水利遥感技术及应用学科研究进展与展望

水利遥感技术及应用学科研究进展与展望

熊永

中铁水利水电规划设计集团有限公司  江西南昌  330029

摘要：在过去20多年中，遥感技术和应用领域就像“千里眼”一样，取得了大量的研究成果，但是，面对水利建设高质量发展新阶段，以及飞速发展的空间数据分析及挖掘新技术，迫切需要进一步弥补短板。对近20年来水利遥感应用理论、水文监测评估、水土保持监测、流域监测、循环过程监测、参数反演、无人机低空遥感和野外监测等领域的研究进展，并根据国家的需求和技术发展趋势，对水利遥感的未来发展趋势和未来的研究工作进行了总结。

关键词：水资源遥感；学科发展；卫星；无人机；北斗

1水利遥感技术的发展历史

从1959年人类首次发射卫星图像以来，遥感技术已成为当今信息时代的一项前沿技术，它的科学含量越来越高，智能化程度越来越高，实际效果也越来越强，并逐步形成和完善了遥感及其应用理论和技术方法体系，为数字中国的建设作出了越来越大的贡献。

1980年，水利部遥感技术应用中心成立，成为国内第一家从事农业领域的科研单位，也是我国水利遥感事业起步的标志。2013年，将遥感中心与水利部防汛减灾研究所、水利史研究所合并，组建水利部防汛抗旱减灾工程技术研究中心，以水利遥感学科发展为基础，聚焦水旱灾害遥感监测核心业务，面向水利部多项业务科技需求，通过部门合作与专业联合，在洪涝水体监测、旱情监测、水土流失监管、水利信息化等方面开展了系列研究与业务服务工作。

在“十四五”和2035年的发展战略中，都提到了“数字中国”的概念，在水利信息化、信息化、现代化的同时，也在不断提高我国的管理水平。水利部部长李国英认为，智慧水利必须走“场景数字化，模拟智慧，精准决策”的道路。在数据源日益丰富、北斗导航系统成功组网、深入应用无人机低空遥感、数据挖掘技术突飞猛进等技术发展背景下，水利遥感空天地一体化监测与信息采集技术，在水利事业新发展阶段将发挥更大的技术支撑作用。

2重大成果

(1)建立了水利遥感技术在空间和时间上的应用体系。水利遥感是一门综合性很强的学科，它的基础、数学方法、计算机技术、地理、水文学、生态学等学科的专业知识，解决与水利有关的科学理论和实践问题。遥感并不是一种简单的高科技运用，它本身也存在一些科学问题，例如，遥感的量化原理。

(2)对洪水的监控和评价。遥感洪水灾害监测是遥感中心自成立以来的主要工作和研究领域，具有起步最早、持续探索时间最长、发挥支撑作用最大、取得成果最多等特点。

(3)对干旱的监控和评价。旱灾是我国范围最大、经济损失最大的一类自然灾害，其出现频率高，持续时间长，波及范围广泛。由于卫星遥感监测范围广、空间分辨率高、信息采集实时性好，因此在大范围的干旱监测中具有无可替代的作用。

(4)加强对水土保持的监督管理。利用遥感技术监测水土流失的动态监测，可以从土地利用、植被覆盖、水土保持措施等方面获得土地利用、植被覆盖、水土保持措施分布等方面来支持水土流失监测。利用遥感技术监测生产建设工程违法犯罪，利用北京2号、高分二号、资源三号等亚米级高分辨多波段卫星图像，对生产建设项目进行监测，并根据实际情况，找出有无可疑违规情况，为生产建设项目监管提供依据。

(5)低地遥感无人机。近年来，由于其机动灵活、多载荷能力、高精度测绘等诸多优点，使其在水文遥感技术中的地位日益提高，在水利遥感技术中的作用日益突出。

3学科发展的趋势及不足之处

(1)我国水利建设已步入新的高质量发展阶段，必须加强对水利信息化服务的支持。十九届五中全会明确指出，要加快经济社会发展，必须在确保国家发展安全、服务国家重大战略、提升国家治理能力方面发挥积极作用，特别是提升水利智慧化、信息化水平，推动建设数字中国。“智慧水利”的建设要走“数字化场景、智慧模拟、精准决策”的道路，从水旱灾害的防灾入手，突出强化预报、预警、预演、预案四项措施，防止洪涝灾害的发生。

