P1衛(wèi)星遙感技術(shù)在河湖監(jiān)管中的應(yīng)用與展望黃詩峰申國

水

利

水

電

科學(xué)

研

究

院2025.061.背景2.遙感在河湖監(jiān)管中的應(yīng)用3.典型案例—湖北省湖泊遙感監(jiān)測4.總結(jié)與展望P2目

錄01

背景P3我國地理氣候條件特殊

，水系復(fù)雜

，

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展

，

河湖管理保護(hù)新老問題交織

，

生態(tài)環(huán)境問題十分突出?！艉雍蛎娣e萎縮◆河湖岸線亂占濫用◆河湖水體質(zhì)量惡化◆河湖生態(tài)環(huán)境退化1背景—河湖生態(tài)環(huán)境問題

P41950年以來全國水面面積大于10平方公里的635個(gè)湖泊中

，

有231個(gè)發(fā)生不同程度的萎縮,總萎縮面積1.4萬平方公里,約占現(xiàn)有水面面積1平方公里以上湖泊面積的18%,儲(chǔ)水量減少517億立方米。1背景—河湖生態(tài)環(huán)境問題

圍湖造田城市擴(kuò)張自然萎縮河湖水域面積萎縮P5水域岸線過度開發(fā)

、

布局不合理的現(xiàn)象較為普遍,“

占而不用

、多占少用、

深水淺用”問題突出。1背景—河湖生態(tài)環(huán)境問題

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)房地產(chǎn)開發(fā)旅游開發(fā)河湖岸線亂點(diǎn)濫用P61背景—河湖生態(tài)環(huán)境問題

工業(yè)廢水農(nóng)業(yè)面源生活污水河湖水體質(zhì)量惡化P7生物棲息地遭到破壞

，

生物多樣性減少

，

生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

不穩(wěn)定

，

河湖的防洪、

資源、

景觀、

文化等功能衰減。1背景—河湖生態(tài)環(huán)境問題

河湖生態(tài)環(huán)境退化P8河湖安全保護(hù)協(xié)作重點(diǎn)任務(wù)：

加強(qiáng)防洪安全保障

，

加強(qiáng)水資源水生態(tài)水環(huán)境保護(hù)

，

加強(qiáng)河道采砂秩序維護(hù)

，

加強(qiáng)重點(diǎn)水利工程安全保衛(wèi)

，

加強(qiáng)水行政執(zhí)法安全保障?！端筷P(guān)于加強(qiáng)河湖水域岸線空間管控的指導(dǎo)意見》明確提出加強(qiáng)河湖智慧化監(jiān)管

，

加快數(shù)字孿生流域

（河流）

建設(shè)

，

充分利用大數(shù)據(jù)、

衛(wèi)星遙感、

航空遙感、

視頻監(jiān)控等技術(shù)手段

，

推進(jìn)疑似問題智能識(shí)別、

預(yù)警預(yù)判

，

對侵占

1背景—維系水生態(tài)安全的關(guān)鍵：河湖監(jiān)管

河湖問題早發(fā)現(xiàn)、

早制止、

早處置

，

提高河湖監(jiān)管的信息化、

智能化水平?！端k公廳關(guān)于取發(fā)2025年河湖管理工作要點(diǎn)的通知》以更嚴(yán)要求加強(qiáng)水域岸線管理保護(hù)

，

有序開展國家和省級層面岸線規(guī)劃實(shí)施估、

嚴(yán)格岸

線分區(qū)分類管控水利鄙公安都印發(fā)《關(guān)于如強(qiáng)河湖安全保護(hù)工作的意見》加強(qiáng)河湖

智慧監(jiān)管深化智慧

河湖建設(shè)202220252022P9三年行動(dòng)實(shí)施河湖庫一體化監(jiān)測感知體系建設(shè)三年行動(dòng)

