北斗导航卫星系统在水利行业的应用与展望

北斗导航卫星系统是我国重要的时空基础设施,建设以来已经广泛应用于社会经济多个领域。智慧水利是新阶段水利高质量发展的最显著标志和6条实施路径之一,北斗导航卫星系统为智慧水利提供了强大的技术支撑,为数字孪生水利建设提供了重要的时空基准和高精度的位置及通信服务。从北斗导航卫星系统的功能视角,选择水利工程变形监测、水利巡检、水文监测数据传输等典型应用场景,分析了北斗导航卫星系统的应用现状;同时,还讨论了北斗遥感技术在水位监测、土壤水分反演和大气水汽反演等方面的应用情况;最后,展望了北斗系统在水利领域的发展趋势,指出其应用场景和领域将持续拓展、应用规模将不断增长,以及与新技术融合应用将不断增强,随着北斗导航卫星系统技术的持续创新和应用范围的进一步扩大,北斗导航卫星系统在未来水利行业中将发挥越来越重要的作用,它将成为加快水利新质生产力、推动水利高质量发展的重要推力。

降雨监测与预报技术在防洪减灾中的应用进展

洪水灾害突发性强,成灾速度快,对人民生命和财产安全造成较大的威胁。降雨作为洪水灾害致灾因子,数据的精确度对防洪减灾具有重要意义。以降雨监测与预报技术为切入点,对雨量站点观测、天气雷达降雨估计及预报、降雨数值预报、卫星遥感反演的现状进行了总结,通过分析时空降尺度方法及多源数据融合技术在降雨监测与预报中的应用,揭示了其在提升降雨数据“量”与“型”准确度方面的效果。研究表明:降雨监测与预报技术在当前取得了显著进展,但在山丘区和城市环境空间的复杂地形方面仍面临分辨率受到限制及精确性、时效性不足的问题。多源数据融合能提高降雨数据精度、时空覆盖能力和预测准确性,优化算法模型、融合“空-天-地”多源数据形成高分辨率预报是未来的研究方向。

暴雨洪涝灾情快速监测评估技术框架体系与应用:以2022年6月北江流域洪水灾情分析为例

【目的】暴雨洪涝灾情快速评估在洪灾应急救援和灾后恢复重建中发挥着重要作用,但仍面临诸多挑战。为快速监测和评估洪涝灾情,建立一套集成天空地网多源信息与多种技术的暴雨洪涝灾情快速监测评估技术框架体系,【方法】以2022年6月北江暴雨洪灾为例,综合利用雨量、河道水位、网络淹没图片和视频、卫星遥感影像、地面调研测绘和无人机低空航测等多源数据、水文模型和地理空间分析技术,通过实地调研测绘和无人机航测,结合遥感影像、水力学模型和地理空间分析技术,快速识别本次洪水淹没深度范围、分析淹没区内的受灾人口、房屋、农田等基本灾情,在洪水灾情分析的实战中检验集成天空地网多源信息的暴雨洪涝灾情快速监测评估技术。【结果】结果显示:清远市新增的淹没面积为478 km^(2),其中淹没农田307 km^(2)(64%),淹没区内有74119栋房屋和167306人;韶关市新增的淹没面积为90 km^(2),其中淹没农田46 km^(2)(51%),淹没区内有15629栋房屋和78037人。【结论】结果表明:无人机航测结合地面RTK高程和洪痕测绘,将在洪涝灾情快速调查评估中发挥越来越重要的作用;卫星影像可快速揭示洪水淹没区的总体格局,但受云层遮档和过境时间的影响,难以获取最大淹没范围;洪涝淹没区公众提供的各类网络众包信息是最直接和现时的洪涝灾情信息,需要认真核实和充分利用;结合河道等各类实测水位,HAND模型可以快速估算出淹没深度范围,有很大的推广应用价值。通过对本次北江洪涝灾情的快速模拟和初步分析,充分展示了各类前沿技术在洪涝灾情快速识别中的独特作用,可为洪涝灾情应急监测方案设计和技术准备提供参考。

“2022.6”珠江流域洪涝灾害应急遥感监测

2022年6—8月,珠江流域连续出现强降雨,共发生8次编号洪水,防汛形势严峻复杂。在珠江流域防汛关键期,基于国产高分三号、海丝一号、欧空局哨兵一号雷达卫星影像,结合国产高分一号、吉林一号光学卫星影像,开展了洪涝灾害重点区域应急遥感监测评估,对潖江蓄滞洪区的水体面积变化及围的启用情况、洪涝灾害重点区域的水体面积变化情况进行遥感动态监测与分析。分析结果显示,6月23日北江流域潖江蓄滞洪区共启用5个围,水体面积达到最大,为39.51 km^(2);英德市县(区)及周边乡(镇)水体面积在23日达最大,遥感监测范围内为143.16 km^(2);西江干流梧州段水体面积在6月19日达最大,桂江支流思良江区域淹没情况较为严重。

