河湖遥感“四查”机制建立及其应用实践

2020-03-04蔡阳，崔倩

水利信息化 2020年1期

蔡阳，崔倩

（水利部信息中心，北京 100053）

2019 年全国水利工作会议提出“水利工程补短板、水利行业强监管”水利改革发展总基调。加强行业监管，是新形势下赋予水利工作的历史使命，推动水利行业监管从“整体弱”到“全面强”，既要对水利工作进行全链条监管，也要突出抓好关键环节的监管，既要对涉水行为进行全方位监管，也要集中力量对重点领域，特别是对江河湖泊、水资源、水利工程、水土保持、水利资金、行政事务等的监管[1]。而水利监管对象具有点多面广、量大类杂、动态变化和分散隐蔽等特点。水利监管工作面临监管区域广、专职人员少、问题发现难、技术手段差等问题。采用传统方式达到监管目标不仅工作量大，而且实施难度高。遥感技术是利用卫星或飞机等搭载传感器远距离对地面进行观测，能够周期性地获取地表的影像数据，具有宏观、直观、客观、及时、便捷、高效的特点。利用遥感技术，结合河长制湖长制管理信息系统[2-3]开展了河湖遥感“四查”机制建立及其在河湖“清四乱”[4]的应用实践，取得了明显成效。

1 河湖遥感“四查”机制

围绕水利监管的查、认、改、罚 4 个环节，利用卫星遥感技术，建立河湖管理问题巡查、问题详查、问题核查和整改复查“四查”技术支撑机制（如图 1 所示），为河湖“清四乱”提供全流程技术支撑。其中问题巡查是利用多源遥感影像，参考群众举报线索和互联网舆情线索，对河湖管理范围内的水域空间地物进行“扫描”，通过人工解译、人工智能（AI）自动识别方式，形成问题线索清单；问题详查是应用更高分辨率（优于 1 m）、最新时间（1 个月之内）的遥感影像进行详细调查，包括问题类别、边界范围及与周边环境的关系等，并检查是否具有河道管理部门审批许可，形成疑似问题清单；问题核查是利用河长制湖长制管理信息系统，借助河湖督查 App，采用实地查勘或无人机采集的方式，进行现场取证，确认“乱占、乱采、乱堆、乱建”等河湖四乱问题；整改复查是通过遥感影像比对跟踪整改进展，主动掌握问题处理情况，为及时掌握问题整改情况，进行处罚提供依据。

2 “四查”机制在河湖“清四乱”中的应用

河湖管理工作基础薄弱，很多河湖存在的长期性、累积性问题，如乱占、乱采、乱堆、乱建等四乱突出问题。加之，基础数据不全、问题底数不清，无法动态、实时掌握情况。应用遥感技术，构建天空地一体化的监测体系，强化对遥感影像的分析研判，建立河湖遥感“四查”机制，全面支持河湖“清四乱”工作。

图 1 河湖遥感“四查”机制

2.1 河湖本底数据遥感调查与数据库构建

针对全国流域面积 1 000 km2以上的 2 221 条河流和水面面积 1 km2以上的 2 865 个湖泊[5]，涉及河道总长约为 38.66 万 km，湖泊总面积约为 7.8 万 km2，首次开展了河湖治理保护本底数据遥感调查工作，主要工作内容包括遥感基础数据采集和预处理、水域空间地物遥感影像识别平台搭建和本底数据遥感调查与数据库建设。

对覆盖全国流域面积 1 000 km2以上河流和水面面积 1 km2以上湖泊的 35 474 景高空间分辨率遥感影像进行正射校正和融合等预处理，总数据量约为460 TB。在影像空间分辨率方面，优于 1 m 分辨率影像约占 88%，2 m 分辨率影像占 12%；在影像时相方面，2019 年影像覆盖率约为 84%，2018 年影像覆盖率约为 16%。研发河湖水域空间地物遥感影像识别模型，完成包括遥感影像预处理与服务发布、河湖岸线地物目标识别、综合判读解译及运行管理等功能的系统开发，搭建河湖水域空间地物遥感影像识别平台。

制定《河湖治理保护本底数据遥感调查技术规范》，结合《中华人民共和国河道管理条例》[6]和遥感影像特征，人为确定工作范围；将河湖水域空间地物对象分为占、采、堆、建 4 个一级分类、24 个二级分类；明确了河湖水域空间地物对象遥感解译方法。

2.2 问题巡查

由于尚未整合全国河湖管理范围划定成果，目前实际工作是在人为确定工作范围内开展问题巡查。利用河湖水域空间地物遥感影像识别平台，以高分辨率遥感影像数据为工作底图，结合野外调查建立监测对象解译标志库，通过目视解译或人机交互的方式对河湖水域空间地物对象进行识别解译，对解译的图斑成果进行数据化处理和统一编码，定义必要的属性字段并进行赋值，包括地物类型、河（段）湖（区）名称、所在行政区划、位置（经纬度）、遥感影像源、影像日期、解译日期等信息。总计投入遥感解译人员 120 余人，累计解译 37 万余个河湖水域空间地物对象图斑，占、采、堆、建 4 类地物对象图斑数量统计情况如图 2 所示，建立河湖治理保护本底数据库，形成问题线索清单。其中，桥梁、拦河闸坝等地物作为背景对象共计 15 万多个，紧邻河湖水边、规模较大的其他地物作为重点对象共计 4 万多个，其他一般对象近 18 万个。

