遥感监测技术在江西省重点河湖库“清四乱”中的应用研究

彭祥国，唐艳梅，易志朝，黎 广

（1.中铁水利水电规划设计集团有限公司，330029，南昌；2.江西省自然资源测绘与监测院，330002，南昌）

随着国产遥感卫星的发射并发挥效用，遥感影像数据日益丰富，其时间分辨率和空间分辨率均能较好满足需求，为河湖库乱占、乱采、乱堆、乱建“四乱”问题高频度遥感监测监管提供了数据保障。本文以江西省重点河湖库“四乱”问题遥感监测为例，利用河湖管理划定成果确定监测区域范围，建立各地类遥感解译标志，采用基于深度学习的语义分割方法与人机交互解译方式获取监测区域内河湖库“四乱”问题图斑信息，利用无人机遥感技术进行外业实地核查，并对监测结果进行统计分析，为政府部门及时发现并清理整顿问题提供科学依据。

一、重点河湖库遥感监测技术路线

首先结合河湖功能、大中型水库规模和所在地区“四乱”现象实际情况，确定重点监测区域，根据近年来河湖库划界成果确定重点监测范围；然后获取重点河湖及大中型水库区域优于2 m分辨率的卫星遥感影像（不清晰区域以无人机影像辅助），采用人工智能和目视解译方法对河湖、大中型水库岸线的变化及管理范围内的乱占、乱采、乱堆、乱建情况进行初步解译，并整理形成“疑似问题图斑”地理信息数据库，利用无人机航测及人工实地调查的方式对遥感初步解译结果进行现场确认和拍照取证；最后提交变化监测成果及季度、年度监测分析报告。江西省重点河湖库“四乱”问题遥感监测具体技术路线如图1所示。

图1 江西省重点河湖库遥感监测技术路线

二、江西省重点河湖库遥感监测及统计分析

江西省水系发达，河流众多，流域面积10 km2以上的河流超3700条，50 km2以上的河流有963条，其中赣江、抚河、信江、饶河和修河五大河流为省内主要河流，纵贯全域；有大小湖泊百余个，其中水面面积1 km2以上的有85个。全省现有注册大中型水库287座，其中大型水库30座，总库容189.9亿m3；中型水库263座，总库容64.7亿m3。河湖库对江西经济社会发展起到了重要作用，但发展过程中存在的“四乱”问题也影响了河湖库面貌及功能发挥，亟须进行常态化监测与整改治理。以江西省2022年第二季度至2023年第一季度重点河湖库“四乱”问题遥感监测为例，阐述遥感监测实施主要步骤和监测成果统计分析。

1.主要资料收集

利用国产高分1号和高分6号卫星遥感影像作为遥感监测底图，以监测区前时相遥感影像作为基准影像，后时相影像作为变化图斑提取影像，影像不清晰的区域辅以无人机航测影像作为补充。收集监测区内河湖库划界成果、涉水区域建设工程批复资料，作为变化图斑核实的重要依据。

2.数据处理

卫星遥感影像为中心投影，受地形因素影响，部分像元会出现投影差（像点位移），表现在遥感影像上就是像元位置错动，不能真实反映地物的地面位置关系。为消除地形投影差的影响，必须对遥感影像进行正射纠正。目前遥感影像产品存在不少系统误差，比如地形起伏、星历参数不准确等因素导致影像几何畸变，由于这些畸变随机性较大，必须对影像做几何精校正。为有效利用不同传感器、不同时相及不同分辨率的多源数据，通常需要把各具特色的多源遥感数据进行图像融合，获取最佳遥感影像。

3.疑似图斑提取

（1）创建遥感解译标志

遥感影像是成像瞬间对地物的真实写照，具有现实性强、真实可靠、便于宏观分析等特点，遥感影像通过灰度值或像元值的高低差异（反映地物的光谱信息）及空间变化（反映地物的空间信息）来表示不同的地物差异，如通过不同类型的植被、土壤、岩石、水体及建筑物等所表现的光谱特性差异来区分地物。

对已收集到的影像进行匹配分析。通过对“四乱”类别的形状特征、大小特征、色调、阴影、纹理特征、位置布局特征和活动特征等信息进行甄别，结合区域地理情况、河湖水体利用性质等特征，建立“四乱”典型类别解译标志。

