遙感技術(shù)在濰坊市“河長(zhǎng)制”工作中的應(yīng)用研究

周 巖 劉 茜

(1.濰坊市河長(zhǎng)制辦公室，山東 濰坊 261000；2.山東鋒士信息技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

2016年中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于全面推行河長(zhǎng)制的意見(jiàn)》，提出將加強(qiáng)水資源保護(hù)、加強(qiáng)河湖水域岸線管理保護(hù)、加強(qiáng)水污染防治、加強(qiáng)水環(huán)境治理、加強(qiáng)水生態(tài)修復(fù)、加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)管六大任務(wù)，作為“河長(zhǎng)制”工作的主要內(nèi)容，進(jìn)一步加強(qiáng)河湖管理保護(hù)工作。

各地為實(shí)現(xiàn)江河湖庫(kù)管理全覆蓋，推行了河長(zhǎng)巡河履職、部門(mén)協(xié)同配合、監(jiān)督檢查常抓不懈等工作舉措，但“河長(zhǎng)制”工作的技術(shù)支撐依然存在跨區(qū)域河流管理難、監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、監(jiān)測(cè)體系不健全等問(wèn)題。為徹底解決“河長(zhǎng)制”監(jiān)測(cè)過(guò)程中的技術(shù)短板問(wèn)題，山東省濰坊市率先引入遙感技術(shù)，并充分發(fā)揮其覆蓋范圍大、監(jiān)測(cè)周期短、獲取信息快、信息量大等技術(shù)特點(diǎn)，為河湖管理和行政執(zhí)法提供了有效支撐。

1 遙感技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

遙感是一種綜合對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，是現(xiàn)階段空間信息獲取的主要手段，是水利信息化和水利現(xiàn)代化不可缺少的技術(shù)支撐。目前，國(guó)內(nèi)“河長(zhǎng)制”工作中應(yīng)用較多的遙感技術(shù)包括衛(wèi)星遙感技術(shù)、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)。

1.1 衛(wèi)星遙感技術(shù)

衛(wèi)星遙感技術(shù)是一門(mén)綜合性科學(xué)技術(shù)，從單一遙感技術(shù)逐步發(fā)展為集遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)等于一體的空間信息技術(shù)，正深入地影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)等各行業(yè)的發(fā)展。

近期，我國(guó)高分系列衛(wèi)星相繼發(fā)射升空，實(shí)現(xiàn)高空間分辨率與多光譜、高時(shí)間分辨率相結(jié)合的光學(xué)遙感技術(shù)，2天即可對(duì)全球南北緯80°之間區(qū)域的任意地區(qū)重復(fù)觀測(cè)一次，具有高分辨率和寬覆蓋相結(jié)合的特點(diǎn)，大幅提高對(duì)地觀測(cè)能力，縮短衛(wèi)星重訪周期。

多源高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)為實(shí)現(xiàn)河湖大范圍、高頻次動(dòng)態(tài)監(jiān)管提供了豐富的數(shù)據(jù)資源，解決了傳統(tǒng)監(jiān)管方式費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、監(jiān)測(cè)體系不健全的難題。

1.2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是集先進(jìn)無(wú)人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、通信技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)、遙感應(yīng)用技術(shù)于一體的新型應(yīng)用技術(shù)。

無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)、靈活，能快速到達(dá)指定目標(biāo)區(qū)域，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確航拍。無(wú)人機(jī)遙感獲取的影像分辨率高，成像清晰，可識(shí)別地面厘米級(jí)物體，從垂直或傾斜多個(gè)角度進(jìn)行拍攝，借助專業(yè)軟件可顯示平面和三維數(shù)據(jù)信息[1]。

利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，能有效彌補(bǔ)人力現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核及監(jiān)督不到位等缺點(diǎn)和不足，與衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合，可以從宏觀、精細(xì)兩種尺度在河湖動(dòng)態(tài)監(jiān)管和日常巡查方面發(fā)揮巨大作用。

2 濰坊市“河長(zhǎng)制”工作中遙感的應(yīng)用范圍

2.1 水資源保護(hù)

地表水體蓄水量監(jiān)測(cè)是水資源評(píng)價(jià)中的重要環(huán)節(jié)，蓄水量變化是水資源管理的重要參考指標(biāo)[2]。由于水文站點(diǎn)分布的有限性和不均勻性，區(qū)域蓄水量精確計(jì)算存在一定困難，且水庫(kù)在建成多年運(yùn)行后存在庫(kù)區(qū)淤積，原有的水位—庫(kù)容曲線已發(fā)生改變[3-4]。

