiàn)河湖水域不萎縮、功能不衰減、生態(tài)不退化；保持河流、湖泊、池塘、溝渠等各類水域水體潔凈，實現(xiàn)環(huán)境整潔優(yōu)美、水清岸綠。2018年5月浙江省水利廳下發(fā)了《浙江省美麗河湖建設(shè)實施方案（2018 — 2022年）》，明確要求推進河（湖）長制管理持續(xù)深化，全面建立河湖標準化管理，實現(xiàn)智慧河湖“一張圖”“一平臺”基本建成并有序運行。

為了方便管理，結(jié)合實際需要，確定管理范圍、管理對象等各方面基礎(chǔ)信息，利用遙感影像解析技術(shù)解譯全縣水域現(xiàn)狀，結(jié)合外業(yè)調(diào)查，摸清水域信息，為形成河湖信息管理平臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為河湖信息化管理平臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)美麗河湖建設(shè)提供堅實基礎(chǔ)，為進一步實現(xiàn)河湖信息化管理提供有力保障。

2 研究區(qū)域概況

嵊州市位于浙江省中部偏東，地處北緯29°19′45″至29°49′55″，東經(jīng) 120°27′23″至 121°06′55″，四面環(huán)山、中為盆地，地勢西南高、東北低，自然環(huán)境良好，具有負山抱水的城市景觀。嵊州全市總面積1 784 km2，四面環(huán)山，溪澗縱橫，山地占76.8%，河川占5.1%，平原占18.1%，俗稱“七山一水二分田”，境內(nèi)水域類型豐富，共有大小河流1 000多條，總長2 000多公里，大中型水庫6座，小型水庫135座（見圖1）。

圖1 嵊州市地圖

嵊州市境四面環(huán)山，丘陵山地面積占嵊州市的77.0%，剡溪以東有四明山脈，主峰海拔1 096 m，以西為會稽山脈，主峰山脈西白山，海拔1 017 m。

嵊州市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，域內(nèi)地表起伏差異大，垂直氣候變異明顯，有典型的盆地氣候特征，降雨量時空分布不均，不僅年變化較大，而且年內(nèi)差異顯著。嵊州市年平均降水量1 325.3 mm，降水日數(shù)152.9 d，常年平均蒸發(fā)量903.3 mm，常年平均氣溫16.8 ℃，常年平均氣壓1 004.5 hPa，常年平均相對濕度77.0 %。

嵊州市屬曹娥江水系。潭壑鏡澈、清流瀉注的剡溪，是嵊州市的主要河道。其干流澄潭江和支流新昌江、長樂江、黃澤江，在市區(qū)附近相繼匯入。

3 技術(shù)路線

主要利用遙感和GIS技術(shù)，內(nèi)業(yè)提取水域范圍線，并進行基本屬性賦予；其次通過街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)復(fù)核，對內(nèi)業(yè)整理獲取的水域進行查漏補缺與修正；對內(nèi)、外業(yè)各項成果質(zhì)量進行檢查與控制，合格后形成河湖管理一張圖水域本底庫。

3.1 數(shù)據(jù)收集整理

收集基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和水系相關(guān)的專題數(shù)據(jù)，主要的數(shù)據(jù)有：2017年高分辨率航拍影像，2017年1∶2 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，2005年第一次水域調(diào)查成果數(shù)據(jù)、河道、水庫、山塘劃界數(shù)據(jù)、山塘清查數(shù)據(jù)，劣V類小微水體清單，河道動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)中河道、堤防、水利工程數(shù)據(jù)，河長制監(jiān)督管理平臺中河長相關(guān)數(shù)據(jù)，其他水系相關(guān)專題圖、表等。

3.2 數(shù)據(jù)分析處理

對收集到的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以將各種類型的數(shù)據(jù)統(tǒng)一在GIS平臺下進行處理，包括格式轉(zhuǎn)換、地理配準、投影變換等。如對柵格數(shù)據(jù)的拼接、融合、勻色、地理配準、切片等；對報表、文檔資料數(shù)據(jù)中的位置數(shù)據(jù)進行提取整理，并空間化落圖；對CAD數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換并進行投影變換等。

3.3 空間疊置分析和人機交互解譯

在GIS平臺下，將已處理好的高分遙感影像作為底圖，空間疊置上地形圖和其他水系相關(guān)數(shù)據(jù)，按照遙感影像解譯的原則和標準，人機交互解譯提取、修測水域范圍。

3.4 水域?qū)傩再x予與空間標繪

在GIS平臺下，結(jié)合空間疊置的地形圖和其他相關(guān)數(shù)據(jù)為提取出的不同類型的水域賦予不同屬性信息，并對地理位置、面積、起訖點等信息進行錄入。

