□娄华宾（河南省南水北调建设管理局）

卫星遥感服务在水利行业与南水北调工程的应用与展望

□娄华宾（河南省南水北调建设管理局）

由于卫星遥感技术逐渐的发展，各类卫星遥感影像的数据被不断应用到生产生活的各个方面，通过影像数据的推送和分析服务为交通出行、勘探测绘、国土资源管理、道路线路规划、工程设计、农业统计、森林防火、边界巡防等多个方面提供了丰富的应用，产生了不可估量的价值。文章通过对卫星遥感服务体系的介绍和在水利与南水北调领域的应用总结和分析，为在水利与南水北调业务中应用卫星遥感服务提升整体工作效率和能力提供参考和借鉴。

卫星遥感；遥感应用；水利与南水北调遥感；遥感前景

1 概述

由于卫星遥感技术逐渐的发展，各类卫星遥感影像的数据被不断应用到生产生活的各个方面，通过影像数据的推送和分析服务为交通出行、勘探测绘、国土资源管理、道路线路规划、工程设计、农业统计、森林防火、边界巡防等多个方面提供了丰富的应用，产生了不可估量的价值。而随着水利与南水北调事业的发展，在流域范围监测、水资源管理、水文环境监测等方面均不断产生新的管理和应用要求。而我国目前已经建立了完全自主可控的卫星遥感服务体系，使得其在水利与南水北调事业的各项相关工作中的应用具备了条件，同时其他行业的应用也积累了丰富的经验。文章主要通过对卫星遥感服务体系的介绍和在水利与南水北调领域的应用总结和分析，为在水利与南水北调业务中应用卫星遥感服务提升整体工作效率和能力提供参考。

2 卫星遥感服务体系及发展

2.1 卫星遥感服务体系

卫星遥感体系主要包括三个方面的内容，分别为天上、地面以及遥感应用。首先天上的就是我们的卫星系统，从卫星所处的轨道来说包括：太阳同步轨道卫星、地球同步轨道卫星，从卫星的大小来看包含：大卫星、小卫星、微小卫星、纳卫星等，根据传感器载荷包括：全色、多光谱、高光谱、雷达等。从观测领域来说，包括陆地卫星、海洋卫星、气象卫星等。应该说卫星系统是数据获取的源头，是整个遥感服务体系最核心的内容。其次地面系统包括观测任务的规划、指令的注入，拍摄数据的接收、预处理，以及各级别产品的生产加工。地面系统是遥感服务体系的基础。最后在应用服务方面，无论是卫星系统还是地面系统要发挥它的价值，最终都要落脚在服务上，如何有效的与行业的业务相结合，为相关行业提供快速、有效的服务，是遥感服务体系建设的最终目标。所以说应用服务是源动力。

总结起来，卫星系统、地面系统、应用服务组成了一个完整的遥感服务体系。

2.2 卫星遥感发展现状

当前遥感发展现状主要分为国际和国内两个部分。

第一，当前遥感服务体系发展的现状，从国际大的体系上来看，有两个重要的部分：NASA的地球观测系统和ESA的哥白尼计划。第二，在国内来说，也在发展我们自己的地球观测系统。高分专项是国家中长期科技发展规划中确定16个重大专项之一，是中国自己的地球观测系统。卫星层面：由高分一号到高分七号，7颗卫星组成。包括全色、多光谱到高光谱，从光学到雷达等多种类型传感器。最终构成了一个具有高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率能力的对地观测系统。在高分应用的推广上，目前已经建立了28个省级高分数据与应用中心，来推广高分的产业化应用。另外就是国家“十二五”863计划重点项目，星机地综合定量遥感应用项目。面向全球粮食安全、森林碳汇量、一带一路、跨境河流、生态环境监测等方面提供统一的应用服务。

2.3 卫星遥感发展趋势

2.3.1 卫星系统层面

首先，分辨率越来越高。国际上从1、0.50m到0.30m，国内也有高分一号的2m，高分二号和北京二号的0.80m以及资源、高景等多种不同分辨率的卫星。其次，卫星平台越来越敏捷。目标成像模式、条带采集模式、立体成像模式、走廊观测模式、持续侦查模式等多种模式。第三，卫星协同组网越来越多，卫星的协同组网运行越来越多。第四，星上数据实时处理。星上数据的实时处理成为发展趋势，卫星除了传统拍摄外具备了星上数据的处理。可以在星上对数据进行初步的几何校正，可以对获取的数据进行实时的图像分析，比如进行云覆盖度的判断，超过一定比例的数据自动抛弃，这样就可以降低数据传输的压力。

2.3.2 地面系统层面

①以应用为导向的多星任务的联合规划，同时在规划过程中还可以结合气象情况，可以对云量进行预测，提高规划任务的可行性。同时还可以对观测任务进行仿真和推演，以确保任务的执行。②已接受的遥感影像的快速处理，借助于高性能的计算设备，实现流程化、自动化的并行处理。③影像的智能分析，实现从影像到信息快速转化，这个也是目前业界比较难解决的一个问题。④是时空信息的重建。这个也在很多地方有相关的应用。主要是针对数据当中因为云的遮挡而带来的信息缺失。可通过其它一个时间的数据对它进行引导，对找出相似的区域进行替换和补充，把缺失的数据恢复出来。⑤遥感影像的超分。通过多期观测数据或者是星地结合的模式，用相应的算法对影像进行超分辨率处理，提高数据的分辨率。以及时间、空间、光谱信息的融合。

