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发信人: dragon (猎鹰), 信区: Green
标  题: 水利遥感的应用现状与未来 
发信站: 紫 丁 香 (Sat Oct 23 10:53:15 1999), 转信

自80年代以来，我国水利遥感部门利用资源卫星及其它航天、航空遥感方法，在洪涝、
干旱灾害的监测与评估、水土流失调查与动态监测、水利工程前期规划、大型水库工程
的地质调查、生态环境及水资源、水污染监测与调查、干旱沙漠区的水资源调查以及有
效灌溉面积调查等方面进行了大量的应用与研究，在国家资源环境调查和宏观决策、水
利工程建设、洪涝灾情监测和评估等方面发挥了重要作用。但是由于我国在卫星研制和
应用方面发展不够协调、卫星遥感信息源的短缺成为制约遥感应用发展的主要原因。
　　本世纪末，人类进入了信息产业革命时代，卫星遥感作为高新技术将成为衡量一个
国家综合国力的重要标志。尽快发展我国自己的资源卫星，进一步开展遥感与全球定位
系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、计算机决策支持系统、CAD技术、卫星信息传输技术、
网络传输技术等高新技术的综合应用，为国家水利建设，特别是防洪减灾发挥更大作用
，是一项刻不容缓的、艰巨的任务。
　　一、水利遥感的应用现状
　　1.在洪、涝灾害遥感监测与评估方面的应用
　　在各种自然灾害中，洪、涝灾害是造成人类伤亡和财产损失最大的自然灾害。据有
关资料统计，1991年，全世界因自然灾害造成的损失中，直接由洪、涝灾害造成的损失
占44%。在我国，由洪、涝灾害造成的经济损失，平均每年达1000亿元。1998年洪涝灾害
的损失达2500多亿元，给国民经济造成的损失是巨大的。水利部遥感中心成立于70年代
末、80年代初，自那时起，就将洪、涝灾害列为遥感技术应用的重点。早在1983年，该
中心就成功地利用陆地卫星对三江平原挠力河洪水进行了监测。将洪水期图像与平水期
图像叠合，清晰地显示了淹没范围及河道的变化。1984、1985年，利用极轨气象卫星资
料调查了安徽合肥和辽宁辽河地区洪水，并首次利用机载合成孔径雷达图像监测了盘锦
地区洪水，利用彩红外遥感调查了永定新河行洪障碍物的分布及东辽河三江口堤防决口
的位置和原因。1987~1989年，在国家科委的领导下，中心组织中科院、国家遥感中心航
空遥感一部及国家测绘局等有关单位，相继在永定河、黄河、荆江-洞庭湖区和淮河干流
开展了防洪遥感应用试验，将遥感与GIS相结合建成了一套防洪遥感信息系统。系统成功
地实现了对洪涝灾情全天候、准实时的监测与查询，使防汛指挥部门在北京就能看到千
里之外的洪涝现场情况。该成果获1990年部级科技进步一等奖，1992年国家科技进步一
等奖，在1991年我国淮河、太湖流域发生特大洪涝灾害期间，发挥了重要作用。
　　洪涝灾害一般都发生在梅雨季节，有时长达2~3个月，天空云层很厚(云量常达10个
左右)，而当时的卫星(美国陆地卫星、诺阿卫星，法国的斯波特、前苏联、日本的各种
卫星等)上装备的遥感器均为可见光波段和红外波段，都不具备穿透云层获取地面信息的
能力。其次，洪涝灾害发生往往是突发的，时效性很强，而卫星运转又是按轨道运行，
有一定周期。卫星过境时，洪涝灾害不一定发生，而洪涝灾害发生时，又不见得正好能
赶上卫星过境(经过灾区)，即使能碰巧赶上，由于天气条件恶劣，要想捕捉和追踪洪涝
灾害发生的现场情况也是十分困难的。为了解决上述的矛盾和困难并将全天候、准实时
的“防汛遥感信息系统”改进为全天候、实时传输的防汛遥感信息系统，1991年，水利
部遥感中心又主持并承担了国家“八五”科技攻关和“863”高技术两个国家计划支持的
项目——“防洪遥感实时传输系统”的开发工作。
　　“防洪遥感实时传输系统”是综合应用遥感技术、GPS、GIS、航空卫星通信技术、