利用衛(wèi)星或無(wú)人機(jī)遙感影像，根據(jù)地物的反射光譜特性，可快速?gòu)男l(wèi)片上區(qū)分水體、植被、建筑等不同地物，利用計(jì)算機(jī)分類或自動(dòng)識(shí)別方法，如閾值法、水體指數(shù)法等，實(shí)現(xiàn)水體自動(dòng)提取，確定河湖邊界、位置、面積等重要屬性。從而快速獲取水體面積，結(jié)合地面監(jiān)測(cè)水位數(shù)據(jù)，推求水庫(kù)水位—蓄水量關(guān)系曲線，對(duì)原有曲線進(jìn)行復(fù)核和修正，準(zhǔn)確計(jì)算區(qū)域水資源量。

2.2 河湖水域岸線管理保護(hù)

河湖管理保護(hù)工作面臨岸線管理難度大、跨區(qū)域河流管理難、監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、監(jiān)測(cè)體系不健全等問(wèn)題。河湖管理范圍內(nèi)違章、違法信息和涉水項(xiàng)目建設(shè)屢禁不止，亟需提高河湖水域監(jiān)管能力。

基于河湖劃界數(shù)據(jù)，明確河湖管理范圍，利用高分辨率遙感影像對(duì)河湖水域岸線開(kāi)展遙感監(jiān)測(cè)工作，對(duì)非法侵占水域、灘地、挖筑魚(yú)塘等違法信息進(jìn)行提取，形成河湖問(wèn)題清單，并將問(wèn)題進(jìn)行責(zé)任關(guān)聯(lián)。

利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，獲取重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)域的高清影像，重點(diǎn)關(guān)注亂堆、亂排等因受限于衛(wèi)星分辨率而無(wú)法識(shí)別的違法行為，與衛(wèi)星監(jiān)測(cè)問(wèn)題相互補(bǔ)充完善，形成全面的河湖問(wèn)題清單，為河湖管理提供數(shù)據(jù)支撐，助力“河長(zhǎng)制”工作。

2.3 水污染防治

為完善入河湖排污管控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)河湖環(huán)境整潔優(yōu)美、水清岸綠，要嚴(yán)格治理工礦企業(yè)污染、畜禽養(yǎng)殖污染、水產(chǎn)養(yǎng)殖污染、船舶港口污染，嚴(yán)格實(shí)施入河湖排污口整治。

借助衛(wèi)星遙感技術(shù)或無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，對(duì)河湖管理范圍內(nèi)違建廠房、挖筑養(yǎng)殖魚(yú)塘蝦池、禁養(yǎng)區(qū)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖棚、河湖排污口等進(jìn)行識(shí)別提取，結(jié)合地面調(diào)查，對(duì)疑似污染源進(jìn)行大范圍排查。

2.4 水環(huán)境治理

水質(zhì)監(jiān)測(cè)是水環(huán)境整治的先導(dǎo)要素和前置條件，利用高分辨率遙感影像能夠較好地識(shí)別寬度較窄的河道岸線，并判定水面浮萍存在，結(jié)合實(shí)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建水質(zhì)參數(shù)反演模型，反演河道葉綠素a濃度、懸浮物濃度、透明度及綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)等水質(zhì)參數(shù)。

葉綠素a濃度過(guò)高或透明度過(guò)低，均會(huì)引起水質(zhì)惡化，通過(guò)評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化程度和設(shè)定水體黑臭程度閾值，可間接評(píng)估水體黑臭程度[5]。遙感監(jiān)測(cè)能夠反映水體中各種物質(zhì)時(shí)空分布，從而計(jì)算出污染源和污染物遷移特征。

2.5 水生態(tài)修復(fù)

推進(jìn)河湖生態(tài)修復(fù)和保護(hù)，開(kāi)展河湖健康評(píng)估，加強(qiáng)水土流失預(yù)防監(jiān)督和綜合整治，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)、水利和環(huán)保等部門(mén)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)等，構(gòu)建河湖健康評(píng)估指標(biāo)體系，包括水資源開(kāi)發(fā)利用率、河岸帶植被覆蓋狀況、水質(zhì)優(yōu)劣程度等，為河湖健康問(wèn)題診斷提供有力支撐。

此外，利用遙感技術(shù)結(jié)合地面調(diào)查，構(gòu)建天地一體化的水保監(jiān)測(cè)體系，對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目合規(guī)性、土壤侵蝕程度進(jìn)行評(píng)估，加強(qiáng)水土流失預(yù)防監(jiān)督和綜合整治。