(2)卫星遥感技术的发展日新月异，迫切要求建立专门的水利专用卫星星座。近几年，随着国家空间技术发展和国家高分专项的实施，我国的遥感卫星发展迅速，目前已经达到181个，仅次于美国，在世界范围内占有20%的份额。在分辨率、重访能力、覆盖能力、载荷类型等方面都取得了很大进展，包括多光谱、高光谱、红外、雷达、立体测绘等，与国际先进水平的差距在不断缩短，但由于没有专用卫星发射，导致在水旱灾害应急监测、业务化管理辅助决策支撑等方面无法保障有效遥感影像的及时获取，成为限制水利遥感业务服务能力发展的瓶颈。要充分发挥已有卫星资源，建设以民口遥感卫星为主体、军用、商业遥感卫星为补充的水利虚拟卫星星座，打通多源数据获取与优先应用渠道，同时积极推进水利卫星立项。

(3)低空遥感技术的兴起，为应对突发事件提供专业技术支持。无人机技术在过去10年中得到了飞速发展，成为卫星遥感的一种重要补充，它在云下作业、机动灵活、数据获取周期短、可应急调度、数据分辨率高等独特优势，可以弥补卫星遥感受云层影响大、数据获取时效性难以保障、任务定制成本高等应用瓶颈，二者配合（数据补充、结果验证、数据融合等）可更有效实现下垫面多元信息获取与灾害应急监测。

4主要科研工作

(1)建立和完善水利遥感跨越时空的技术和手段。基于跨时空水利遥感应用的基本原理，完善了水环境要素的遥感反演模型，对洪水、旱情、智慧灌区、数字流域等多尺度数据融合、光谱匹配、尺度转换、机器学习、目标识别、图像分割、空间相关分析、趋势面分析、空天地多尺度监测验证试验等技术方法，不断丰富跨时空水利遥感应用技术方法体系。

(2)建设应用于水利遥感卫星的星座和数据处理的展示平台；通过拓展现有卫星资源、获取主用户权限、合作冠名等方式，实现了我国水利卫星星座的建设，以及推进我国自主水利卫星的研制工作。通过更新与资源卫星应用中心的光纤和通信系统，购置和开发卫星遥感数据查询与处理处理平台，购置与开发多类型数据多维管理与展示平台，形成遥感空间大数据查询、管理、展示平台，推进“大数据在平台、智能在后台、业务服务在云端、现场核查检查、各级应用在身边”的新模式。

(3)重点解决水利、旱情、水文等方面的实际需要。作为水利遥感应用的基础和服务领域，水旱灾害应急监控系统将持续围绕这一领域，提出了包括数据、人员、制度、产品、报告模板等在内的遥感应急监测服务模式，以提高保障能力和业务水平。着重于数字流域的建设，把技术和项目结合起来。在持续跟进推进水土保持、河湖岸线、跨境河流、数据服务等方面，大力推进智慧灌区、城市建设等方面的应用。

5结论

作为水利“千里眼”的遥感技术，有着很大的发展空间，但还存在着很大的缺陷。要更好地为“大脑”服务，首先要“擦亮眼睛”，丰富数据源，提升数据处理能力；其次要“会用眼睛”，不断改进水利遥感应用的理论和技术体系；三要“练就慧眼”，进一步开发人工智能技术，以智能目标识别、变化监测、数据挖掘；四要“眼观六路”，把重点放在水旱灾害监测、监测和数据开发上，从实际中发现问题，解决问题，推出行之有效、有市场、成体系的水利遥感装置与数据产品。

参考文献

[1]李小文.定量遥感的发展与创新[J].河南大学学报（自然科学版），2005，35（4）：49-56.

[2]付俊娥，路京选，庞治国，等.跨时空遥感应用理论及其在水利行业的应用[J].卫星应用，2019（11）：8-12.