基于遙感技術的水域監測

田文婷 萬紫 王新

【摘 要】水域監測是指利用遙感影像基于水體特征進行的水域信息提取，本文利用高分辨率航空影像，結合基礎地理信息數據以及已有的水域調查資料等，提取蘇州市河湖水域信息，確定其屬性信息，并對提取結果進行野外測繪驗證。結果證明該方法獲取的水域面積精確可靠，可為客觀掌握水域情況、加強河湖管理提供依據。

【關鍵詞】遙感影像；水域監測

引言

遙感技術具有大范圍、主動、快速、準確地獲得地表信息的優勢，可以有效解決監測區域大、監測目標分散的問題[1]，目前已經在國土、林地調查和動態監測中發揮了重要作用。利用遙感技術提取水域信息主要是依靠水體與其他地物的光譜反射差異[2]。但是基于光譜信息提取的水域范圍實際是水面范圍，與水利部門所關心的水域范圍有一定差異，而且不同時期水位差異會導致水域范圍的差異。因此基于光譜信息提取的水域范圍在實際應用中有一定問題。

隨著遙感技術的發展，影像空間分辨率增大，地物信息表達更詳細，水域信息提取中輔助信息更豐富[3]。本文將結合水利部門的實際需要，以高清遙感影像以及大比例地形圖為依據，提取蘇州市水域范圍，并通過實地測繪調查檢驗提取結果。通過該方法可調查清楚全市水域總面積和分布情況，為今后加強河湖管理，確保水面積不減少提供依據。

一、研究區及數據介紹

（一）研究區概況

蘇州市位于長江三角洲中部、太湖流域東北部，東鄰上海，南連浙江省嘉興、湖州兩市，西傍太湖，與無錫相接，北枕長江。根據《2014年蘇州統計年鑒》，全市總面積8488平方公里，地形以平原為主，地勢低平。蘇州河湖資源豐富，境內河道縱橫，湖泊眾多，河湖相連，形成“一江、百湖、萬河”的獨特水網。全市擁有長江和太湖岸線300多公里，大小湖泊300多個，各級河道2萬余條。其中，列入江蘇省保護名錄的湖泊94個，列入江蘇省骨干河道名錄的河流93條。各類河湖水域在蘇州市防洪、排澇、灌溉、供水、發電、航運和生態景觀、水文化等方面發揮了巨大的綜合功能。

（二）數據介紹

本研究遙感影像主要是2013年拍攝的彩色航空影像，已經過正射校正和波段融合處理，空間分辨率為0.2米。研究基準年為2013年，以基準年航空影像為工作底圖，結合基礎地理信息數據中的常水位岸線采集水域范圍邊界。

基礎地理信息數據主要包括蘇州市測繪基礎地形圖、蘇州市電子地圖數據，是各項調查相關信息的主要數據來源之一。另外還可以利用蘇州市第一次全國水利普查成果、湖泊勘測成果、堤防規劃調查資料、各鄉鎮水系規劃成果和其它各種水域調查相關圖件、文檔和表格等作為參考。

（三）技術路線

二、水域信息提取

水域面積是水域所對應的面積。根據實際需要，水利部門水域管轄范圍包括兩岸堤防（岸線）之間的水面、邊灘、沙洲的面積。

本文調查中原則上水域面積計算按照有硬質岸線和無硬質岸線兩種基本情況考慮：對于有硬質岸線（包括堤防，硬質護坡、護岸，擋墻和道路）的水域面積是指硬質岸線之間的面積。在航空影像上硬質岸線一般呈現為白色條狀，特征明顯，可以根據影像數據結合地形圖數據沿硬質岸線或房屋的迎水側邊緣勾繪水域邊界（如圖2）。

對于無硬質岸線的水域面積是指河岸線之間（或湖岸線所包圍的）的面積。以基礎地理信息數據中的水域常水位岸線為基礎，結合不同時段的高分航空影像，沿水陸痕跡線勾繪水域邊界（如圖3）。

（一）屬性信息

根據遙感影像可以準確提取水域范圍，確定水域空間分布位置。然后借鑒其他資料為水域信息添加屬性，包括河流的分段命名，根據基礎地理信息數據確定河流流經區域，確定河流起止點，計算河流長度、面積等。

三、結果分析

根據以上方法確定河道基本信息表（部分）見表2，對蘇州市河湖信息進行統計分析，結果見表3

根據圖4，含太湖和長江水域在內，蘇州市湖泊水域面積最大，占全市水域總面積的68.6%；其次是河道，比例為29.9%；塘壩水域面積占比最小，為1.5%；

含太湖和長江水域在內，蘇州市省管湖泊和流域性河道水域面積為2231.426km2，占全市水域總面積的69.6%；市管河湖水域面積為452.351km2，占全市水域總面積的14.1%；縣級及以下水域面積為521.228km2，占全市水域總面積的16.3%。