（2）疑似问题图斑提取

根据先验知识和“四乱”典型类别解译标志等相关资料，以前时相遥感影像为工作底图，以后时相遥感影像作为类比对象，利用遥感图像软件对前时相与后时相的影像进行对比，采用自动变化检测的方式提取出监测区域内的疑似问题图斑，采用人工目视解译进行逐一判别，重点排查“四乱”、矮圩及违建等情况。将最终提取出来的疑似问题图斑根据“四乱”解译标志进行分类及编号，形成疑似问题图斑数据库。

4.“四乱”典型案例

通过影像解译，结合“四乱”问题类别，排查出“四乱”问题，典型案例如图2～5所示。

图2 乱占——网箱养殖案例

图3 乱采——疑似开垦案例

图4 乱堆——堆放阻碍行洪物体案例

5.遥感监测成果统计分析

通过对全省重点河湖库遥感监测发现的疑似“四乱”问题现场核实，排除已取得政府批复的相关项目，在全省长江干流江西段、五河干流、鄱阳湖以及85个1 km2以上湖泊和在册的287座大中型水库监测范围内，共排查出河湖库疑似问题图斑1000处，均位于河道、湖泊、水库管理范围内，具体“四乱”问题图斑分布见表1。

表1 江西省重点河湖库遥感监测“四乱”问题图斑分布

（1）疑似问题图斑流域分析

根据监测结果统计，2022年第二季度至2023年第一季度在长江干流江西段+五河流域监测区域内存在382处疑似问题图斑，长江干流+五河流域监测范围内乱建疑似问题图斑225处，约占长江干流江西段+五河流域总图斑数的58.9%，主要存在形式为破土新建和建设涉水项目。其中长江干流江西段有16处疑似问题图斑，包括建设涉水项目、破土新建和堆放阻碍行洪物体；赣江存在162处疑似问题图斑，涉及填占水域、河湖采砂取土、建设涉水项目、破土新建及堆放阻碍行洪物体等。大中型水库监测区域内共筛选出409处疑似问题图斑，其主要存在形式为乱占，共计318处图斑，其中网箱养殖疑似问题图斑301处，约占大中型水库疑似问题图斑总数的73.6%，主要分布在柘林水库、石壁坑水库、万安水电站水库等地区；大中型水库监测区域共发现疑似乱建问题图斑64处，主要存在形式为疑似建设涉水项目和破土新建。湖泊监测区域共发现疑似问题图斑209个，其中涉及乱建疑似问题图斑131处，约占湖泊疑似图斑数的62.7%，主要存在形式为破土新建64处；筛查出53处乱占疑似问题图斑，其主要存在形式为网箱养殖和非法矮圩。各区域疑似问题图斑分布如图6所示。

图6 疑似问题图斑区域分布

（2）疑似问题图斑区域分析

根据监测结果统计，2022年第二季度至2023年第一季度河湖库遥感监测中疑似问题图斑数目排名前三的地区为九江市、上饶市和南昌市，疑似问题图斑数分别为272处、176处和131处。疑似问题图斑地域分布如图7所示。

图7 疑似问题图斑地域分布

从九江市“四乱”问题来看，乱占有175处，造成此类问题原因是鄱阳湖流域的养殖业相对发达，网箱养殖现象较为普遍。另外九江、上饶、南昌3个地区河湖监测区域涉及疑似乱建问题较多，造成该问题的原因可能是随着城市化发展，河湖库监测区存在较多的破土新建以及涉水项目建设。以上3个地区均属于鄱阳湖及赣抚周边地区，人口众多、水系发达，河湖库监测区域内变化情况较为普遍且疑似问题图斑形式多样，此类问题的出现对相关部门监督检查提出了更高的要求，需要采取有效监督方式保障河湖库长效管护效果。

三、结 语

遥感监测已经广泛应用于国土、林业、农业等国民生产各行业中，但在江西省全省内实施重点河湖、大中型水利工程遥感监测较少。江西省通过使用遥感影像及人工智能和目视解译相结合的方法对河湖、大中型水库岸线的变化及管理范围内的“四乱”问题进行疑似问题图斑提取，再以无人机巡查为主要外业核查手段，与河湖长日常巡查相结合，建立“空天地”一体化的河湖库“四乱”遥感监测体系，对遥感监测结果进行流域和区域综合分析，为河湖管理及行政执法提供科学依据与决策支持。