计算机图像处理技术等多种高新技术建立的一个极其复杂、难度很大的科研工程系统，
同时也是一个典型的3S(遥感、GPS和GIS)一体化系统。该系统由信息获取、信息传输和
信息处理三部分组成。信息获取主要由遥感飞机、侧视合成孔径雷达(SAR)、实时成像器
、GPS等组成。信息传输采用“机-星-地”(即飞机-卫星-地面)传输方式。由机载站、转
发站和用户站等构成。信息处理由计算机图像处理、GIS及其外围设备构成。由于系统采
用机载SAR，而SAR(微波)不同于可见光、红外，它不受天气条件(可以穿透云层)和黑天
、白天(黑夜仍可以同白天一样获取地面图像)的影响，再加上飞机机动灵活，因此可以
全天候地获取地面信息并在获取地面信息的同时将信息发往通信卫星。经过通信卫星中
继，设置在北京的防汛指挥部的接收站就可以从监视器(电视屏幕)上看到灾区的现场图
像，实现了全天候、实时洪水监测。
　　为了综合利用航天、航空可见光、红外、微波手段进行洪涝灾害的监测与灾情评估
，达到业务化运行的目标，1996年水利部遥感中心又主持并承担了国家重中之重科技攻
关课题“重大自然灾害监测与评估业务系统的建立”。汛期应用星载、机载SAR、气象卫
星进行灾情监测，非汛期利用可见光卫星遥感建立土地利用(包括耕地、居民地、交通、
水库、江、河、湖堤等在内)及社会经济(包括人口、房屋、工农业产值等)为主要内容的
防洪基础背景数据库。目前，这一系统已初步具备了业务运行的条件。1998年，我国遭
受了严重的洪涝灾害。长江发生了建国以来仅次于1954年的全流域型大洪水。嫩江、松
花江干流发生了超过历史记录的特大洪水。自7月7日开始，连续奋战两个多月，通过接
收加拿大、欧空局、日本、美国等国6颗卫星并调用“机-星-地”系统飞行20多架次，总
监测面积近48万平方公里，对长江干流、鄱阳湖、洞庭湖、嫩江、松花江及大庆油田连
续进行了监测，获取了大量的灾情现场图像，并对灾情进行了损失评估，编制了大量的
遥感灾情专题图和分析报告，将灾情监测和评估结果及时送往国家防办、国办、大庆市
政府和大庆油田，在防洪指挥决策和灾情调查中发挥了重要作用。受到国家防办、国办
、大庆市委、市政府的肯定和表彰。
　　2.遥感监测旱情的应用与研究
　　干旱，在我们国家也是一种常见的自然灾害。及时掌握旱情，尽快采取有效措施抗
御灾害、减少损失是抗旱指挥部门，也是水利和农业部门的迫切需求。此外，土壤水分
含量也是流域产、汇流计算中主要的水文下垫面因素之一，如果能大面积、快速获取同
一时期内的面降雨量和土壤前期含水量，再与气象部门预报的降水量、蒸发量等相结合
，利用适当的水文计算模型，就有可能快速地计算出某一地区的产汇流和径流量，也就
可以实现洪水预测、预报和预警，对防灾减灾具有更重要的作用。这用常规方法是很难
实现的。山东省是我国墒情测站设置最多的一个省，全省也仅有150多个墒情点，它的代
表性也是有限的。解决这一难题，最有希望的还是遥感技术。就拿诺阿气象卫星来说，
它的地面分辨率是1.1公里×1.1公里，也就是1.21平方公里，即使是这么低的分辨率，
如果能实现对土壤水分含量的监测，也就相当于每1.21平方公里的地面内设了一个墒情
站。山东省面积是15万平方公里，也就相当于设了15万个墒情站。而每一景诺阿卫星图
像所覆盖的面积是2800公里×2800公里，也就是780多万平方公里，这就基本上可实现大
面积、快速获取同一时期内的土壤前期含水量。
　　1992年，水利部遥感中心曾利用美国诺阿气象卫星(AVHRR)通过表冠热惯量的方法对
山东、河南两省及吉林省白城地区进行了旱情监测方面的试验与研究。1993年又用星载
SAR、机载SAR在河南省进行了遥感监测旱情方面的试验与研究，在机载SAR获取地面土壤
信息的同时，用地面微波散射计获取同一地表土壤的介电常数并同时用土壤水分测量仪
实测土壤水分含量，通过这三者两两之间的相关关系从SAR图像灰度值估测土壤水分。