，

推動(dòng)衛(wèi)星、

無人機(jī)、視頻綜合應(yīng)用。完善河湖健康保障體系完成88條

（個(gè)）

母親河

（湖）

復(fù)蘇行動(dòng)任務(wù)

，

探索建立河湖健康預(yù)警機(jī)制

，

完成全國河湖第一輪健康評價(jià)

。

加強(qiáng)重要江河源頭區(qū)、

飲用水水源地保護(hù)水域岸線空間管控、涉河建設(shè)項(xiàng)且監(jiān)管嚴(yán)格河湖水域岸線空間管控

，

強(qiáng)化涉河建設(shè)項(xiàng)目全過程監(jiān)管

。

建立衛(wèi)星遙感與現(xiàn)地查處相結(jié)合機(jī)制u清四亂u縱深推進(jìn)河湖庫

“

清四亂

”常態(tài)化規(guī)范化

，

以妨礙河道行洪、

侵占水庫庫容為重點(diǎn)

，

全面整治河湖庫管理范圍內(nèi)各類違法違規(guī)問題。

1.背景—維系水生態(tài)安全的關(guān)鍵：

河湖監(jiān)管2025年水利工作會(huì)議李國英部長對強(qiáng)化河湖保護(hù)治理提出具體要求加快推進(jìn)全國河道砂石采運(yùn)管理

“

一碼通用、

一碼溯源

”

，

開展黃河流域非法采砂專項(xiàng)整治行動(dòng)。0302010504P1010遙感技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代初的航空攝影技術(shù)

，經(jīng)過60余年的創(chuàng)新發(fā)展

，經(jīng)過60余年的不斷發(fā)展

，

已形成包括多光譜、

高光譜、

合成孔徑雷達(dá)、

熱紅外

，高度計(jì)、

被動(dòng)微波、

散射計(jì)等在內(nèi)的一系列觀測載荷

，可以對大氣、

海洋、

陸表等開展多要素綜合觀測。1背景—遙感技術(shù)快速發(fā)展

P11目前在軌遙感衛(wèi)星近1000顆

，我國排名第二

，

且仍在快速增長中越來越多的衛(wèi)星

，

帶來更快的響應(yīng)速度和更高的訪問頻次將有力支撐水利遙感業(yè)務(wù)應(yīng)用1背景—遙感技術(shù)快速發(fā)展

P12遙感技術(shù)具有宏觀、快速、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)

，可廣泛應(yīng)用于河流湖泊水資源、水環(huán)境、與水政監(jiān)察等監(jiān)測中。近年來

，我國衛(wèi)星遙感技術(shù)發(fā)展迅猛

，大量國產(chǎn)衛(wèi)星發(fā)射升空

，為日常河湖監(jiān)測的業(yè)務(wù)化提供可能。

河湖形態(tài)監(jiān)測（長度、寬度、深度、面積和容積等）

河湖違法侵占監(jiān)測（圍湖造田、養(yǎng)殖等）

河湖水體污染監(jiān)測（工業(yè)排放、富營養(yǎng)化等）

………1背景—河湖監(jiān)管遙感應(yīng)用正當(dāng)其時(shí)

P1302

遙感在河湖監(jiān)管中的應(yīng)用P14?

2.

1江河湖泊水域面積遙感監(jiān)測?

2.2江河湖泊水位與蓄水量遙感監(jiān)測?

2.3河湖岸線、河口遙感監(jiān)測?

2.4江河湖泊水質(zhì)遙感監(jiān)測?

