遥感技术在水利信息化中的运用及问题分析

姜维军，段兴涛

(1.宁夏希望信息产业股份有限公司，宁夏 银川 750001；2.宁夏水利信息中心，宁夏 银川 750001)

遥感技术是20世纪中叶兴起的一种探测技术，是利用人造卫星、飞机、无人机或其他飞行器收集地面目标电磁辐射信息，判定地球环境与资源的技术[1]。由于遥感技术可以从不同高度和不同范围快速、高效、多谱段地进行感测，来获取人们所需信息，因此在诸多领域得到广泛认可和应用，如土地、水文、气象观测、资源考察等方面[2]。随着水利工程信息化水平的不断提升，遥感技术在水利信息化中逐渐发挥着越来越重要的作用，在水旱灾监测、水文地质调查、水利工程建设中都有广泛使用。

1 遥感技术在水利信息化中的优点

1.1 高效性与精细度并存

随着信息化手段的不断进步，遥感技术由传统的载人飞机发展到如今无人机遥感系统与中高轨道卫星搭配的复合系统。以航天飞机与国际空间站等卫星遥感技术为基础，配合1000m低空主流无人机遥感系统的重点航拍，可以实现水资源信息的高效传输并确保数据的有效性，可以有效提高某些管理范围大、河段多、工作量大水管部门的工作效率。同时，由于水利项目普遍具有交通不便、地形复杂、人迹罕至等特点，某些高危地区不便人工进行勘测，遥感技术可以准确地解决这个问题[3]。而且，随着对地观测系统的完善，摄影扫描系统的不断升级，遥感技术的精细度也在不断提升，可以从空间、时间、光谱等多维度进行数据采样，保障管理所需精度。

1.2 自动化助力提升时效性

信息技术的高速发展为遥感技术的应用提供了新的契机。研究人员通过制定统一的数据标准，收集到大量的异源数据，建立具有普遍适应性的遥感模型，进行数据自适应的数据处理与反演，最终通过数据共享平台实现资源共享。这一系列的进步逐渐促进遥感技术自动化不断进步，避免了人为因素的干扰。同时，随着施工技术与设计水平的不断提升，水利工程项目范围广泛、施工进度极快，在此过程中的防洪排涝对于水利信息的时效性要求更高，遥感数据自动化处理则很好地解决了这个问题，可以给管理部门提供实时的无人机遥感或卫星遥感影像，使管理部门在涉水项目的管理与跟进过程中有更可靠的技术保障[4]。

1.3 全方位的技术应用

随着低空无人机技术的迅速发展，遥感技术在水资源与水环境方面的作用也在不断提升[5]。低空无人机可以在近地面进行航拍，获得特定地区的高清影像图，经过遥感应用分析，可以反演出当地环境变化、水体中氮磷等污染物的含量以及用于固体形变监测与土壤重金属含量测量等领域，为水生态与水环境治理提供可靠信息。此外，遥感技术在考古、犯罪、规划社会发展及辅助政府决策等多方面都发挥着重要作用[6]。

2 遥感技术在水利信息化中应用

2.1 水旱灾害监测

早在20世纪80年代，遥感技术在我国水旱灾监测中起着重要作用。在水灾监测方面，利用遥感图像、数字高程模拟与水文数据建立流域降雨与淹没区的数字模型，可以更加精确地进行灾前预警，提前做好水灾预报、防汛准备。在水灾过程中，利用遥感技术将实时水文信息与模型相结合，能够准确、实时地进行洪水动态分析，提供实时救灾方案，尽量减少灾害损失；在灾后重建过程中，可以利用遥感技术进行灾害评估，测算受灾面积、淹没时长并评估灾害损失，为灾后重建提供科学依据[7]。在旱灾监测方面，由于土壤水分可以影响土壤微波发射、亮度、温度等，遥感技术可以通过建立回归模型以及散射模型确定遥感图像中的色值与土壤水分之间的相互关系，以综合获取土壤湿度、植物生长状况和气温等各要素，为防灾救灾提供数据分析[8]。