　　3.在水土流失调查与动态监测方面的应用
　　1984~1986年，水利部遥感中心在全国农业区划委员会和水利部的支持下，主持并参
加了用美国陆地卫星MSS进行的《全国土壤侵蚀遥感调查》。按水蚀、风蚀、冻融侵蚀三
种土壤侵蚀类型；按微度、轻度、中度、强度、极强度、剧烈六种侵蚀强度分级标准；
按无险、较险、危险、极险、毁坏五种土壤侵蚀危险程度；以及以省、市、自治区为界
和以流域为界提供了1∶500000比例尺精度的“全国土壤侵蚀遥感调查图”和“全国土壤
侵蚀遥感调查统计数据集”，并于1992年经国务院发布作为首次用科学的手段查清我国
水地流失现状的数据在全国使用。
　　1992年，为了对我国水土流失治理及管理的情况进行动态监测，在完成全国土壤侵
蚀遥感调查的基础上，与GIS相结合，作为“七五”国家重点科技攻关项目由中心承担并
完成了《全国水土保持信息系统》开发研制。这个项目获国家计委、国家科委和财政部
颁发的“七五”国家重大科技攻关成果奖。
　　1992年，受水利部松辽委水文局的委托，我中心承担并完成了西藏无水文资料区《
用遥感的方法调查并估算西藏满拉设计水利枢纽——涅鲁藏布河及龙马河的泥沙量》的
工作，成功地开创了我国无水文资料区用遥感的方法调查河流泥沙量的先例。其成果现
已被用于建设中的满拉电站工程。
　　1997年，受水利部松辽委水文局的委托，遥感中心又承担并完成了《应用遥感技术
调查云南省盘龙河流域土壤侵蚀并推算河流泥沙量》的项目。分析并计算了1981年和19
95年水土流失和河流泥沙量及其动态变化。
　　1997~2000年，作为“九五”三峡库区泥沙问题研究项目，水利部遥感中心又承担了
《应用3S技术建立三峡水库上游嘉陵江流域重点产沙区水土流失动态监测信息系统与水
保减沙遥感分析评判研究》。
　　4.应用遥感技术进行有效灌溉面积调查
　　我国人均淡水资源量很少、人均耕地也有限，而且随着人口的增加，再加上如果不
能有效地控制水土流失的话，人均土地资源就会更少。我国现有有效灌溉面积到底有多
少?哪些地方还可以采取节水灌溉新技术，扩大有效灌溉面积、减少旱地面积、提高农作
物产量?这是关系到中国21世纪16亿人口食物保障的大事。水利部遥感中心于1995年用美
国陆地卫星TM，对河南省进行了有效灌溉面积的调查，1999年将与法国合作利用斯波特
卫星进行山东省可持续发展的有效灌溉面积的遥感调查以及利用斯波特卫星进行遥感节
水灌溉规划管理方面的应用研究。
　　5.在大型水库库区环境容量方面的遥感应用
　　1988年，水利部遥感中心利用遥感技术，按大于或小于25度的坡度为分界，以海拔
185~400米、400~600米、600~800米、800米以上四个高程带以及十一种土地利用类型对
三峡水库坝址三斗坪以上直到重庆市库区的19个县、市，610个乡进行了1∶10000比例尺
精度的土地资源遥感调查。
　　它对三峡库区的规划和移民安置及环境容量论证都起了重要作用。由于调查要求的
比例尺大、精度高，所以这次调查使用的遥感资料是1∶20000左右的黑白航片和彩红外
航片。
　　此外，水利遥感在干旱沙漠区地下水资源的调查，古河道的变迁、河床及河口三角
洲的演变，大型水库坝址的地质调查，水利工程的前期规划以及水资源水环境污染的监
测与调查等方面也都有过不少的应用，在此不一一列举。
　　二、效益分析
　　1.洪、涝灾害的监测与评估
　　1991年淮河发生洪涝灾害时，用航空遥感(机载SAR)监测13架次，面积近20万平方公
里。1998年长江、嫩江、松花江特大洪涝灾害，应用航空遥感(机载SAR)监测了4次，卫
星遥感(主要是雷达卫星和欧洲遥感卫星-2)监测了5次，监测面积达48万平方公里，并进
行了灾情评估。每次监测与评估费用约10万元左右。它的效益分析如下：
　　(1)社会效益
　　在灾情发生时，由于交通、通讯都有可能受到不同程度的破坏，哪怕是一个县的防