2.5江河湖泊疑似違法遙感監(jiān)測2遙感技術(shù)在河湖監(jiān)管中的應(yīng)用P15

天然水體的反射率在可見光范圍內(nèi)總體上比較低，并具有隨著波長增大逐漸降低的特征。其反射率在藍(lán)綠光波段最高，4-5％；在近紅外波段最低，幾乎完全吸收，因此水體在遙感影像上呈暗色調(diào)，水陸界線相對比較清楚。

利用以上特性和不同波譜間的水體光譜特征可以將水體提取出來。3.1江河湖泊水域面積遙感監(jiān)測

水體光譜特性P16n

目視解譯n

波段運(yùn)算方法

單波段閾值法

譜間關(guān)系法

水體指數(shù)法n

圖像分類方法

監(jiān)督分類

非監(jiān)督分類

決策樹分類

神經(jīng)網(wǎng)路法

面向?qū)ο蠓╪

綜合法2.1江河湖泊水域面積遙感監(jiān)測

機(jī)器學(xué)習(xí)方法P17基于面向?qū)ο蠹耙?guī)則集的太范圍水體提取在實(shí)際應(yīng)用中

，各種水體提取方法均有其適用條件和限制條件的制約

，往往只用一種方法很難將水體完全地、

準(zhǔn)確地提取出來

，

需要幾種方法混合使用

，

以得到滿意的水體提取結(jié)果。2.1江河湖泊水域面積遙感監(jiān)測

開發(fā)了湖庫水體監(jiān)測系統(tǒng)

，包含了波段運(yùn)算法

，

圖像分類法（面向?qū)ο蠓椒ǎ?/p>

等多種圖像分類方法。

基于高分遙感影像

，實(shí)現(xiàn)全國重點(diǎn)湖庫水體業(yè)務(wù)化自動(dòng)提取

，生產(chǎn)水體監(jiān)測產(chǎn)品和簡報(bào)。

目前已實(shí)現(xiàn)全國大中型水庫以及1平方公里以上湖泊常規(guī)監(jiān)測。開發(fā)了全國典型湖庫水體遙感監(jiān)測系統(tǒng)P182.1江河湖泊水域面積遙感監(jiān)測

典型湖迫遙感監(jiān)測P192.1河湖水域面積遙感監(jiān)測

永豐水庫水體面積遙感監(jiān)測時(shí)間系列P20

2.1河湖水域面積遙感監(jiān)測

u母親河復(fù)蘇u遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測P21

湖迫水位手涉雷達(dá)反演2022年發(fā)射升空的SWOT衛(wèi)星搭載了一臺(tái)Ka波段雷達(dá)干涉儀和一臺(tái)雙頻天底高度計(jì)

，

幅寬120km，時(shí)間分辨率約21天

，將首次實(shí)現(xiàn)全球陸表水（主要包括湖泊、

水庫、

河流和濕地）

的水量變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測。以漢口站為例進(jìn)行水位反演精讀評估

，相關(guān)系數(shù)達(dá)1.00

，

RMSE達(dá)0.17m。2.2江河湖泊水位與蓄水量遙感監(jiān)測

P22

水深遙感反演原理水深是重要的水文要素

，傳統(tǒng)的水深測量主要是應(yīng)用現(xiàn)場測量方法進(jìn)行

，往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力

，存在空間離散、覆蓋范國有限等局限。遙感具有大范國、

同步、高時(shí)空分辨率等優(yōu)勢

，是水深測量的一種重要技術(shù)手段。

雷達(dá)高度計(jì)反演水深通過測量雷達(dá)波從水面到水底反射的時(shí)間差

，

結(jié)合水體折射率計(jì)算水深

，

適用于大范圍但精度受限的淺?；騼?nèi)陸水域探測。

激光雷達(dá)測量水深利用激光脈沖在水體和底床的反射信號(hào)時(shí)間差及強(qiáng)度差異

，

直接計(jì)算水深

，

具有高精度但受水體透明度影響較大。2.2江河湖泊水位與蓄水量遙感監(jiān)測

光學(xué)遙感反演水深基于水體光學(xué)特性

，

通過測量水體反射、

透射和輻射等光學(xué)信號(hào)

，反推水深信息。P23

湖浪水深光學(xué)遙感反演利用Landsat8多光譜光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)

，開展了青海湖、草海、龍灘和天生橋等內(nèi)陸湖泊的的水深反演，相對誤差約15~30%

，可為河湖安全調(diào)查和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等提供數(shù)據(jù)支撐。2.2江河湖泊水位與蓄水量遙感監(jiān)測

