水利信息化中遙感技術(shù)的運(yùn)用

徐子凱

(山東天成水利建設(shè)有限公司，山東 濰坊 261100)

水利信息化涉及非常多的內(nèi)容，包含許多信息數(shù)據(jù)和資源，這些信息與數(shù)據(jù)會(huì)頻頻發(fā)生各種變化。對(duì)水利工程而言，數(shù)據(jù)信息十分重要，能夠促進(jìn)水利工程的高效建設(shè)。在水利信息化中使用遙感技術(shù)，能夠捕捉和獲取大量的數(shù)據(jù)信息，推動(dòng)水利行業(yè)的信息化發(fā)展與建設(shè)。水利信息化在遙感技術(shù)中的應(yīng)用已有數(shù)十年，越來(lái)越多的人意識(shí)到水利信息化中遙感技術(shù)的重要性。但目前仍存在較多問(wèn)題，無(wú)法保障遙感技術(shù)的使用效果。指出了水利信息化中遙感技術(shù)的使用問(wèn)題，以提高水利信息化的應(yīng)用質(zhì)量。

1 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是使用特定的設(shè)備輔助，使用遙感設(shè)備傳輸掃描與拍照勘測(cè)目標(biāo)，以獲得有用信息數(shù)據(jù)，傳遞、處理和保存信息，分析搜集到的信息資源，從中提煉有用的內(nèi)容，將信息發(fā)送給地面接收站，接收站按照獲取信息的重要性進(jìn)行分析與判斷，得出相關(guān)結(jié)論。該技術(shù)不斷發(fā)展，已應(yīng)用于航天航空與地面檢測(cè)中[1]。除此之外，在氣候、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中也廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。使用遙感技術(shù)可以安全獲取各種數(shù)據(jù)信息，深度發(fā)揮數(shù)據(jù)信息作用，保障決策更加科學(xué)。

遙感技術(shù)功能突出，其使用了安全的方式獲取信息，從多維度、多角度對(duì)信息進(jìn)行了精細(xì)化、精準(zhǔn)化的處理，不論是數(shù)據(jù)處理速度還是數(shù)據(jù)獲取速度，都較為突出。遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理，只要按照規(guī)定程序處理，就不會(huì)受其他因素的干擾，可提高數(shù)據(jù)處理效率與獲取能力。遙感技術(shù)能夠自動(dòng)校正與計(jì)算數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。由于具有眾多優(yōu)勢(shì)，因此使用范圍較廣[2]。

2 水利信息化中存在的遙感技術(shù)問(wèn)題

在水利信息化建設(shè)中，遙感技術(shù)雖然發(fā)揮了重要的作用，但是隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，其應(yīng)用過(guò)程中也凸顯了一些問(wèn)題，這在很大程度上限制了水利信息化的發(fā)展，其具體表現(xiàn)為以下三個(gè)方面：

一是遙感技術(shù)在水利信息化中的具體操作，整體水平相對(duì)較低。在信息化工作開(kāi)展和實(shí)施中，遙感技術(shù)應(yīng)用較為普遍，但是由于技術(shù)人員操作水平不高，導(dǎo)致水利信息化建設(shè)很難充分發(fā)揮遙感技術(shù)的全部?jī)?yōu)勢(shì)，這影響了水利信息化的發(fā)展。例如：將遙感技術(shù)應(yīng)用與水利信息化建設(shè)融合時(shí)，沒(méi)有對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)和再教育，很多操作人員憑借以往的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)遙感技術(shù)進(jìn)行操作，影響了使用效果。由于受到各方面條件的限制，工作人員自身能力、水平有限，人才流失較為嚴(yán)重。遙感技術(shù)應(yīng)用水平不高，無(wú)法真正發(fā)揮人才優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)水利工程信息化建設(shè)的最佳效果。

二是缺乏遙感數(shù)據(jù)庫(kù)。在水利工程信息化建設(shè)中，涉及的內(nèi)容較多，編寫復(fù)雜程度較高，很容易受到各種因素的影響。對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能夠獲取重要數(shù)據(jù)信息，使用過(guò)程對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的要求較高，但目前還沒(méi)有建立完善的遙感數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)致水利信息化建設(shè)中的數(shù)據(jù)處于零散分布狀態(tài)，未來(lái)還需要對(duì)其進(jìn)行不斷完善，建立完整的遙感數(shù)據(jù)庫(kù)，避免影響監(jiān)測(cè)工作的有力開(kāi)展。

三是遙感技術(shù)自身存在缺陷。水利信息化建設(shè)工作實(shí)施過(guò)程中，使用遙感技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用效果的最大化，但是技術(shù)使用過(guò)程中存在一定的缺陷，如遙感技術(shù)的簡(jiǎn)易方法，整體水平不高，在混合光譜研究中，遙感技術(shù)的翻譯水平還處于初步發(fā)展階段，整體翻譯效果和水平并不理想。為了最大程度地提高水利信息化中遙感技術(shù)的使用效果，需要不斷促進(jìn)技術(shù)發(fā)展。