2.2 水利工程规划建设与运行监测

遥感技术在调查水利工程所在地的发展情况与水资源情况中发挥着日益重要的作用[9]。由于水利工程所在地多为偏远山区，交通受限，造成了工程勘测难度较大，而无人机遥感技术则很好地克服了这些限制，利用卫星高清图像与近地无人机成像技术，实现高精度图像生成与传输，可以为水利工程规划建设提供准确资料。对于水库等相对静态工程，可以利用遥感技术的水层功能分析，快速得出不同水位影响范围，在水库防洪调度过程中进行辅助决策。此外，工作人员可以利用遥感技术提取工程区综合地形地貌、植被信息、交通等基础信息，在水利工程施工建设中为工程人员服务[10]。

2.3 水文水资源调查及水质监测

遥感技术在水文地质调查、地表水调查以及水质监测方面有着广泛应用。通过圈定靶区，遥感技术可以通过翻译地貌与地质构造，区域重力变化与地表沉降，可以清晰地反映出地下水的盈亏状况。同时，当水深、含沙量、有机质含量等发生变化时，工作人员可以通过遥感技术中的阈值法、谱间关系法、形态学等方法获取不同地区地表水情况，通过不同时间段遥感图像的匹配，定性或定量确定地表水资源变化过程，从而实现地表水资源的动态监测[11]。此外，遥感技术可以通过多光谱航片对石油污染扩散进行半定量分析；对于富营养化的水体，由于叶绿素对蓝光与红光吸收作用较强，可以通过遥感技术对水体叶绿色进行调查监测，及时发现污染水体，为水环境治理提供有效信息[12]。

3 遥感技术存在的问题分析

3.1 遥感信息系统不完善，可用数据较少

虽然遥感技术在过去几十年里取得了长足的发展，但是我国遥感技术信息系统机制目前仍不完善，遥感技术在部分工程应用较多，而没有全国范围内的遥感技术监测系统，这在很大程度上限制了遥感技术的推广与应用[12]。相关部门应尽快制定详细的遥感技术使用制度，推进长时间、高精度、大范围遥感监测系统的建立。

3.2 遥感模型普适性较差

我国幅员辽阔，东南沿海雨量充沛，西北地区干旱少雨，目前遥感技术所用的数学模型多是针对某一地区所建立的，对其他区域的监测效果较差，缺乏普遍适用性。当前遥感技术在水利信息化中的应用还需完善模型的定量分析，统一模型尺度，开发模型高效数据处理及反演算法，为水利信息化中遥感技术应用提供便利[13-14]。

3.3 遥感技术理论与实践结合制约因素多

遥感技术是一门涉及地球科学、地质、数学、物理、计算科学、光学等多学科的交叉学科[15]。遥感系统涉及信息接收、处理与应用等多个流程，任何一个流程都会对遥感测量的结果产生影响。在其反演过程中，水体中的不同物质对于反射光谱的影响是相互作用的结果，由于工作人员的知识储备、工作经验不同，反演结果可能会出现一定的误差。而且我国遥感技术主要掌握在科研机构，工作人员理论知识不足，在工作中往往追求信息获取和图像清晰度而忽略了后期信息处理，从而导致遥感理论与实际应用严重脱节。对此，应该适当增加科研基金，为工作一线培养更多的科研人才，促进理论结合实际与我国遥感事业的长足发展[16]。

4 结语

自20世纪80年代起，遥感技术已经用于我国旱涝灾害监测中并取得了良好的效果，这为遥感技术在水利信息化中的应用积累了宝贵经验。目前遥感技术在洪涝灾害监测、水利工程建设、水环境及水质监测等多个方面有着广泛应用。同时，由于我国仍没有建立完善的遥感技术应用系统，当前遥感模型存在一定程度的局限性，理论结合实际方面等存在一定程度的问题，遥感技术在水利信息化中的应用仍重而道远。