揭秘如何用衛(wèi)星遙感守護“大國重器”：水利工程遙感監(jiān)測與風險預警

我國水資源時空分布不均，水利工程在洪澇災害防御、 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)濟發(fā)展與生態(tài)文明建設的重要基礎設施。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，保障其安全運行事關國家水安全和公共安全。與先進的建設水平相比，我國的水利工程建設監(jiān)督與運行監(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， 先進遙測技術(shù)的應用不夠充分，尚無法實現(xiàn)工程風險全覆蓋感知且時效性難以保證；另外，監(jiān)測信息化應用程度低、智能化分析預警水平不足，與新時期水利工程精準化、信息化、現(xiàn)代化管理的要求不相適應。

衛(wèi)星遙感具有觀測范圍廣、周期性重訪等獨特優(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，在表達地物幾何、紋理、拓撲關系等特征參量方面更加細致。以深度學習為代表的遙感數(shù)據(jù)后處理增強了衛(wèi)星遙感影像對地物信息的識別提取能力，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)在水利工程建設監(jiān)督和運行風險動態(tài)識別等方面的深層次應用成為可能。應用衛(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方案（2024—2026年）》，明確指出“天”就是主要利用光學遙感衛(wèi)星、合成孔徑雷達（synthetic aperture radar，SAR）等實現(xiàn)工程大尺度全局監(jiān)測感知。

目前，光學遙感在水利工程中的應用已相對較為普遍，如利用水體反射提取水域?qū)ο螅嬎闼蛎娣e并進行長序列監(jiān)測，應用光學遙感影像識別庫區(qū)滑坡體和危險性評價等；合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)（interferometric synthetic apertureradar，InSAR）也逐漸應用于水庫庫區(qū)、大壩、堤防等水工建筑物的變形監(jiān)測及庫區(qū)滑坡風險識別與預警，并衍生出D-InSAR、PS-InSAR、SBAS-InSAR等相關技術(shù)。但單項技術(shù)的光學和雷達遙感無法有效克服水利工程復雜地形條件信號干涉及不同風險源反射特性差異的影響，如何利用多源遙感數(shù)據(jù)相融合和多種雷達干涉技術(shù)相結(jié)合，增強遙感影像的時空分辨和識別能力，提高工程遙感監(jiān)測的全景式精準化監(jiān)督預警能力，是當前水利工程遙感監(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)應用中的關鍵問題，系統(tǒng)研究并提出了大型水利工程建設與運行期間遙感監(jiān)測監(jiān)督與風險預警的技術(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別模型，提出了壩體填筑高度遙感測算、渠道襯砌長度識別等遙感監(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進度的遙感動態(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方法應用于工程形變監(jiān)測的主要參數(shù)及適應性，提出了時序InSAR大氣二次改正、角反射器增強和軌道融合的形變精準監(jiān)測技術(shù)，探究了無人機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

水利工程運行風險源遙感智能識別及預警方面，形成了光學遙感與雷達遙感多源融合的庫岸滑坡風險區(qū)識別技術(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的人類活動風險源遙感智能解譯模型，實現(xiàn)了對庫岸侵占、溢洪道侵占、行洪風險區(qū)等人類活動風險源的遙感智能解譯識別。

④

水利工程遙感監(jiān)測要素信息表征與業(yè)務化運行系統(tǒng)方面，構(gòu)建了在建工程施工進度與在運工程不同類別風險源的遙感監(jiān)測要素指標集，建立了水利工程變化場景及運行風險源演化特征的遙感信息知識表征規(guī)則，研發(fā)了大型水利工程遙感監(jiān)測業(yè)務化運行系統(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)測要素指標與技術(shù)模型的映射關系，提出了遙感監(jiān)測的有效性檢驗方法， 形成了水利工程遙感監(jiān)測預警技術(shù)方法體系。相關技術(shù)方法在多個大型水利工程中得到了成功應用。

本文摘編自《水利工程遙感監(jiān)測與風險預警》一書，有刪減，圖片來源于該書，標題為編者所加。

《水利工程遙感監(jiān)測與風險預警》

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

責任編輯：周 丹 洪 弘 沈 旭

審圖號：GS京（ 2025）2423號

本書系統(tǒng)闡述了大型水利工程建設與運行期衛(wèi)星遙感監(jiān)測監(jiān)督與風險預警的理論、技術(shù)與方法，并列舉了相關應用案例。本書主要內(nèi)容包括水利工程衛(wèi)星遙感監(jiān)測應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、大型水利工程施工過程遙感動態(tài)監(jiān)督、水利工程區(qū)大范圍形變遙感精準監(jiān)測、水利工程運行風險源遙感智能識別及預警、水利工程遙感監(jiān)測要素信息表征與業(yè)務化運行系統(tǒng)、水利工程遙感監(jiān)測預警技術(shù)優(yōu)化配置等，并提供了多個大型水利工程衛(wèi)星遙感監(jiān)測的應用案例。
本書對提升遙感監(jiān)測技術(shù)在水利工程中的監(jiān)管應用水平具有重要參考價值，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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