周 巖 劉 茜

(1.濰坊市河長制辦公室，山東 濰坊 261000；2.山東鋒士信息技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

2016年中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于全面推行河長制的意見》，提出將加強水資源保護(hù)、加強河湖水域岸線管理保護(hù)、加強水污染防治、加強水環(huán)境治理、加強水生態(tài)修復(fù)、加強執(zhí)法監(jiān)管六大任務(wù)，作為“河長制”工作的主要內(nèi)容，進(jìn)一步加強河湖管理保護(hù)工作。

各地為實現(xiàn)江河湖庫管理全覆蓋，推行了河長巡河履職、部門協(xié)同配合、監(jiān)督檢查常抓不懈等工作舉措，但“河長制”工作的技術(shù)支撐依然存在跨區(qū)域河流管理難、監(jiān)測費時費力、監(jiān)測體系不健全等問題。為徹底解決“河長制”監(jiān)測過程中的技術(shù)短板問題，山東省濰坊市率先引入遙感技術(shù)，并充分發(fā)揮其覆蓋范圍大、監(jiān)測周期短、獲取信息快、信息量大等技術(shù)特點，為河湖管理和行政執(zhí)法提供了有效支撐。

1 遙感技術(shù)應(yīng)用特點

遙感是一種綜合對地觀測技術(shù)，是現(xiàn)階段空間信息獲取的主要手段，是水利信息化和水利現(xiàn)代化不可缺少的技術(shù)支撐。目前，國內(nèi)“河長制”工作中應(yīng)用較多的遙感技術(shù)包括衛(wèi)星遙感技術(shù)、無人機遙感技術(shù)。

1.1 衛(wèi)星遙感技術(shù)

衛(wèi)星遙感技術(shù)是一門綜合性科學(xué)技術(shù)，從單一遙感技術(shù)逐步發(fā)展為集遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)等于一體的空間信息技術(shù)，正深入地影響國民經(jīng)濟(jì)等各行業(yè)的發(fā)展。

近期，我國高分系列衛(wèi)星相繼發(fā)射升空，實現(xiàn)高空間分辨率與多光譜、高時間分辨率相結(jié)合的光學(xué)遙感技術(shù)，2天即可對全球南北緯80°之間區(qū)域的任意地區(qū)重復(fù)觀測一次，具有高分辨率和寬覆蓋相結(jié)合的特點，大幅提高對地觀測能力，縮短衛(wèi)星重訪周期。

多源高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)為實現(xiàn)河湖大范圍、高頻次動態(tài)監(jiān)管提供了豐富的數(shù)據(jù)資源，解決了傳統(tǒng)監(jiān)管方式費時、費力、監(jiān)測體系不健全的難題。

1.2 無人機遙感技術(shù)

無人機遙感技術(shù)是集先進(jìn)無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通信技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)、遙感應(yīng)用技術(shù)于一體的新型應(yīng)用技術(shù)。

無人機機動、靈活，能快速到達(dá)指定目標(biāo)區(qū)域，對目標(biāo)進(jìn)行精確航拍。無人機遙感獲取的影像分辨率高，成像清晰，可識別地面厘米級物體，從垂直或傾斜多個角度進(jìn)行拍攝，借助專業(yè)軟件可顯示平面和三維數(shù)據(jù)信息[1]。

利用無人機遙感技術(shù)，能有效彌補人力現(xiàn)場復(fù)核及監(jiān)督不到位等缺點和不足，與衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合，可以從宏觀、精細(xì)兩種尺度在河湖動態(tài)監(jiān)管和日常巡查方面發(fā)揮巨大作用。

2 濰坊市“河長制”工作中遙感的應(yīng)用范圍

2.1 水資源保護(hù)

地表水體蓄水量監(jiān)測是水資源評價中的重要環(huán)節(jié)，蓄水量變化是水資源管理的重要參考指標(biāo)[2]。由于水文站點分布的有限性和不均勻性，區(qū)域蓄水量精確計算存在一定困難，且水庫在建成多年運行后存在庫區(qū)淤積，原有的水位—庫容曲線已發(fā)生改變[3-4]。