2022年巴基斯坦特大洪水遥感监测

2022年6月中旬至9月,多轮强降雨侵袭了巴基斯坦的多个省份,引发了特大洪水,致使大面积国土被淹没,造成了重大财产损失与人员伤亡。遥感具有高效、监测范围大的优势,通过遥感云计算平台GEE(Google Earth Engine),基于哨兵1、哨兵2等遥感数据,使用双极化水体指数(SDWI)和归一化水体指数(NDWI)对巴基斯坦2022年6—9月的全国水体范围进行逐月监测,重点分析受灾严重的信德省7—8月水体淹没范围。结果表明:2022年巴基斯坦特大洪水淹没面积大,持续时间长,印度河上游来水量激增及连日强降雨导致印度河河水溢出河道,淹没了巴基斯坦南部大面积的平原;淹没区域6—9月逐渐从沿海地区转移到印度河两岸及印度河下游平原。巴基斯坦在今后仍需提升洪水监测预报能力,完善预警系统,加强印度河上游防洪基础设施建设,优化下游地区排水系统,从而进一步提升应对特大洪水的能力。

我国洪涝灾害加剧的主要因素与进一步抗洪减灾应取的对策

我国正面临着洪涝灾害加剧的严峻形势。９０年代以来，已出现了４个洪涝重灾年，每年的直接经济损失都接近或超过千亿元人民币。本文分析了导致我国洪涝灾害加剧的主要原因：首先是随着人口膨胀，大规模砍伐森林，大面积垦殖坡地，导致水土流失面积扩大，大量泥沙注入江河湖库；加之过度围垦湖泊与沿河低洼地，湖面大幅度萎缩；快速发展的城市化也使出现洪涝的可能性加大，损失加重。在总结我国抗洪防灾经验的基础上，讨论了应该进一步采取的措施，并提出了建立以Ｒａｄａｒｓａｔ为主体的多卫星抗洪减灾遥感信息系统的设想。

气象卫星遥感洪涝面积估算

本义介绍了应用NOAA极轨气象卫星AVHRR资料估算洪涝面积的原理和技术方法。应用气象卫星遥感资料，结合地理信息和实际调查资料。通过计算分析和图像处理．可以实时、客观地判断洪涝灾害范围，区分洪涝程度，计算受灾面积。

基于流溪河模型的中小河流洪水预报方法

针对中小河流缺乏河道断面资料而无法实际应用分布式水文模型的问题,以流溪河模型为原型,假定河道断面为矩形,采用卫星遥感影像估算河道断面尺寸,通过实测洪水资料优选模型参数,提出了中小河流洪水预报的流溪河改进模型。应用于江西省典型中小河流——太平江流域的结果表明:河道分级越多,模型模拟的洪水的洪峰流量越大、次洪径流系数越大;洪峰出现时间越提前,模拟的洪水过程的效果越好,精度越高;改进的流溪河模型对50场洪水模拟的相关系数达0.92,洪峰误差均值为5.54%,最大不超过20%,平均峰现时间差为0 h;洪水过程的预报结果可评定为甲等。该模型可应用于中小河流实时洪水预报中。

“四星三源”模式监测黄河凌汛的研究与实践

在简要回顾黄河凌灾特征及所造成的历史灾害基础上,详细阐述了2002-2003、2003-2004、2004-2005三个年度利用RS、GIS等现代高新技术,采用“四星三源”模式监测黄河凌汛的内容、方法、主要技术和实施成果,得出主要结论:①“四星三源”监测黄河冰凌是现阶段在轨运行卫星中最佳的数据组合模式,对江河污染、洪涝灾害、山体滑坡等自然灾害的监测具有较好的参考和借鉴价值;②CBERS-02具有较高的分辨率,对冰凌具有良好的识别能力,其侧摆快速获取数据功能在突发灾害监测中具有广阔的应用前景。

江淮流域旱涝灾害气象卫星遥感监测和预报方法研究

根据气象卫星遥感、数值预报和农业气象观测资料,研制开发了江淮流域干旱洪涝灾害的遥感监测方法,详细分析降水对旱涝演变趋势的影响并建立了模型;通过对数值预报产品动力释用技术方法研究,研制了中短期面雨量预报系统,将上述研究成果集成,最终形成江淮流域旱涝遥感监测预报系统。