3.5 外業(yè)屬性調(diào)查與復(fù)核

根據(jù)內(nèi)業(yè)提取的水域范圍、屬性賦予和空間標繪的情況，確定外業(yè)調(diào)查的具體范圍，重點調(diào)查核實內(nèi)業(yè)解譯困難、空間標繪復(fù)雜、屬性歸屬存疑的情況，并反饋給內(nèi)業(yè)人員修改處理。同時，對全市的水域數(shù)據(jù)下發(fā)至各鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行查漏補缺與修正，以確保水域數(shù)據(jù)與水利日常管理工作一致。

3.6 成果檢查

項目組質(zhì)量檢查人員將對內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)精度、成果進行嚴格質(zhì)量檢查，確保本次水域調(diào)查成果真實、準確。

3.7 完成水域現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫

建立水域現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，將通過質(zhì)量檢查的水域現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和屬性信息入庫，完成本次水域現(xiàn)狀調(diào)查的數(shù)據(jù)庫成果。

4 水域數(shù)據(jù)庫建設(shè)

目前嵊州市水域管理使用的主要數(shù)據(jù)資料為2005年水域調(diào)查的資料，由于數(shù)據(jù)資料年代久遠，存在一些問題如數(shù)據(jù)時效性較差、數(shù)據(jù)精度較低、河道名稱復(fù)雜、水域監(jiān)管困難等。目前，水利部門與國土、住建等部門相比，掌握的數(shù)據(jù)資料相對較少，已遠不能滿足目前的管理需求。

對嵊州市全市水域現(xiàn)狀進行調(diào)查，并對河湖信息進行空間標繪，包括：名稱、數(shù)量、長度、水域面積、經(jīng)緯度、河湖功能劃分、等級、取水口（排污口）、主要涉堤（河）建筑物（構(gòu)筑物）等，建全河湖水域信息數(shù)據(jù)庫；基于水域現(xiàn)狀調(diào)查成果結(jié)合已有水利工程、河（湖）長制等信息，按照制圖規(guī)范要求制作嵊州市水系現(xiàn)狀圖及相關(guān)專題圖。

4.1 水域現(xiàn)狀調(diào)查信息數(shù)據(jù)庫

嵊州市水域空間數(shù)據(jù)庫采用ESRI ShapeFile面狀數(shù)據(jù)的存儲方式，數(shù)據(jù)庫中包含各水域?qū)ο蟮奈恢眯畔⒁约皩傩韵嚓P(guān)信息。河道基本屬性包括河道的名稱、起訖點、河長、面積、河道等級等屬性。水庫、山塘、湖泊、池塘等主要調(diào)查水域名稱、類型、等級、面積及所在地等屬性，以面層存儲，基本信息數(shù)據(jù)庫均以ESRI Shapefile格式存儲和管理。

本次調(diào)查內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集利用0.2 m高分航拍影像判讀和1∶2 000地形圖數(shù)據(jù)量算相結(jié)合的方法進行。充分利用高分遙感影像和最新大比例尺地形圖精度高、可讀性好、現(xiàn)勢性強的優(yōu)勢，根據(jù)不同水域類型水域范圍的采集標準采集水域范圍線，根據(jù)遙感影像特征及與地形圖的對比，結(jié)合野外實地考察結(jié)果，選擇影像的色調(diào)、形狀、紋理和相對分布位置建立目視解譯標志，并借助歷史資料文檔等相關(guān)輔助資料進行解譯，同時補充水域名稱、起止點、所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)位置屬性信息，對于內(nèi)業(yè)采集存在疑義的情況進行標注匯總，以備外業(yè)調(diào)查核實使用。

本次水域調(diào)查的類型分為河道、水庫、山塘、湖泊、池塘和其他水域6種。根據(jù)水域范圍的界定原則，并結(jié)合實際情況和測繪地理信息技術(shù)的特點制定數(shù)據(jù)采集原則。

4.1.1 有堤防或硬質(zhì)岸線水域

河道、渠道、湖泊等具有堤防或硬質(zhì)岸線（如硬質(zhì)護坡、護岸、擋墻和道路等）時，在影像上一般呈現(xiàn)為白色條狀。當(dāng)水域水面線外擴一定范圍內(nèi)有硬質(zhì)岸線或房屋時，直接沿硬質(zhì)岸線或房屋的迎水側(cè)邊緣勾繪水域邊界（見圖 2 ～ 4）。

圖 2 有堤防情況水域范圍示意圖

圖 4 沿岸有房屋時水域范圍示意圖

4.1.2 無堤防和硬質(zhì)岸線水域

河道、渠道、湖泊、池塘等水域沿岸無堤防和硬質(zhì)岸線時，以地形圖中的水域界線為基礎(chǔ)，結(jié)合高分遙感影像，沿水陸岸線（坎線）勾繪修測水域邊界（見圖 5 ～ 6）。

