揭秘如何用衛(wèi)星遙感守護(hù)“大國重器”：水利工程遙感監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

我國水資源時(shí)空分布不均，水利工程在洪澇災(zāi)害防御、 優(yōu)化水資源配置中作用重大，是保障國家水安全、支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。截至2024年，全國已建各類水庫大壩94 608座，流量為5m3/s以上的水閘90 308座，5級(jí)以上堤防 31.80萬km等，已建及在建大型水庫、水電站及引調(diào)水工程等規(guī)模居世界第一，保障其安全運(yùn)行事關(guān)國家水安全和公共安全。與先進(jìn)的建設(shè)水平相比，我國的水利工程建設(shè)監(jiān)督與運(yùn)行監(jiān)管能力還相對薄弱，以人工巡查、 地面儀器監(jiān)測為主，監(jiān)管模式單一、效率低， 先進(jìn)遙測技術(shù)的應(yīng)用不夠充分，尚無法實(shí)現(xiàn)工程風(fēng)險(xiǎn)全覆蓋感知且時(shí)效性難以保證；另外，監(jiān)測信息化應(yīng)用程度低、智能化分析預(yù)警水平不足，與新時(shí)期水利工程精準(zhǔn)化、信息化、現(xiàn)代化管理的要求不相適應(yīng)。

衛(wèi)星遙感具有觀測范圍廣、周期性重訪等獨(dú)特優(yōu)勢，為更好地監(jiān)管水利工程安全提供了一種全新視角。近年來，衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)分辨率不斷提高，重訪周期縮短，在表達(dá)地物幾何、紋理、拓?fù)潢P(guān)系等特征參量方面更加細(xì)致。以深度學(xué)習(xí)為代表的遙感數(shù)據(jù)后處理增強(qiáng)了衛(wèi)星遙感影像對地物信息的識(shí)別提取能力，已能夠逐漸滿足快速獲取高精度水利工程特征信息的需求。這使得衛(wèi)星遙感技術(shù)在水利工程建設(shè)監(jiān)督和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)識(shí)別等方面的深層次應(yīng)用成為可能。應(yīng)用衛(wèi)星遙感全面感知工程態(tài)勢變化，也是數(shù)字孿生水利工程建設(shè)的重要支撐，水利部于2024年7月印發(fā)《數(shù)字孿生水利“天空地水工”一體化監(jiān)測感知夯基提能行動(dòng)方案（2024—2026年）》，明確指出“天”就是主要利用光學(xué)遙感衛(wèi)星、合成孔徑雷達(dá)（synthetic aperture radar，SAR）等實(shí)現(xiàn)工程大尺度全局監(jiān)測感知。

目前，光學(xué)遙感在水利工程中的應(yīng)用已相對較為普遍，如利用水體反射提取水域?qū)ο螅?jì)算水域面積并進(jìn)行長序列監(jiān)測，應(yīng)用光學(xué)遙感影像識(shí)別庫區(qū)滑坡體和危險(xiǎn)性評價(jià)等；合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)（interferometric synthetic apertureradar，InSAR）也逐漸應(yīng)用于水庫庫區(qū)、大壩、堤防等水工建筑物的變形監(jiān)測及庫區(qū)滑坡風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與預(yù)警，并衍生出D-InSAR、PS-InSAR、SBAS-InSAR等相關(guān)技術(shù)。但單項(xiàng)技術(shù)的光學(xué)和雷達(dá)遙感無法有效克服水利工程復(fù)雜地形條件信號(hào)干涉及不同風(fēng)險(xiǎn)源反射特性差異的影響，如何利用多源遙感數(shù)據(jù)相融合和多種雷達(dá)干涉技術(shù)相結(jié)合，增強(qiáng)遙感影像的時(shí)空分辨和識(shí)別能力，提高工程遙感監(jiān)測的全景式精準(zhǔn)化監(jiān)督預(yù)警能力，是當(dāng)前水利工程遙感監(jiān)測面臨的主要技術(shù)瓶頸。

本書針對水利工程衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，系統(tǒng)研究并提出了大型水利工程建設(shè)與運(yùn)行期間遙感監(jiān)測監(jiān)督與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的技術(shù)方法體系，主要內(nèi)容如下：