卫星遥感技术在吉林旱涝灾害监测与评估中的应用

基于NOAA、EOS/MODIS、HJ-1A多源卫星数据,利用植被供水指数、水体指数,对吉林省2015年伏旱、2017年7月暴雨洪涝灾害进行遥感监测和精细化定量评估分析。结果表明:(1) 2015年7月吉林省中西部旱情逐步发展; 8月初,各县(市)旱田均有不同程度的干旱发生,重度干旱面积小,轻度干旱面积大,中度干旱次之。其中农安县受旱最重,其次为九台市和通榆县,利用实地调查点观测数据进行检验得出干旱监测的准确率达79%。(2) 2017年7月13日、19日暴雨过后,永吉县境内的河流河段明显增宽、水库面积明显增大,新增水域面积较多的为一拉溪镇、万昌镇、口前镇,水淹旱田面积较多的为口前镇、一拉溪镇、西阳镇。

卫星遥感资料在山区洪涝灾害监测及决策服务中的应用

为充分发挥卫星遥感在防灾减灾工作中的应用,该文以2020年遵义市正安县汛期发生的特大暴雨洪涝灾害为研究个例,通过卫星搭载的合成孔径雷达的遥感影像反演,识别强降水影响区域,分级标识灾害风险,探索山区的三个叫应,以期发挥卫星遥感在防灾减灾中的作用,为防汛救灾和流域的上下游联防提供参考。结果表明:①山区防汛指挥调度,既要关注强降雨区域,也要考虑河流走向、上下游降水增叠效应,尤其是对于高大山脉前海拔高差明显区域的地表径流汇流增强作用,应加强判断联动叫应;②降雨量大小和地表水体增加量、存在的灾害风险隐患未必成正比,防汛工作不能一味只根据降雨量大小来做出灾害防范决定;③该案例作为一次天气过程造成影响的试点分析,为进一步探索对应关系提供参考基础,叫应关系的最终确立需要更多天气过程案例的统计分析。研究结果对正安县洪涝灾害防御决策指挥具有重要补充意义。

GF-1 WFV影像的中小流域洪涝淹没水深监测

针对目前水深监测仍主要依赖Landsat、SPOT等国外遥感卫星的问题,提出采用国产高分一号(GF-1)卫星16m分辨率WFV影像进行洪涝淹没水深监测。通过以中小流域为研究区,采取RS和GIS结合的水深测算方法计算淹没水深:在利用RS影像提取淹没范围的基础上,运用GIS方法由水面高程和地面高程之差计算得出淹没水深的空间分布。结果表明,GF-1卫星作为新兴的国产遥感数据源,凭借空间分辨率高和回访周期短的优势,可帮助摆脱对国外卫星遥感数据的依赖;GF-1卫星WFV影像提取水体精度较高,能广泛应用于中小流域洪涝灾害监测;RS和GIS结合的洪涝淹没水深监测算法简单易行,可快速计算在淹没范围已知情况下的水深。相关结果可为洪涝灾害监测与评估提供信息依据。

鄱阳湖洪涝灾害卫星雷达遥感应急监测应用

随着近年来星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的发展,我国任意地区的大覆盖、高频次、高空间分辨率的SAR数据的获取能力得到极大提升。具有全天候和全天时对地观测能力的星载SAR能够实现任意天气条件下洪涝淹没范围的准确识别与提取,为我国洪涝灾害快速监测与灾情快速评估提供了重要手段。为此,针对2020年江西省鄱阳湖区特大洪水灾害,利用国产高分三号(GF-3)和欧洲航天局的哨兵1号卫星(Sentinel-1)数据,开展了鄱阳湖区洪水灾害动态应急监测应用研究。监测结果显示:7月17日,监测区域水域面积达到峰值4989.78 km2,洪水淹没区集中在鄱阳湖滨湖区,其中鄱阳县受淹最为严重,耕地受灾面积达到351.05 km2,建设用地和林地受灾面积分别为160.98 km2、45.14 km2;其次是余干县,耕地受灾面积为221.81 km2,建设用地受灾面积为111.22 km2,林地受灾面积为24.18 km2。应用结果表明,GF-3卫星、哨兵数据具备灾害应急监测能力,可为防灾减灾决策提供技术支撑。