利用衛(wèi)星或無人機遙感影像，根據(jù)地物的反射光譜特性，可快速從衛(wèi)片上區(qū)分水體、植被、建筑等不同地物，利用計算機分類或自動識別方法，如閾值法、水體指數(shù)法等，實現(xiàn)水體自動提取，確定河湖邊界、位置、面積等重要屬性。從而快速獲取水體面積，結(jié)合地面監(jiān)測水位數(shù)據(jù)，推求水庫水位—蓄水量關(guān)系曲線，對原有曲線進(jìn)行復(fù)核和修正，準(zhǔn)確計算區(qū)域水資源量。

2.2 河湖水域岸線管理保護(hù)

河湖管理保護(hù)工作面臨岸線管理難度大、跨區(qū)域河流管理難、監(jiān)測費時費力、監(jiān)測體系不健全等問題。河湖管理范圍內(nèi)違章、違法信息和涉水項目建設(shè)屢禁不止，亟需提高河湖水域監(jiān)管能力。

基于河湖劃界數(shù)據(jù)，明確河湖管理范圍，利用高分辨率遙感影像對河湖水域岸線開展遙感監(jiān)測工作，對非法侵占水域、灘地、挖筑魚塘等違法信息進(jìn)行提取，形成河湖問題清單，并將問題進(jìn)行責(zé)任關(guān)聯(lián)。

利用無人機遙感技術(shù)，獲取重點監(jiān)管區(qū)域的高清影像，重點關(guān)注亂堆、亂排等因受限于衛(wèi)星分辨率而無法識別的違法行為，與衛(wèi)星監(jiān)測問題相互補充完善，形成全面的河湖問題清單，為河湖管理提供數(shù)據(jù)支撐，助力“河長制”工作。

2.3 水污染防治

為完善入河湖排污管控機制，實現(xiàn)河湖環(huán)境整潔優(yōu)美、水清岸綠，要嚴(yán)格治理工礦企業(yè)污染、畜禽養(yǎng)殖污染、水產(chǎn)養(yǎng)殖污染、船舶港口污染，嚴(yán)格實施入河湖排污口整治。

借助衛(wèi)星遙感技術(shù)或無人機遙感技術(shù)，對河湖管理范圍內(nèi)違建廠房、挖筑養(yǎng)殖魚塘蝦池、禁養(yǎng)區(qū)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖棚、河湖排污口等進(jìn)行識別提取，結(jié)合地面調(diào)查，對疑似污染源進(jìn)行大范圍排查。

2.4 水環(huán)境治理

水質(zhì)監(jiān)測是水環(huán)境整治的先導(dǎo)要素和前置條件，利用高分辨率遙感影像能夠較好地識別寬度較窄的河道岸線，并判定水面浮萍存在，結(jié)合實測水質(zhì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建水質(zhì)參數(shù)反演模型，反演河道葉綠素a濃度、懸浮物濃度、透明度及綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)等水質(zhì)參數(shù)。

葉綠素a濃度過高或透明度過低，均會引起水質(zhì)惡化，通過評價水體富營養(yǎng)化程度和設(shè)定水體黑臭程度閾值，可間接評估水體黑臭程度[5]。遙感監(jiān)測能夠反映水體中各種物質(zhì)時空分布，從而計算出污染源和污染物遷移特征。

2.5 水生態(tài)修復(fù)

推進(jìn)河湖生態(tài)修復(fù)和保護(hù)，開展河湖健康評估，加強水土流失預(yù)防監(jiān)督和綜合整治，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)、水利和環(huán)保等部門監(jiān)測數(shù)據(jù)、現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)等，構(gòu)建河湖健康評估指標(biāo)體系，包括水資源開發(fā)利用率、河岸帶植被覆蓋狀況、水質(zhì)優(yōu)劣程度等，為河湖健康問題診斷提供有力支撐。

此外，利用遙感技術(shù)結(jié)合地面調(diào)查，構(gòu)建天地一體化的水保監(jiān)測體系，對生產(chǎn)建設(shè)項目合規(guī)性、土壤侵蝕程度進(jìn)行評估，加強水土流失預(yù)防監(jiān)督和綜合整治。