3 遙感技術(shù)在水利信息化中的應(yīng)用

遙感技術(shù)在水利事業(yè)中發(fā)揮了重要作用，能夠推動(dòng)水利信息化發(fā)展與進(jìn)步，幫助我國(guó)水利工程積累大量資源，依靠大量的信息，推動(dòng)水利工程的進(jìn)步發(fā)展[3]。我國(guó)水利是龐大的工程，很多領(lǐng)域都需要應(yīng)用遙感技術(shù)，其具有十分重要的作用，具備勘察和監(jiān)測(cè)功能。

3.1 遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)

使用遙感技術(shù)絕不能忽視其監(jiān)測(cè)功能。水利信息化中，遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)作用十分顯著，可以完成地表水及水環(huán)境、水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作。

3.1.1 地表水

在水利信息化中，地表水的監(jiān)測(cè)工作是非常重要的。監(jiān)測(cè)期間，按照地表水性質(zhì)，使用各種方法獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。濕地水體中，水底有大量土壤和植被，會(huì)在放射光譜作用下發(fā)生像數(shù)值變化。使用雷達(dá)及光學(xué)技術(shù)可獲得地表水資源，但信息并不精準(zhǔn)[4]。使用形態(tài)學(xué)、水體指數(shù)法提取數(shù)據(jù)，則能夠準(zhǔn)確獲得信息資源。要對(duì)各個(gè)地區(qū)的地表水監(jiān)測(cè)，前提是各種時(shí)間段配準(zhǔn)遙感圖像，這樣才能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水資源，了解水資源變化，獲得地表水資源信息。此外，使用多時(shí)遙感圖像，如果有水資源變化情況，就可以提取其中的變化數(shù)據(jù)。使用激光雷達(dá)能夠定量估算變化數(shù)據(jù)，為后續(xù)深入了解地表水情況提供幫助，完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得有用的信息。

3.1.2 水環(huán)境

監(jiān)測(cè)水環(huán)境是水利信息化的重點(diǎn)內(nèi)容，水環(huán)境評(píng)估的目的是了解水體信息，尤其是污染物及葉綠素狀況，這些信息的獲取可以充分利用遙感技術(shù)。遙感技術(shù)的使用能夠動(dòng)態(tài)地對(duì)水環(huán)境水體信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握信息，從而深入了解水環(huán)境狀況。有研究顯示，水中葉綠素濃度反映的是水體浮游生物數(shù)量情況，因此需要精準(zhǔn)檢測(cè)。方法是應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)和水體光譜模型，計(jì)算葉綠素濃度。圖1為水資源遙感監(jiān)測(cè)。

圖1 水資源遙感監(jiān)測(cè)Fig.1 Remote sensing monitoring of water resource

從研究結(jié)果可以看到，水體懸浮泥沙含量表現(xiàn)的是水體的生態(tài)環(huán)境是否健康，因此需要監(jiān)測(cè)懸浮的泥沙含量，用遙感反演技術(shù)精準(zhǔn)獲得水體固態(tài)懸浮物的含量。該方法成本不高，還能同時(shí)監(jiān)測(cè)水環(huán)境的其他污染物情況。

水體中含有各類污染，包括油污染、熱污染。不同污染需要使用不同方式監(jiān)測(cè)，才能保障效果。如油污染需要使用水體光譜和表面散射信息，熱污染則要用到熱紅外傳感。遙感技術(shù)的使用可以準(zhǔn)確判斷水體污染物質(zhì)情況，如分布狀況，了解污染物來(lái)源，監(jiān)測(cè)污染物變化。

監(jiān)測(cè)水環(huán)境時(shí)，遙感技術(shù)作用十分顯著，可使人們充分了解了水環(huán)境，從水環(huán)境中獲得有用信息，對(duì)水環(huán)境的管理具有重要作用，可提供廣泛、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

3.1.3 水旱災(zāi)害

水旱災(zāi)害會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，圖2為遙感技術(shù)在水旱災(zāi)害檢測(cè)中的應(yīng)用。遙感技術(shù)大多被用于河流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)監(jiān)測(cè)洪水災(zāi)害。使用遙感技術(shù)能夠了解水災(zāi)，進(jìn)行提前預(yù)防和處理，降低水害危害。使用遙感技術(shù)可創(chuàng)建水體淹沒(méi)模型，了解淹沒(méi)區(qū)域和降水量關(guān)系，作用十分突出。

圖2 遙感技術(shù)在水旱災(zāi)害檢測(cè)中的應(yīng)用Fig.2 Application of remote sensing technology in floods and droughts test