环境减灾卫星遥感宏观监测应用评价研究

文章介绍了环境减灾卫星的基本情况,结合环境减灾卫星遥感数据(HJ-1)在黑龙江省土地利用宏观监测中的实际应用,针对HJ-1数据的生产流程及生产方法进行了详述,对土地利用遥感宏观监测技术路线进行了研究,并通过高分辨率卫星遥感影像数据对宏观监测成果及其质量进行精度评价与验证,建立一套基于HJ-1数据的土地资源调查监测技术方法与流程,为在全国范围内广泛应用环境减灾卫星数据积累经验和技术方法。

遥感在防洪减灾中的应用研究

虽然现在人们的科学技术在不断的发展,而且改造自然的能力也越来越强大,但是面带大自然的灾害我们依然显得十分弱小,特别是洪灾面前,我们采取预防为主的防御措施,在这个过程当中科学技术依然扮演着一个很重要的作用,遥感在防洪减灾当中起着强大的作用。本文主要对遥感在防洪减灾当中的应用进行研究。

遥感卫星的防震减灾应用研究

整理了遥感卫星的发展历程和发展趋势,总结了目前国内外遥感卫星的特点、卫星遥感数据的现状及其应用于防震减灾领域的前景。在此基础上,研究卫星遥感应用于防震减灾的优势、面临的困难和目前的现状,并深入分析了卫星遥感数据应用于汶川地震救灾的成就和不足。最后对进一步推动卫星遥感的防震减灾应用展开了分析和讨论。

利用国产环境减灾卫星遥感信息估测春小麦产量——以内蒙古陈巴尔虎旗地区为例

以内蒙古春小麦产区陈巴尔虎旗为研究实例,采用遥感方法,利用分辨率30 m的国产环境减灾卫星的NDVI数据对春小麦单产进行预测。研究选取了该卫星2009年7月29日春小麦乳黄熟期的NDVI数据,同时,建立其与春小麦单产间关系,运用数理统计与回归分析方法构建了春小麦乳黄熟期的NDVI与其单产的估产模型。利用地面实测春小麦单产对估产模型估测的单产进行精度检验,结果表明,基于影像提取的NDVI与春小麦实测单产有较好的抛物线状(y=cx2+bx+a)相关关系,NDVI与春小麦实测单产的相关关系达到显著水平,其相关系数R为0.87,单产相差160 kg/hm2,相对误差为-3.89%。表明利用国产环境减灾卫星的NDVI与实测春小麦单产建立的估产模型,对成熟前春小麦的单产进行估测,其估产精度也同样可达到与利用国外卫星的预估效益。

2013年松花江与嫩江交汇段洪水遥感监测

2013年夏季,东北地区降雨频繁,松花江、嫩江、黑龙江等江河水位暴涨,遭遇继1998年以来最为严重洪水灾害。应用遥感和地理信息系统技术,利用中国环境与灾害监测预报小卫星(简称HJ-1卫星)和Landsat 8卫星影像(HJ-1卫星影像可以弥补Landsat 8卫星重访周期较长、在洪水发生期间可用影像较少的缺陷),对松花江和嫩江交汇段水情进行实时监测,构建洪水监测遥感影像集;利用两种影像确定不同时相的洪水淹没范围,掌握洪水发展的过程,对淹没区的灾情进行快速评估。遥感监测结果表明,2013年6月17日至7月26日,洪水主要使主河道展宽,镇赉县局部河漫滩和低洼地被洪水淹没;7月26日至8月20日,洪水主要淹没了河漫滩和低洼地;8月20至9月8日,河流总体变化不大。截至9月8日,松花江、嫩江交汇段淹没面积为1 170.2 km2,其中吉林省境内的淹没面积为622.58 km2,黑龙江省境内的淹没面积为547.62 km2;淹没的土地覆盖类型以耕地和沼泽为主,其淹没面积分别为759.58 km2和348.25 km2,两者面积共占总淹没面积的94.67%;居住地淹没较为严重的为杜尔伯特蒙古族自治县和肇源县,两县淹没面积分别为0.43 km2和0.30 km2,其中,杜尔伯特他拉哈镇安平村、肇源县四合村受洪灾较重。

风云气象卫星在防灾减灾中的应用

风云气象卫星具有全球、全天候、三维立体观测的能力,在空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率等方面都达到了国际上先进气象卫星的水平,在防灾减灾工作中可发挥重要作用。介绍了风云气象卫星在台风、暴雨、干旱、高温、沙尘、雪灾、洪涝和森林草原火灾监测中的应用,展望风云气象卫星在防灾减灾中的应用工作进行了展望。随着风云气象卫星遥感仪器性能的不断提升、数据处理和应用技术的不断发展,将更好的为我国和全球提供卫星遥感灾害监测评估预警信息,为防灾减灾工作提供更加科学有力的支撑。