2.6 執(zhí)法監(jiān)管

加大河湖管理保護(hù)監(jiān)管力度，加強執(zhí)法監(jiān)管，堅決清理整治非法排污、設(shè)障、捕撈、養(yǎng)殖、采砂、圍墾、侵占水域岸線等活動。河湖經(jīng)過專項治理后，對于整改成果復(fù)核及后期監(jiān)督評價同樣是一項復(fù)雜工作。借助衛(wèi)星和無人機遙感技術(shù)，可以協(xié)助全面核查漏查漏報、新增反彈以及整改標(biāo)準(zhǔn)不高等涉河湖違法行為[5]，做到“四亂”問題早發(fā)現(xiàn)、早制止、早報告。

3 濰坊市“河長制”工作中遙感應(yīng)用成果分析

3.1 梳理完成河湖水系岸線落圖

基于衛(wèi)星遙感影像，對濰坊市鄉(xiāng)鎮(zhèn)級以上河流、湖庫、閘壩及相關(guān)建筑和監(jiān)測點進(jìn)行矢量標(biāo)繪和校核，理清市、縣水系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)全市河流、湖庫、各類水利工程數(shù)字化。

截至2019年底，完成全市縣級及以上河流、湖泊劃界工作，河流劃界長度達(dá)6441.574km，以衛(wèi)片為底圖，標(biāo)繪河道控制線、保護(hù)區(qū)、保留區(qū)以及開發(fā)利用區(qū)等范圍，為嚴(yán)格河湖生態(tài)空間管控、河湖清違整治、河湖岸線利用管理提供可靠依據(jù)。

3.2 開發(fā)遙感智能識別系統(tǒng)

針對不同空間分辨率、不同波段組合的多源遙感數(shù)據(jù)，開發(fā)面向多源空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)的圖像處理系統(tǒng)，其具有海量影像處理能力，支持大區(qū)域多源數(shù)據(jù)聯(lián)合平臺，提供可編輯的工作流程，對影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、正射校正、融合、配準(zhǔn)、拼接等處理(見圖1)。

圖1 圖像自動處理流程

針對復(fù)雜的河湖環(huán)境，將深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測與分割模型應(yīng)用于高分辨率遙感影像，開發(fā)違法信息監(jiān)測識別系統(tǒng)，對監(jiān)測范圍內(nèi)的地物進(jìn)行快速提取，包括違章建筑、侵占灘地、違法養(yǎng)殖、違法采砂、涉水建設(shè)項目等信息，并對結(jié)果進(jìn)行人工校核和修正(見圖2)。

圖2 違法信息智能識別過程

3.3 助力河湖“清四亂”

近年來，濰坊市多次組織利用覆蓋全省河湖的多源高分辨率衛(wèi)星影像和無人機數(shù)據(jù)開展水域岸線違章監(jiān)測，重點排查河湖違建、侵占灘地、違法養(yǎng)殖、違法采砂、涉水建設(shè)項目等違法行為。

河湖“清四亂”過程中，充分利用遙感智能識別系統(tǒng)、河湖水系岸線成果，共統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)問題157處，其中亂占86處、亂采2處、亂建65處、其他類型4處。問題清單下發(fā)后，對全部問題逐一開展現(xiàn)場復(fù)核，核實無誤的問題進(jìn)行整改拆除，并提交整改后現(xiàn)場照片，見圖3。全面實現(xiàn)河湖問題精準(zhǔn)監(jiān)管，極大提高了“河長制”工作效率。

圖3 大棚整改前后照片

4 結(jié) 語

伴隨著水利信息化的發(fā)展，遙感技術(shù)在“河長制”工作中的應(yīng)用范圍、作用逐步擴大，建立“一張圖+遙感影像+巡查APP+無人機+問題整改督辦”河湖督察體系，開發(fā)河湖“清四亂”遙感智能識別系統(tǒng)，已經(jīng)成為“河長制”工作重點。衛(wèi)星遙感技術(shù)、無人機遙感技術(shù)等較好地解決了“河長制”工作中跨區(qū)域河流管理難、監(jiān)測費時費力、監(jiān)測體系不健全等問題。遙感技術(shù)能夠為全面推進(jìn)“河長制”工作提供有力技術(shù)支撐。