3.2 遙感技術(shù)勘察

遙感技術(shù)勘察效果非常好，水利信息化中有很多勘察內(nèi)容，如勘察水文地質(zhì)。規(guī)劃水利時(shí)也需要進(jìn)行勘測(cè)調(diào)查，因此勘察工作十分重要。遙感技術(shù)的使用能夠令水利信息化工作變得十分順利。

勘察水文地質(zhì)時(shí)，需要做好地下水資源信息的獲取，圈定和查找水資源。使用遙感技術(shù)勘察數(shù)據(jù)信息，提取有用的內(nèi)容。地下水查找中，可以利用該技術(shù)判斷地下有沒(méi)有水源，了解土壤濕度、地質(zhì)構(gòu)造，判斷信息，了解地下水源情況。水文地質(zhì)勘察對(duì)遙感技術(shù)的使用，可獲得地區(qū)遙感圖像。

3.3 規(guī)劃水利項(xiàng)目

水利工程建設(shè)需要重視遙感技術(shù)的使用。遙感技術(shù)的合理使用對(duì)調(diào)查工程地點(diǎn)、了解水資源狀況具有極大的作用。水利項(xiàng)目大多數(shù)的工地點(diǎn)是交通受阻、地處偏遠(yuǎn)的山區(qū)，所以勘測(cè)難度非常大。使用無(wú)人機(jī)遙感能夠打破限制。配合使用近地?zé)o人機(jī)和衛(wèi)星高清圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的高精度生成和傳輸，為水利工程的科學(xué)規(guī)劃與系統(tǒng)規(guī)劃提供充足資料。水庫(kù)一類的靜態(tài)工程使用遙感技術(shù)分析水層功能，可以了解水位的影響范圍，輔助決策水庫(kù)的防洪調(diào)度項(xiàng)目。工作人員使用遙感技術(shù)對(duì)工程區(qū)域的植被、地形地貌和交通信息進(jìn)行提取，能夠令后續(xù)的水利工程設(shè)計(jì)與施工變得十分輕松。

4 遙感技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 多樣化精細(xì)化獲取數(shù)據(jù)

在科技全面創(chuàng)新發(fā)展中，航空遙感為基礎(chǔ)的遙感技術(shù)，配合現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化、多樣化獲取信息的能力。采集數(shù)據(jù)信息中，遙感技術(shù)能夠從光譜維、角度維、空間維及時(shí)間維層面，獲得密集化數(shù)據(jù)信息。今后遙感數(shù)據(jù)的獲取，必然會(huì)呈現(xiàn)出精細(xì)化特征，使用遙感技術(shù)能夠獲得完整且精細(xì)的數(shù)據(jù)資源。

4.2 自動(dòng)化處理數(shù)據(jù)

遙感數(shù)據(jù)的處理是由眾多環(huán)節(jié)組成的，包括創(chuàng)建模型、算法、矯正幾何等內(nèi)容。處理期間有許多程序，不同的數(shù)據(jù)有著不同的模型和算法。研究人員需要使用多源異構(gòu)的遙感數(shù)據(jù)，創(chuàng)建統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使用數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理和反演算法，才能獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參數(shù)，為創(chuàng)建普適性出眾的遙感模型奠定基礎(chǔ)，確保模型、算法及數(shù)據(jù)資源的共享，推動(dòng)遙感技術(shù)自動(dòng)化處理數(shù)據(jù)。自動(dòng)化處理最大的優(yōu)點(diǎn)是效率高、速度快，不易受到人為因素的干擾。遙感技術(shù)可以準(zhǔn)確、快速獲得地表信息，自動(dòng)化處理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的獲取效率。

4.3 定量化參數(shù)反演

過(guò)去的數(shù)據(jù)獲得能力有限，數(shù)據(jù)獲取方式與手段缺陷較為突出，沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)，困擾著人們。高光譜遙感技術(shù)的出現(xiàn)，可以從多角度使用傳感器獲得數(shù)據(jù)，更加方便和快捷，質(zhì)量大幅度提高。使用中，參數(shù)定量轉(zhuǎn)化為高精度參數(shù)，可有效使用數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了理論的深化研究，創(chuàng)新了技術(shù)模型，對(duì)今后的定量化使用技術(shù)來(lái)說(shuō)，具有重大意義。

5 結(jié)語(yǔ)

水利信息化中，遙感技術(shù)的應(yīng)用作用突出，能夠?qū)崿F(xiàn)不同方向的水利信息勘察與監(jiān)測(cè)，保障水利信息化數(shù)據(jù)的質(zhì)量和效率。目前，水利信息還沒(méi)有充分發(fā)揮遙感技術(shù)的價(jià)值和效果，需要不斷完善遙感技術(shù)，提高技術(shù)效果，進(jìn)行針對(duì)性的研究，推動(dòng)技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展。