图 2 全国河湖治理保护本底数据遥感调查解译成果统计图

2.3 问题详查

利用最新时相和更精细的遥感影像对问题线索进行综合研判，形成疑似问题清单（由于还未整合各地河道管理部门审批许可事项，因此，目前对照检查这项工作是在问题核查时现场取证），推送至河湖督查 App。

为支撑水利部河湖管理和“清四乱”工作，先后提供疑似“四乱”问题 3 300 余个，涉及长江、黄河、松花江、永定河等大江大河，以及京杭大运河、南水北调中线工程等水利工程，范围遍及 20 多个省（自治区、直辖市）；为支撑 7 个流域河湖督查暗访工作，提供疑似“四乱”问题 5 500 多个；为支撑黄河“清河行动”、贵州省等流域管理机构及省（区）治理河湖“四乱”突出问题专项行动，提供黄河干流及重要支流疑似“四乱”问题 5 600 多个，贵州省河湖疑似“四乱”问题近 1 300 个。

2.4 问题核查

利用河湖督查 App，通过人工或无人机采集现场信息，对疑似问题现场取证，对照河湖管理范围，检查是否具有河道管理部门审批许可，确认河湖“四乱”问题，推送至河湖长制管理信息系统，通知相关河长、湖长进行问题整改。

在水利部河湖管理和“清四乱”工作中，根据掌握的资料，经过对 615 个疑似问题进行现场核查，确认 598 个“四乱”问题。在黄河“清河行动”中，认定“四乱”问题 983 个。在贵州省河湖“清四乱”专项行动中，经过对 815 个疑似问题进行现场核查，最终确认“四乱”问题 292 个。图 3为问题核查示例，通过对图 3 a 卫星遥感影像的人工目视解译，判断此处为一个用于货物装卸的码头，图 3 b 是无人机现场取证时拍摄的影像，证实确实为同一处码头。

图 3 问题核查示例

通过对问题认定情况进行分析，未被认定是河湖“四乱”问题的原因主要有：1）已经获取河道管理部门审批许可；2）超出河湖管理范围；3）核查时，问题已经清除。后期通过整合水域岸线利用与采砂管理等规划数据、涉河建设项目审批数据，以及河湖管理范围划定成果，并及时获取最新时相遥感影像，“四乱”问题确认比例将会进一步提高。

2.5 整改复查

通过多期遥感影像比对，对问题整改情况进行跟踪复核，对于已经整改的问题及时销号，对未整改的问题督促整改。

完成中央纪委国家监委机关牵头集中整治的2 108 个河湖突出问题整改、长江干流 356 处岸线利用项目拆除取缔和长江经济带 1 376 处固体废物点位清理整治的复查工作。整改复查结论包括已整改、部分整改、未整改、无最新遥感影像等。图 4为一处采砂场整改复查示例，图 4 a 为一处采砂场， 2018 年 12 月 12 日遥感影像显示湖边存在多处砂土堆积物、机械设备和运砂船，图 4 b 为 2019 年 11 月20 日遥感影像，影像显示砂土堆积物和机械设备已迁移，地面经过平整处理，说明采砂场已完成整改。

2.6 应用成效

2019 年，根据河湖管理督查和“清四乱”工作要求，运用河湖遥感“四查”技术支撑机制，按照“边实施、边应用”的工作思路，全面支持河湖强监管工作，为水利部本级河湖管理提供有力支撑，为流域和省（区）河湖督查暗访和“清四乱”专项行动提供关键支持。实践证明，河湖遥感“四查”机制的有效运用，实现了由被动响应向主动发现问题的转变，解决了持续跟踪监测困难的问题，显著提高了河湖管理和督查暗访工作的针对性和工作效率。

3 结语

3.1 下步打算

1）多渠道采集遥感影像数据资源。获取现势高分辨率遥感影像是及时有效发现“四乱”问题的前提，因此，要加强与中国资源卫星应用中心和军民融合数据共享中心等遥感影像制作单位的合作，及时有效采集遥感影像数据。

图 4 已整改问题示例

2）积极探索遥感影像人工智能识别技术在水利遥感中的应用。目前遥感影像的识别主要依靠人工判读，误差大、效率低，为此，正在开展遥感影像的人工智能识别，根据业务场景，基于训练样本与测试样本，进行算法模型开发，并做算法引擎的初步调试，找出最优的参数，对算法引擎效果进行模型验证，提高遥感影像自动识别精度与准确度，减少人力投入。

3）整合河湖管理范围划定成果、河道管理范围内建设项目工程建设方案审批事项等基础信息，支撑问题巡查，提高“四乱”问题确认比例。

4）推进与流域管理机构和省级水利部门建立遥感信息共享共用机制。“清四乱”工作主要依靠各级流域管理机构和地方水利部门，因此，需要将水利部遥感影像资料共享到相关部门，支撑各地利用遥感影像开展强监管。

5）建立水利综合监管平台。整合遥感监测、地面感知、群众举报、互联网舆情等多源问题信息，扩展监管范围，在河湖“清四乱”基础上，增加水资源、水工程、水土保持、水利资金和行政事务等监管对象，建立“问题巡查、问题详查、问题核查、整改复查”四查机制，实现对水利监督“查、认、改、罚”全流程信息化支撑。