青海湖遙感反演的水深空間分布青海湖Landsat8影像P2424

湖迫水深激光雷達(dá)測量基于無人載雙頻激光雷達(dá)點(diǎn)云處理技術(shù)

，快速、高效地獲取了廣西潿洲島附近海陸一體無縫拼接地形數(shù)據(jù)

，測深精度在0.3米左右

，可為河湖、水庫安全調(diào)查和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等提供數(shù)據(jù)支撐。海底地形海蝕崖海底地形2.2江河湖泊水位與蓄水量遙感監(jiān)測

P25

湖泊蓄水量遙感反演蓄水量由湖泊面積和水位來決定

，

當(dāng)蓄水量增加時(shí)湖泊的面積增加且水位上升

，反之則減少。研究表明通過湖泊面積與水位反演湖泊蓄水量與Hydroweb蓄水量相比具有較好的一致性。2.2江河湖泊水位與蓄水量遙感監(jiān)測

P26o

2014年

，水利部印發(fā)《關(guān)于開展全國河湖管理范圍和水利工程管理與保護(hù)范圍劃定工作的通知》

，組織各地開展劃界確權(quán)工作。o

中央財(cái)政資金安排實(shí)施了中央直管河湖管理范圍劃定工作

，在2020年底前基本完成對中央直管河湖劃界任務(wù)。o

要抓緊完善第一次全國水利普查名錄內(nèi)河湖劃界成果

，在“全國水利一張圖

”上圖同步推進(jìn)水利普查以外其他河湖管理范圍劃定工作。o

遙感已經(jīng)廣泛應(yīng)用于河湖水域岸線劃定以及變化監(jiān)測中。2.3河湖岸線、

河口遙感監(jiān)測P27長江三角洲岸線變化遙感監(jiān)測

河流三角洲河口岸線變化遙感監(jiān)測2000年以來

，在項(xiàng)目支持下

，利用長時(shí)間序列的多光譜光學(xué)衛(wèi)星影像

，開展了我國長江、珠江、

黃河、黑龍江等大江大河岸線淤積識(shí)別與河道變遷研究

，為保障區(qū)域和國家河流生態(tài)安全提供支撐。

2.3河湖岸線、河口遙感監(jiān)測

珠江三角洲治理前后岸線變化遙感監(jiān)測P282.3河湖岸線、河口遙感監(jiān)測

河流三角洲河旦岸線變化遙感監(jiān)測黃河三角洲岸線變化遙感監(jiān)測P29湖北武漢白

沙洲灘涂面

積增大

2.3河湖岸線、河口遙感監(jiān)測

長江河道P30鄱陽湖濕地淹沒頻率圖

湖迫岸線變他遙感監(jiān)測在中歐龍計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下

，我單位和法國Dr

HervéYESOU合作

，開展了2000年以來洞庭湖和鄱陽湖等湖泊水域岸線形態(tài)連續(xù)監(jiān)測

，為河湖生態(tài)健康評價(jià)提供支持。2.3河湖岸線、

河口遙感監(jiān)測洞庭湖濕地淹沒頻率圖P31

全國水環(huán)境問題仍較嚴(yán)重,區(qū)域水環(huán)境的全面監(jiān)測是瓶頸l

近年總體上水質(zhì)有所改善

，但是

、的情況。

時(shí)有發(fā)生

，給居民的飲水安全帶來了隱患。l

不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)河、

湖、庫污染情況是造成的主要原因之一。

已成為水環(huán)境保護(hù)、

污染治理的。2.4江河湖泊水質(zhì)遙感監(jiān)測

P322.4江河湖泊水質(zhì)遙感監(jiān)測

葉綠素a懸浮物濃度濁度其它：總氮、總磷、

COD、

BOD等水華（藍(lán)藻、綠藻）黑臭水體其它：水熱、油污等

水質(zhì)遙感反演要素P33

2.4江河湖泊水質(zhì)遙感監(jiān)測

葉綠素a濃度光譜特征懸浮物光譜特征黃色物質(zhì)光譜特征水體組分兆譜特征P34P35

2020年巢湖富營養(yǎng)化遙感監(jiān)測利用低空間分辨率哨兵三號(hào)、

MODIS等多源高光譜光學(xué)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)