2.6 執(zhí)法監(jiān)管

加大河湖管理保護(hù)監(jiān)管力度，加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)管，堅(jiān)決清理整治非法排污、設(shè)障、捕撈、養(yǎng)殖、采砂、圍墾、侵占水域岸線等活動(dòng)。河湖經(jīng)過(guò)專項(xiàng)治理后，對(duì)于整改成果復(fù)核及后期監(jiān)督評(píng)價(jià)同樣是一項(xiàng)復(fù)雜工作。借助衛(wèi)星和無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，可以協(xié)助全面核查漏查漏報(bào)、新增反彈以及整改標(biāo)準(zhǔn)不高等涉河湖違法行為[5]，做到“四亂”問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)、早制止、早報(bào)告。

3 濰坊市“河長(zhǎng)制”工作中遙感應(yīng)用成果分析

3.1 梳理完成河湖水系岸線落圖

基于衛(wèi)星遙感影像，對(duì)濰坊市鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)以上河流、湖庫(kù)、閘壩及相關(guān)建筑和監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行矢量標(biāo)繪和校核，理清市、縣水系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全市河流、湖庫(kù)、各類水利工程數(shù)字化。

截至2019年底，完成全市縣級(jí)及以上河流、湖泊劃界工作，河流劃界長(zhǎng)度達(dá)6441.574km，以衛(wèi)片為底圖，標(biāo)繪河道控制線、保護(hù)區(qū)、保留區(qū)以及開(kāi)發(fā)利用區(qū)等范圍，為嚴(yán)格河湖生態(tài)空間管控、河湖清違整治、河湖岸線利用管理提供可靠依據(jù)。

3.2 開(kāi)發(fā)遙感智能識(shí)別系統(tǒng)

針對(duì)不同空間分辨率、不同波段組合的多源遙感數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)面向多源空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)的圖像處理系統(tǒng)，其具有海量影像處理能力，支持大區(qū)域多源數(shù)據(jù)聯(lián)合平臺(tái)，提供可編輯的工作流程，對(duì)影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、正射校正、融合、配準(zhǔn)、拼接等處理(見(jiàn)圖1)。

圖1 圖像自動(dòng)處理流程

針對(duì)復(fù)雜的河湖環(huán)境，將深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測(cè)與分割模型應(yīng)用于高分辨率遙感影像，開(kāi)發(fā)違法信息監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的地物進(jìn)行快速提取，包括違章建筑、侵占灘地、違法養(yǎng)殖、違法采砂、涉水建設(shè)項(xiàng)目等信息，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行人工校核和修正(見(jiàn)圖2)。

圖2 違法信息智能識(shí)別過(guò)程

3.3 助力河湖“清四亂”

近年來(lái)，濰坊市多次組織利用覆蓋全省河湖的多源高分辨率衛(wèi)星影像和無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)開(kāi)展水域岸線違章監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)排查河湖違建、侵占灘地、違法養(yǎng)殖、違法采砂、涉水建設(shè)項(xiàng)目等違法行為。

河湖“清四亂”過(guò)程中，充分利用遙感智能識(shí)別系統(tǒng)、河湖水系岸線成果，共統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題157處，其中亂占86處、亂采2處、亂建65處、其他類型4處。問(wèn)題清單下發(fā)后，對(duì)全部問(wèn)題逐一開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，核實(shí)無(wú)誤的問(wèn)題進(jìn)行整改拆除，并提交整改后現(xiàn)場(chǎng)照片，見(jiàn)圖3。全面實(shí)現(xiàn)河湖問(wèn)題精準(zhǔn)監(jiān)管，極大提高了“河長(zhǎng)制”工作效率。

圖3 大棚整改前后照片

4 結(jié) 語(yǔ)

伴隨著水利信息化的發(fā)展，遙感技術(shù)在“河長(zhǎng)制”工作中的應(yīng)用范圍、作用逐步擴(kuò)大，建立“一張圖+遙感影像+巡查APP+無(wú)人機(jī)+問(wèn)題整改督辦”河湖督察體系，開(kāi)發(fā)河湖“清四亂”遙感智能識(shí)別系統(tǒng)，已經(jīng)成為“河長(zhǎng)制”工作重點(diǎn)。衛(wèi)星遙感技術(shù)、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)等較好地解決了“河長(zhǎng)制”工作中跨區(qū)域河流管理難、監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、監(jiān)測(cè)體系不健全等問(wèn)題。遙感技術(shù)能夠?yàn)槿嫱七M(jìn)“河長(zhǎng)制”工作提供有力技術(shù)支撐。