遙感技術在水利信息化中的運用及問題分析

姜維軍，段興濤

(1.寧夏希望信息產業股份有限公司，寧夏 銀川 750001；2.寧夏水利信息中心，寧夏 銀川 750001)

遙感技術是20世紀中葉興起的一種探測技術，是利用人造衛星、飛機、無人機或其他飛行器收集地面目標電磁輻射信息，判定地球環境與資源的技術[1]。由于遙感技術可以從不同高度和不同范圍快速、高效、多譜段地進行感測，來獲取人們所需信息，因此在諸多領域得到廣泛認可和應用，如土地、水文、氣象觀測、資源考察等方面[2]。隨著水利工程信息化水平的不斷提升，遙感技術在水利信息化中逐漸發揮著越來越重要的作用，在水旱災監測、水文地質調查、水利工程建設中都有廣泛使用。

1 遙感技術在水利信息化中的優點

1.1 高效性與精細度并存

隨著信息化手段的不斷進步，遙感技術由傳統的載人飛機發展到如今無人機遙感系統與中高軌道衛星搭配的復合系統。以航天飛機與國際空間站等衛星遙感技術為基礎，配合1000m低空主流無人機遙感系統的重點航拍，可以實現水資源信息的高效傳輸并確保數據的有效性，可以有效提高某些管理范圍大、河段多、工作量大水管部門的工作效率。同時，由于水利項目普遍具有交通不便、地形復雜、人跡罕至等特點，某些高危地區不便人工進行勘測，遙感技術可以準確地解決這個問題[3]。而且，隨著對地觀測系統的完善，攝影掃描系統的不斷升級，遙感技術的精細度也在不斷提升，可以從空間、時間、光譜等多維度進行數據采樣，保障管理所需精度。

1.2 自動化助力提升時效性

信息技術的高速發展為遙感技術的應用提供了新的契機。研究人員通過制定統一的數據標準，收集到大量的異源數據，建立具有普遍適應性的遙感模型，進行數據自適應的數據處理與反演，最終通過數據共享平臺實現資源共享。這一系列的進步逐漸促進遙感技術自動化不斷進步，避免了人為因素的干擾。同時，隨著施工技術與設計水平的不斷提升，水利工程項目范圍廣泛、施工進度極快，在此過程中的防洪排澇對于水利信息的時效性要求更高，遙感數據自動化處理則很好地解決了這個問題，可以給管理部門提供實時的無人機遙感或衛星遙感影像，使管理部門在涉水項目的管理與跟進過程中有更可靠的技術保障[4]。

1.3 全方位的技術應用

隨著低空無人機技術的迅速發展，遙感技術在水資源與水環境方面的作用也在不斷提升[5]。低空無人機可以在近地面進行航拍，獲得特定地區的高清影像圖，經過遙感應用分析，可以反演出當地環境變化、水體中氮磷等污染物的含量以及用于固體形變監測與土壤重金屬含量測量等領域，為水生態與水環境治理提供可靠信息。此外，遙感技術在考古、犯罪、規劃社會發展及輔助政府決策等多方面都發揮著重要作用[6]。

2 遙感技術在水利信息化中應用

2.1 水旱災害監測

早在20世紀80年代，遙感技術在我國水旱災監測中起著重要作用。在水災監測方面，利用遙感圖像、數字高程模擬與水文數據建立流域降雨與淹沒區的數字模型，可以更加精確地進行災前預警，提前做好水災預報、防汛準備。在水災過程中，利用遙感技術將實時水文信息與模型相結合，能夠準確、實時地進行洪水動態分析，提供實時救災方案，盡量減少災害損失；在災后重建過程中，可以利用遙感技術進行災害評估，測算受災面積、淹沒時長并評估災害損失，為災后重建提供科學依據[7]。在旱災監測方面，由于土壤水分可以影響土壤微波發射、亮度、溫度等，遙感技術可以通過建立回歸模型以及散射模型確定遙感圖像中的色值與土壤水分之間的相互關系，以綜合獲取土壤濕度、植物生長狀況和氣溫等各要素，為防災救災提供數據分析[8]。