，通過構(gòu)建的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

，開展了2020年以來安徽省巢湖營養(yǎng)狀態(tài)監(jiān)測和評估。2.4江河湖泊水質(zhì)遙感監(jiān)測

35P

6

2020年巢湖水華遙感監(jiān)測利用中高分辨率國產(chǎn)海洋一號(hào)、高分一號(hào)、

哨兵二號(hào)等多源多光譜光學(xué)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)

，基于研發(fā)的水華提取方法

，開展了2020年以來安徽省巢湖水華動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測

，分析了水華空間變化規(guī)律。

2.4江河湖泊水質(zhì)遙感監(jiān)測

36P

2020年巢湖吐綠素a和總懸浮物參數(shù)遙感監(jiān)測利用哨兵二號(hào)多光譜衛(wèi)星影像

，開展了2020年以來安徽省巢湖葉綠素a和總懸浮物遙感反演，動(dòng)態(tài)評估了巢湖水質(zhì)問題。

2.4江河湖泊水質(zhì)遙感監(jiān)測

葉綠素a濃度

總懸浮物濃度

2.5

江河湖泊疑似違法遙感監(jiān)測

?

遙感可實(shí)現(xiàn)大范圍區(qū)域性變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測

，在河湖監(jiān)管中可發(fā)揮獨(dú)特作用

，

宏觀掌握區(qū)域變化

，

及早發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域性監(jiān)督目標(biāo)

，

為河湖監(jiān)管提供科學(xué)、

直觀、

快速的違法取證輔助性數(shù)據(jù)和信息支持

，有效解決覆蓋范圍廣、

涉及類型多、

巡查周期長等實(shí)際困難。天上看網(wǎng)上管地上查P38P392.5江河湖泊疑似違法遙感監(jiān)測

結(jié)合

“天、

空、

地”一體化監(jiān)測和人工智能技術(shù)

，

構(gòu)建巡查-核查-復(fù)查閉環(huán)監(jiān)管模式

，

開展河湖遙感監(jiān)管工作

，

為河湖保護(hù)提供有力支撐。國產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)、信息技術(shù)且益豐富國產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)日益豐富

，無人機(jī)航拍、人工智能和信息技術(shù)等迅猛發(fā)展

，實(shí)現(xiàn)了遙感監(jiān)測從實(shí)驗(yàn)到業(yè)務(wù)化應(yīng)用的拓展

，為實(shí)現(xiàn)全天候河湖違法行為遙感監(jiān)測提供了新機(jī)遇。2.5江河湖泊疑似違法遙感監(jiān)測

國產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)日益豐富ZY-3、GF-系列、ZY02C、北京2號(hào)

，吉林

1號(hào)、SJ-9、

HJ等……GPU+并行信息技術(shù)迅猛發(fā)展云計(jì)算技術(shù)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)星地觀測技術(shù)智能信息處理技術(shù)

高性能與并行計(jì)算……無人機(jī)航拍技術(shù)無人機(jī)種類多樣搭載傳感器多樣

數(shù)據(jù)快傳技術(shù)智能拼接技術(shù)地物快速識(shí)別技

術(shù)……新機(jī)遇國產(chǎn)衛(wèi)星及高分辨率遙感數(shù)據(jù)人工智能河湖岸線監(jiān)督管理

無人機(jī)航拍

P40清采砂量無人機(jī)監(jiān)測

2.5江河湖泊疑似違法遙感監(jiān)測

精

(變化圖斑發(fā)現(xiàn)精度優(yōu)于90%)快（可實(shí)現(xiàn)1月頻次巡查）高（空間分辨率優(yōu)于1m）準(zhǔn)（發(fā)現(xiàn)問題及圖斑位置準(zhǔn)確）清四亂