洪指挥部门要想将受淹的现场踏勘一遍，在最短的时间内知道这个县哪些地方受淹?淹了
些什么?都是很困难的。而遥感监测图像可以一目了然。因此，它对防洪指挥调度和抢险
救灾是有很重要 作用的。
　　遥感图像将洪水灾情的时间和空间演变情况永久地记录下来。用江西某灾区的一个
领导的话来讲：“这些图像100年以后也有用。”在灾后，遥感图像对于水利工程规划建
设及地方灾后重建都可作为决策的依据。
　　(2)经济效益
　　遥感与水文、气象及GIS相结合，可以预测、预报洪水。可在洪灾发生之前，作出多
种防洪调度预案，以备防汛决策指挥部门选择损失最小的方案。从这个作用上讲，它的
经济效益是显而易见的。
　　2.在水土流失遥感调查方面
　　遥感的方法可以用最少的人力、物力，完成全国的水土流失调查，它的费用至少是
常规方法的千分之一或万分之一的数量级。
　　其次，遥感水土流失调查的成果对于水土保持治理规划、国土资源整治都将产生重
要的应用价值和社会效益。
　　3.遥感在水利工程前期规划，大型水库工程的地质调查、环境容量调查，干旱沙漠
区的水资源调查，有效灌溉面积调查，灌区规划管理以及旱情监测调查等方面的应用与
常规方法相比，不仅时效快、节省大量的人力物力，而且具有客观性、科学性。在有些
方面是用常规方法无法实现的。它的社会效益和经济效益都是十分明显的。
　　三、水利遥感应用中存在的问题
　　经过近20年的水利遥感应用实践，取得了许多成功的经验。有些方面已成为不可缺
少的重要手段。但也存在着遥感应用部门无法解决的困难。
　　首先，是遥感应用单位的性质和机制问题。水利遥感前10年发展很快，不仅水利部
建立了遥感应用中心，而且水利部长江委、黄委、松辽委等直属各流域机构都先后建立
了遥感应用机构，并且通过几个水利遥感大项目的共同参与和技术培训，培养了一批水
利遥感应用的专业技术人才。在应用成果上，获国家科技进步一等奖一项，获国家科技
进步二等奖两项，部级科技进步一等奖两项，国家计委、国家科委、财政部颁发的“七
五”国家重大科技攻关成果奖一项，部级科技进步二等奖、三等奖多项，走在了国内遥
感技术应用界的前列。但是，随着科技体制的改革，水利遥感技术应用如何发展?是公益
性、社会性的事业，还是能进入市场的商业?是科研性质的，还是应用性质的?是否需要
行政主管部门统一认识、正确定位?根据我们多年来的实践及通过与欧、美、日本、印度
等国的合作和了解，这些国家与我们同类型的机构也都是国家性的事业单位。如果不能
正确定位，没有经费保障，势必影响水利遥感技术应用的深入发展，难以维系水利遥感
技术队伍的生存，无法完成洪涝、干旱、水土流失等类似的监测运行工作。
　　其次，由于我国资源卫星的研制和应用的发展不同步，导致国家每年要花费大量的
资金用来租用或购买国外的资源卫星数据，使得国外拥有资源卫星的国家一方面看好我
们国内的市场，另一方面又在技术和价格上加以遏制，制约了我国遥感技术应用水平的
深入发展。
　　四、未来的方向和需求
　　遥感与GPS、GIS、计算机决策支持系统(DSS)、CAD技术、卫星信息传输技术、网络
传输技术等高新技术相结合，进行防灾减灾中高新技术的综合开发与应用，为水利建设
，特别是防灾减灾提供决策和技术支撑，是水利遥感的主要任务和方向。
　　1.开展遥感在险情、隐情快速探测方面的实验与研究
　　可应用航空红外、微波遥感与GPS及地面常规方法(如电导率法、电子测探法、同位
素法等)相结合进行探测堤防隐患(土坝渗漏、管涌、生物洞穴、密实度等)和险情(可能
发生滑坡、崩岸、漫溢的堤防及水库最大蓄洪量等)方面的研究。
　　据不完全统计，我国主要江、河流域易发洪涝区的江、河、湖岸防洪堤长24万多公
里。在漫长的历史岁月中，由于河道和湖泊经过多次自然演变和人为的改造，加上构筑
堤防的材料不同、坝基的地质条件不同、修建标准不同以及生物洞穴的破坏，使堤防的
结构变得十分复杂。汛期，受长时间、高水位的浸泡以及急流和风浪的冲刷，造成了堤