圖 5 沿岸有明顯水陸界線水域范圍示意圖

圖6 無堤防時水域范圍示意圖

4.1.3 水庫水域范圍

水庫水域范圍針對已經(jīng)劃界的水庫和尚未劃界的水庫，分別采用不同的技術(shù)手段進行確定。對已經(jīng)劃界的水庫，使用水庫標準化劃界成果，按照標準規(guī)范要求取其中庫區(qū)的管理范圍，并延伸至壩體作為水庫的水域范圍。對尚未劃界的水庫，水域范圍線參照基礎(chǔ)地形圖中等高線進行反演生成。

4.1.4 山塘水域范圍

山塘水域范圍確定針對已經(jīng)劃界的山塘和尚未劃界的山塘，分別采用不同的技術(shù)手段進行確定。

針對已經(jīng)劃界的山塘，使用山塘標準劃界成果中庫區(qū)的管理范圍，并延伸至壩體作為山塘的水域范圍。對尚未劃界的山塘，使用常水位線并結(jié)合影像修測，作為山塘的水域范圍。

4.1.5 湖泊、池塘、其他水域

湖泊、池塘水域根據(jù)地形圖提取并結(jié)合影像修測完善。

4.2 主要涉堤（河）建筑物（構(gòu)筑物）信息數(shù)據(jù)庫

除了水域范圍，還可利用影像圖確定主要涉堤（河）建筑物（構(gòu)筑物），利用原始的一系列工程圖及歷史資料，主要包括已有的嵊州市水利工程分布圖等專題地圖和第一次水利普查相關(guān)資料，對收集的資料進行整理整編，比如對工程分布圖進地理配準，將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一于GIS平臺上，進行空間化處理，使各資料統(tǒng)一至紹興市坐標系下進行疊加顯示。操作方式包括格式轉(zhuǎn)換、地理配準、投影變換等。

本次標繪的對象包括重要的涉河橋梁、主要的堤防護岸以及取水口（排污口），以及泵站、水電站、水利樞紐、水閘、堰壩等水利工程，根據(jù)文檔資料中的位置或者名稱信息，進行綜合處理，將疊加顯示的空間數(shù)據(jù)進行人工綜合取舍，確定涉河（堤）建筑物（構(gòu)筑物）的空間位置及屬性，建成空間數(shù)據(jù)庫，為水域的信息化管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

由于幾何配準的底圖數(shù)據(jù)存在一定偏差，定位精度不高，因此綜合取舍原則為以影像底圖為基礎(chǔ)，確定水利工程的空間位置，以其他資料為基礎(chǔ)，確定水利工程的屬性。成果水系專題示例見圖7。

5 成果應(yīng)用

以水域現(xiàn)狀調(diào)查成果為基礎(chǔ)，可進行嵊州市河湖一張圖平臺建設(shè)。結(jié)合水域各項相關(guān)屬性信息，全面綜合調(diào)查獲取得到的各類涉水相關(guān)信息，如水資源及涉水工程等，包括水域疊加各類輔助數(shù)據(jù)，將所有相關(guān)信息綜合顯示到一張圖上，在系統(tǒng)平臺上進行管理和展示，提供水利電子矢量地圖制作、WebGIS平臺開發(fā)、嵊州市水系現(xiàn)狀圖及相關(guān)專題圖等，提供輔助決策、規(guī)劃、設(shè)計和管理功能。

開發(fā)嵊州市河湖一張圖管理系統(tǒng)時，可將本次嵊州市水域調(diào)查信息在地圖上進行集中展示和應(yīng)用，為工作人員提供直觀的空間信息展示功能。通過該系統(tǒng)能夠在WEBGIS上查詢區(qū)劃內(nèi)水域基本信息，并提供通用GIS功能，如：放大、縮小、漫游、測距、定位等，實現(xiàn)在電子地圖上各類空間信息查詢、統(tǒng)計及專題展示，并開發(fā)水利工程信息、管理信息等展示模塊，搭建嵊州市水域管理平臺架構(gòu)和服務(wù)接口，形成嵊州市河湖管理平臺。

6 結(jié) 語

（1）遙感與GIS技術(shù)是一種高效、快速、經(jīng)濟的水域現(xiàn)狀調(diào)查手段。

（2）應(yīng)用遙感與GIS技術(shù)，以高分辨率遙感影像及1∶2 000地形圖為數(shù)據(jù)源，結(jié)合外業(yè)實地調(diào)查，用目視解譯的方式基本掌握嵊州市河湖的基本情況，為今后河湖信息化管理平臺提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）在數(shù)據(jù)處理過程中，也存在一些問題，如目視解譯存在不穩(wěn)定性，不同人員處理結(jié)果存在一定的差異，使質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)顯得尤為重要。