2.2 水利工程規劃建設與運行監測

遙感技術在調查水利工程所在地的發展情況與水資源情況中發揮著日益重要的作用[9]。由于水利工程所在地多為偏遠山區，交通受限，造成了工程勘測難度較大，而無人機遙感技術則很好地克服了這些限制，利用衛星高清圖像與近地無人機成像技術，實現高精度圖像生成與傳輸，可以為水利工程規劃建設提供準確資料。對于水庫等相對靜態工程，可以利用遙感技術的水層功能分析，快速得出不同水位影響范圍，在水庫防洪調度過程中進行輔助決策。此外，工作人員可以利用遙感技術提取工程區綜合地形地貌、植被信息、交通等基礎信息，在水利工程施工建設中為工程人員服務[10]。

2.3 水文水資源調查及水質監測

遙感技術在水文地質調查、地表水調查以及水質監測方面有著廣泛應用。通過圈定靶區，遙感技術可以通過翻譯地貌與地質構造，區域重力變化與地表沉降，可以清晰地反映出地下水的盈虧狀況。同時，當水深、含沙量、有機質含量等發生變化時，工作人員可以通過遙感技術中的閾值法、譜間關系法、形態學等方法獲取不同地區地表水情況，通過不同時間段遙感圖像的匹配，定性或定量確定地表水資源變化過程，從而實現地表水資源的動態監測[11]。此外，遙感技術可以通過多光譜航片對石油污染擴散進行半定量分析；對于富營養化的水體，由于葉綠素對藍光與紅光吸收作用較強，可以通過遙感技術對水體葉綠色進行調查監測，及時發現污染水體，為水環境治理提供有效信息[12]。

3 遙感技術存在的問題分析

3.1 遙感信息系統不完善，可用數據較少

雖然遙感技術在過去幾十年里取得了長足的發展，但是我國遙感技術信息系統機制目前仍不完善，遙感技術在部分工程應用較多，而沒有全國范圍內的遙感技術監測系統，這在很大程度上限制了遙感技術的推廣與應用[12]。相關部門應盡快制定詳細的遙感技術使用制度，推進長時間、高精度、大范圍遙感監測系統的建立。

3.2 遙感模型普適性較差

我國幅員遼闊，東南沿海雨量充沛，西北地區干旱少雨，目前遙感技術所用的數學模型多是針對某一地區所建立的，對其他區域的監測效果較差，缺乏普遍適用性。當前遙感技術在水利信息化中的應用還需完善模型的定量分析，統一模型尺度，開發模型高效數據處理及反演算法，為水利信息化中遙感技術應用提供便利[13-14]。

3.3 遙感技術理論與實踐結合制約因素多

遙感技術是一門涉及地球科學、地質、數學、物理、計算科學、光學等多學科的交叉學科[15]。遙感系統涉及信息接收、處理與應用等多個流程，任何一個流程都會對遙感測量的結果產生影響。在其反演過程中，水體中的不同物質對于反射光譜的影響是相互作用的結果，由于工作人員的知識儲備、工作經驗不同，反演結果可能會出現一定的誤差。而且我國遙感技術主要掌握在科研機構，工作人員理論知識不足，在工作中往往追求信息獲取和圖像清晰度而忽略了后期信息處理，從而導致遙感理論與實際應用嚴重脫節。對此，應該適當增加科研基金，為工作一線培養更多的科研人才，促進理論結合實際與我國遙感事業的長足發展[16]。

4 結語

自20世紀80年代起，遙感技術已經用于我國旱澇災害監測中并取得了良好的效果，這為遙感技術在水利信息化中的應用積累了寶貴經驗。目前遙感技術在洪澇災害監測、水利工程建設、水環境及水質監測等多個方面有著廣泛應用。同時，由于我國仍沒有建立完善的遙感技術應用系統，當前遙感模型存在一定程度的局限性，理論結合實際方面等存在一定程度的問題，遙感技術在水利信息化中的應用仍重而道遠。