①

在建工程施工過程遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)督方面，構(gòu)建了大壩、溢洪道、渠道及水閘等典型水工建筑物的智能識(shí)別模型，提出了壩體填筑高度遙感測算、渠道襯砌長度識(shí)別等遙感監(jiān)測模型，形成了針對大壩、灌區(qū)及引調(diào)水工程等施工期，覆蓋場地平整、基礎(chǔ)開挖、渠道填筑、渠道襯砌、金屬結(jié)構(gòu)安裝等典型施工階段序時(shí)進(jìn)度的遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)督技術(shù)體系。

②

水利工程區(qū)大范圍形變遙感精準(zhǔn)監(jiān)測方面，系統(tǒng)研究并分析了如何選取PS-InSAR和SBAS-InSAR方法應(yīng)用于工程形變監(jiān)測的主要參數(shù)及適應(yīng)性，提出了時(shí)序InSAR大氣二次改正、角反射器增強(qiáng)和軌道融合的形變精準(zhǔn)監(jiān)測技術(shù)，探究了無人機(jī)貼近攝影的建模技術(shù)方法和基于貼近攝影測量的形變高精度立體監(jiān)測技術(shù)。

③

水利工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)源遙感智能識(shí)別及預(yù)警方面，形成了光學(xué)遙感與雷達(dá)遙感多源融合的庫岸滑坡風(fēng)險(xiǎn)區(qū)識(shí)別技術(shù)方法，提出了基于InSAR監(jiān)測數(shù)據(jù)的大壩異常沉降區(qū)域篩查方法，構(gòu)建了基于SegFormer的人類活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)源遙感智能解譯模型，實(shí)現(xiàn)了對庫岸侵占、溢洪道侵占、行洪風(fēng)險(xiǎn)區(qū)等人類活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)源的遙感智能解譯識(shí)別。

④

水利工程遙感監(jiān)測要素信息表征與業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)方面，構(gòu)建了在建工程施工進(jìn)度與在運(yùn)工程不同類別風(fēng)險(xiǎn)源的遙感監(jiān)測要素指標(biāo)集，建立了水利工程變化場景及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)源演化特征的遙感信息知識(shí)表征規(guī)則，研發(fā)了大型水利工程遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)，為水利工程遙感監(jiān)督管理提供支撐。

⑤

水利工程遙感監(jiān)測預(yù)警技術(shù)優(yōu)化配置方面，構(gòu)建了不同類型水利工程遙感監(jiān)測星源組網(wǎng)及優(yōu)化配置模式，研發(fā)了自主可控的遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化高效整編與多源信息融合分析技術(shù)， 建立了遙感監(jiān)測要素指標(biāo)與技術(shù)模型的映射關(guān)系，提出了遙感監(jiān)測的有效性檢驗(yàn)方法， 形成了水利工程遙感監(jiān)測預(yù)警技術(shù)方法體系。相關(guān)技術(shù)方法在多個(gè)大型水利工程中得到了成功應(yīng)用。

本文摘編自《水利工程遙感監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警》一書，有刪減，圖片來源于該書，標(biāo)題為編者所加。

《水利工程遙感監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警》

ISBN 978-7-03-083001-2
李子陽 張 文 李林宜 劉六宴 李涵曼 等 著

責(zé)任編輯：周 丹 洪 弘 沈 旭

審圖號(hào)：GS京（ 2025）2423號(hào)

本書系統(tǒng)闡述了大型水利工程建設(shè)與運(yùn)行期衛(wèi)星遙感監(jiān)測監(jiān)督與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的理論、技術(shù)與方法，并列舉了相關(guān)應(yīng)用案例。本書主要內(nèi)容包括水利工程衛(wèi)星遙感監(jiān)測應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、大型水利工程施工過程遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)督、水利工程區(qū)大范圍形變遙感精準(zhǔn)監(jiān)測、水利工程運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)源遙感智能識(shí)別及預(yù)警、水利工程遙感監(jiān)測要素信息表征與業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)、水利工程遙感監(jiān)測預(yù)警技術(shù)優(yōu)化配置等，并提供了多個(gè)大型水利工程衛(wèi)星遙感監(jiān)測的應(yīng)用案例。
本書對提升遙感監(jiān)測技術(shù)在水利工程中的監(jiān)管應(yīng)用水平具有重要參考價(jià)值，可供從事水利水電工程科研、施工、管理的技術(shù)人員參考，也可作為高等學(xué)校水利類專業(yè)的研究生教材或參考書。

（本文編輯：洪弘）

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