蘇州全市共有各級河道21879條，河道水域總面積為958.117km2，河道總長度為21637.51km。其中，蘇州市流域性河道有4條，為長江、望虞河、太浦河和京杭大運河，長江水域面積為456.315km2，占全市水域總面積的14.2%，流域性河道水域面積為476.048km2，占全市河道水域總面積的49.7%，流域性河道長度為289.26 km，占全市河道總長度的1.3%；市管河道有36條，蘇州市管河道水域面積為59.975km2，占全市河道水域總面積的6.3%，市管河道長度為764.01km，占全市河道總長度的3.5%；蘇州市縣級河道有78條，水域面積為36.563km2，占全市河道水域總面積的3.8%，縣級河道長度為901.18km，占比為4.2%；蘇州市鎮村河道條數最多，為21761條，其面積為385.531km2，占全市河道水域總面積的40.2%，鎮村河道長度為19683.07 km，占比為91.0%。

蘇州全市共有大小湖泊353個，湖泊水域總面積為2197.838 km2。其中，蘇州市省管湖泊有3個，為太湖，鵝真蕩，嘉陵蕩，太湖水域面積為1754.342km2，占全市水域總面積的54.7%，省管湖泊水域面積為1755.378km2，占全市湖泊水域總面積的79.9%；列入省湖泊保護名錄的其余91個湖泊為市管湖泊，市管湖泊水域面積392.376km2，占全市湖泊水域總面積的17.8%；其余的湖泊均為縣管及以下湖泊，縣管及以下湖泊有259個，水域面積為50.084km2，占比為2.3%。

塘壩為水域面積小于或等于50畝，具有一定利用功能的小型水域，蘇州全市共有塘壩8404個，水域面積為49.050km2。

根據表4含太湖和長江水域在內，蘇州各市、區中，吳中區的水域面積列首位，占全市水域總面積的50.6%，主要原因是太湖的大部分水域在吳中區境內，吳中區太湖水域面積占吳中區水域總面積的95.0%；排名第二位的是吳江區，主要原因是蘇州市91個市管湖泊有55個在吳江區境內，且境內包含部分太湖水域，吳江區市管湖泊水域面積占吳江區水域總面積的35.1%，太湖水域面積占比為25.9%；蘇州市水域面積最小的市、區是姑蘇區，因為姑蘇區行政區劃面積較小，且境內無大湖大河，境內基本為河道水域。

四、結果驗證

抽樣外業測量驗證工作測量采用GPS JSCORS模式，測段總長度約600KM，選取了蘇州市各級河道若干段進行了外業測量。

其中，流域性河道中長江未測量，其他3條河道的測段總長度為82.5 km，占除長江以外流域性河道總長度的49%；市管河道抽取了其中35條河道，測段總長度為416.3 km，占市管河道總長度的54%；縣級河道抽取了其中18條進行了測量，測段總長度為74.1km，占全市縣級河道總長度的8.2%；鎮村河道抽取了其中43條進行了測量，測段總長度為51.1 km。 以下是各級河道抽樣測量的情況。

基于遙感技術提取的流域性河道水域范圍線點位中誤差為±0.11m；水域面積相對誤差為-0.1%。基于遙感技術提取的市管河道水域范圍線點位中誤差為±0.18m；水域面積相對誤差為0.2%。基于遙感技術提取的縣級河道水域范圍線點位中誤差為±0.19m；水域面積相對誤差為0.3%。基于遙感技術提取的鎮村級河道水域范圍線點位中誤差為±0.20m；水域面積相對誤差為-0.3%。

根據抽樣河段的驗證結果，基于遙感手段提取水域面積的方法精確可靠，精度符合實際需求。說明基于遙感技術提取的水域邊界線具有較高的精度，獲取的水域面積精確可靠。

五、結論

遙感技術為水域監測提供了高精度、多時效的數據基礎。本文以航空影像為基礎，結合基礎地理信息數據，對蘇州市水域進行監測，提取水域面積。通過野外測繪調查發現該方法提取精度高，為準確把握區域水域面積、空間位置提供基礎。

參考文獻：

[1]周成虎，駱劍承. 高分辨率衛星遙感影像地學計算[M].北京：科學出版社，2008： 35-37.

[2]萬紫，劉江，徐慶華，王新.基于多源空間數據的河道水域變化監測方法研究[J].2013，5（23）：37 -45.

[3]成建國，陳德清，郭善昕.環境衛星數據在潘陽湖水域監測中的應用[J].2013，1：52-56.

基金項目：

浙江省省屬科研院所專項計劃項目（編號2013F10049）

作者簡介：

田文婷（1987-），女，碩士研究生，主要從事水利遙感研究。