2.3.3 应用服务层面

服务类型也越来越多样化，从编程观测服务，到数据产品服务，到成果影像产品服务，信息产品服务，以及以用户需求为导向的综合信息服务。在服务的形式上，实现从传统服务到云服务的转换。

3 遥感在水利与南水北调领域的应用

3.1 灾害监测及评估

根据遥感对地观测的功能，可以获取居民地、耕地、水体、道路、林地和草地等土地利用信息，遥感技术可从确定受灾面积发展到灾情进行评估。特别是在灾前调度决策时，如果能对各类预案可能会造成的损失和影响进行比较和评估，这会对减灾决策有重要意义。利用遥感技术，可提供灾害的环境信息，如水深、范围和受淹时间；也可以提供受灾体的信息，如房屋、耕地、道路、输电通信塔和线路、工业区等。再加上各类受灾环境各类受灾体的损失系数再把区域边界考虑进去，就能对灾情进行统计和评估。

3.2 水资源监测及保护

对水资源的监测和保护有重大的战略意义，遥感技术为管理水资源提供了非常好的支撑条件。以地表水体为监测对象，利用同一区域不同时相遥感影像数据，开展地表水体动态监测，了解地表水体空间分布和水面面积变化情况；同时结合气象、水文等业务数据，分析导致水面变化原因，为水利与南水北调相关部门提供数据支撑和决策依据。

3.3 水土保持

早在1985年，水利部在对全国水土保持情况进行调查时，采取的技术路线是以遥感调查为主，结合遥感技术与常规监测技术。通过获取影响土壤侵蚀相关因子信息（如植被覆盖、土壤类型、坡度等），并参考《SL190-2007土壤侵蚀分类分级标准》，实现土壤侵蚀强度分级，摸清土壤侵蚀情况，了解其分布、面积和强度，实现对侵蚀情况的监测；通过治坡工程、造林工程、免耕等水土保持措施业务数据，开展规划工程本底数据建设，了解工程区立地环境，辅助规划审核；利用多期遥感数据，开展工程实施效果遥感监测，了解工程区动态变化状况，比对规划与现状，了解规划落实情况，辅助水土保持措施监管；通过遥感技术快速获取小流域土地利用、坡度、植被覆盖等基础信息，叠加小流域治理措施数据，利用空间分析技术辅助专家审核措施设计的合理性；叠加治理措施规划数据与治理中、治理后影像数据，进行对比分析，辅助生态清洁小流域治理。

3.4 灌溉面积调查

水利是农业的命脉，经过灌溉的农作物的产量一般比未经过灌溉的农作物的产量高3～5倍，为保证粮食的安全，要大力发展农业灌溉。查清需要灌溉的面积和空间分布，对科学分配水资源、推动节水灌溉有重大意义。外国一些先进的农作物灌溉区更为广泛地运用了遥感技术，利用遥感对灌溉区的土壤含水量、作物长势和土壤中钾、磷、氮的含量进行监测，得出需水量和需施肥的类别和数量，最后在滴灌时将肥料融于水中进行浇灌，为农业的精细化提供了有力保障。

3.5 河道与河口变化监测和治理

河道水沙变化所造成的河道冲淤变化、河道挖沙造成的河势变化，桥梁等跨河建筑物的增多也会对河道泄洪能力产生很大影响，一些国际的河流，河道的变化会造成中泓线的变化，甚至会造成国家领土大小发生变化。所以，对河道的变化情况的监测是水利与南水北调遥感十分注重的事情。河口是内陆和大海的交汇处，是河流与海流交接处，这会导致土沙淤积或减少。不仅河口的土地大小会变化，河流所侵蚀的地面高度的变化还会导致河流纵剖面的改变、水流挟沙与来沙量相比关系的改变，从而产生自河口往上的溯源堆积和溯源冲刷，使河口的监测变为另外一个水利与南水北调遥感比较关注的事情。

4 遥感技术在水利与南水北调领域的展望

随着水利信息化建设与遥感技术的发展，遥感技术在水利与南水北调事业的应用范围在逐渐扩大，应用的深度在向业务工作的需求不断靠近。从遥感数据到信息，再到知识和规律，需要与逐渐进步的水利技术相结合，经过多学科的结合才可以更好地发挥遥感在水利与南水北调事业中的作用。分析当前水利与南水北调行业的发展趋势，水利与南水北调行业也正朝着数字化信息化的方向发展，以遥感技术、地理信息系统、全球定位系统为支撑的3S技术必将为水利与南水北调行业注入新的活力。

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1673-8853（2017）09-0090-02

2017-6-13

编辑：国立杰