防险情的不断发生。1998年，仅长江干堤就发现管涌、崩岸等险情9000多处。1999年，
到7月31日为止，就又发现了1500多处，稍有不慎，就会付出惨痛代价。实践表明，我们
在堤防险情探测的手段上还十分落后，尽快采用高新技术，实现对堤防险情和隐情的快
速探测，并采取有效工程措施彻底根除隐患，已成为防汛的一项迫切的和艰巨的任务。

　　2.建立精度较高的、基于灾情评估和风险管理的地理信息系统
　　建立精度较高的基于灾情评估和风险管理的数据库是实现防洪抢险科学决策、准确
和快速评估灾情、洪涝灾害风险管理等工作的前提。因此，尽快建立精度较高的、全国
七大江河的、基于灾情评估和风险管理的地理信息系统(包括土地利用数据，如耕地、居
民地、水库、堤防、交通等；社会经济数据，如人口、房屋、工农业产值以及地形数据
库等，而且每年都得更新)是一项工作量相当庞大而且十分艰巨的任务。在这方面，需要
大量的高分辨率(能满足1∶10000比例尺制图精度)的资源卫星遥感数据源。
　　3.发展我国自己的地球资源卫星或其他类型的小卫星，实现对灾情连续的和动态的
监测
　　洪涝灾害的发生常常是瞬息万变，因此，在汛期，对易发洪涝区的雨情、水情、工
情、灾情的监测需要连续的、多时相的、实时的跟踪和动态监测，这样才能在防汛指挥
和决策中发挥作用，达到防洪减灾的目的。目前，由于我国自己没有雷达卫星，1998年
和1999年汛期的灾情监测，都是向加拿大或欧空局购置。一景加拿大雷达卫星数据图像
，可覆盖500公里×500公里的地面，每景2.7万元人民币，并且还需提前10天左右预定。
可是，目前我们不可能预测到10天以后哪个地方发生灾情。当预测到两、三天后可能会
发生灾情，需要购置时，往往为时已晚，如仍需要，只得定购再往后拖延几天的图像。
这样，对防汛指挥和决策就失去了时效性。虽然我们有“防洪遥感实时传输系统”的机
载SAR系统，但由于种种条件所限，不可能做到大范围的、连续的、多时相的动态监测。
所以，目前遥感监测汛情还不能满足防汛指挥的需求。再拿水土流失全国遥感调查和监
测来说，自1986年首次进行了全国第一次水土流失遥感调查后，国家每隔5~10年要再进
行一次全国性的水土流失遥感调查。对重点水土流失区的治理还需进行遥感动态监测。
这就需要大量的多时相的、高分辨率的卫星遥感数据源，但目前我们国家还没有。美国
的SPIN-2民用资源卫星，空间分辨率可达1米，但售价为5元/平方公里。试想，如果没有
足够的经费，靠目前事业单位的事业费或科研式的经费，是无法承受的。然而，遥感应
用只有实现动态监测，才能进一步在国防和国民经济建设中体现其高新技术的价值。因
此，必须尽快发展我国自己的资源卫星和雷达卫星。
　　4.继续开展大面积快速探测地表土壤前期含水量并与水文、气象及GIS、GPS相结合
，进行洪、涝、干旱等灾情的监测和预报方面的遥感应用研究。
　　5.建立快速传输系统
　　洪涝灾害监测要求的时效性很强，但监测结果是在数小时或数天后才能看到，对防
洪指挥就失去了意义。因此，需要建立快速传输系统。
　　总之，水利遥感应用的前景是十分广阔的。总结近20年来的应用现状，我们只想谈
一点体会：资源卫星作为一种高新技术在农、林、水利、地矿、海洋等国民经济各部门
的应用成绩是毋庸置疑的，而且，我们的应用水平在国际上也并不落后。如果能解决困
扰遥感技术应用的难题，加上我国自己的资源卫星早日投入运行，我们深信，我国的遥
感应用水平一定能够不断地深入发展和提高，在国民经济建设中发挥更大的作用。

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         ------没有比人更高的山，
                   没有比脚更长的路。

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