河湖岸線監(jiān)管河道管理范圍劃界P412.5江河湖泊疑似違法遙感監(jiān)測

按人類活動(dòng)內(nèi)容與性質(zhì)

，結(jié)合管理需求

，可將河湖管理范圍內(nèi)地物對象分為占、采、堆、建四大類。P42疑似養(yǎng)魚網(wǎng)箱疑似養(yǎng)魚網(wǎng)箱清除2.5江河湖泊疑似違法遙感監(jiān)測

潘家口、太黑汀水庫庫區(qū)及周邊遙感監(jiān)測P432.5江河湖泊疑似違法遙感監(jiān)測河流岸線固體廢棄物2017.122019.32017.1P442.5江河湖泊疑似違法遙感監(jiān)測

河湖違法行為遙感監(jiān)測應(yīng)用圍湖造地疑似違法行為2016.122018.11P45典型案例—湖北省湖泊遙感監(jiān)測03P46湖北省號(hào)稱“千湖之省”

，

湖泊眾多。

但較長時(shí)間以來

，

由于開發(fā)過度、

保護(hù)不足

，

湖泊數(shù)量大幅減少

，

面積、

容積萎縮

，水體污染，湖泊功能退化。3.1概述

P47綜合應(yīng)用系統(tǒng)

湖北省湖迫遙感監(jiān)測平臺(tái)針對湖泊“四亂”問題

，首次提出了桌面端、

網(wǎng)頁端和移動(dòng)端一體化系統(tǒng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)框架

，開發(fā)了湖泊遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(C/S)、湖泊衛(wèi)星遙感監(jiān)測綜合應(yīng)用系統(tǒng)(B/S)和移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)(APP)

，持續(xù)支撐了2015年以來湖北省湖泊監(jiān)管工作。3.2湖北省湖泊遙感監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)關(guān)系圖P48

湖北省湖迫遙感監(jiān)測平臺(tái)首次提出了以衛(wèi)星遙感為驅(qū)動(dòng)的湖泊“四亂”天空地一體化監(jiān)測監(jiān)管技術(shù)體系

，推動(dòng)了湖北省河湖治理保護(hù)由被動(dòng)響應(yīng)向主動(dòng)作為轉(zhuǎn)變。3.2湖北省湖泊遙感監(jiān)測系統(tǒng)

河湖遙感監(jiān)測監(jiān)管技術(shù)體系P49

0示分析系統(tǒng)

湖北省湖庫水面提取生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)了湖庫水面提取生產(chǎn)系統(tǒng)和展示系統(tǒng)

，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星數(shù)據(jù)的自動(dòng)導(dǎo)入、

自動(dòng)處理、水體自動(dòng)提取和水體結(jié)果校核編輯

，以及全國重點(diǎn)湖庫水體的實(shí)時(shí)自動(dòng)提取

，為湖庫水體面積日產(chǎn)品和月產(chǎn)品的生產(chǎn)提供重要的技術(shù)支撐。3.2湖北省湖泊遙感監(jiān)測系統(tǒng)

湖庫水面提取生產(chǎn)系統(tǒng)P503.2湖北省湖泊遙感監(jiān)測系統(tǒng)

湖迫衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)(移動(dòng)端版)P513.2湖北省湖泊衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)

湖迫衛(wèi)星遙感監(jiān)測門戶網(wǎng)站、公眾號(hào)P52

4.3應(yīng)用效果

湖泊衛(wèi)星遙感監(jiān)測成果各湖泊“四亂”問題疑似違法圖斑數(shù)量和面積統(tǒng)計(jì)級市“四亂”問題疑似違法圖斑數(shù)量和面積統(tǒng)計(jì)P53