遥感技术在洪涝监测中的应用

遥感技术在洪涝监测中的应用摘要：卫星遥感技术可以应用于洪涝灾情的监测和评估，其主要优势表现在其 对灾害发生区域进行大范围扫描，有利于第一时间对灾害事件进行响应，特别是 灾害发生范围大、交通不便的情况下，卫星遥感几乎是唯一的手段。通过遥感手 段可以获取洪涝水体范围、淹没范围、淹没水量水深、受灾体影响评估等多种要 素，这些要素丰富了应急指挥决策的信息资源，也填补了地面监测无法获取的空 白信息。关键词：遥感技术；洪涝监测；应用1洪涝灾害遥感监测技术研究进展1.11980年代的防洪遥感试验早在1983年，中心就用地球资源卫星的TM影像调查了发生在三江平原挠力 河的洪水，成功地获取了受淹面积和河道变化的信息。1984年和1985年，用极 轨气象卫星分别调查了发生在淮河和辽河的洪水。1987-1990年，在国家科委组 织下，水利部、中国科学院、国家测绘局、国家气象局和国家遥感中心航空遥感 一部等众多部门和单位合作，先后在永定河下游、黄河下游、长江荆江河段和洞 庭湖区以及淮河干流，开展了大规模的防洪遥感应用试验。基于该试验，在我国 首次建立了全天候和准实时监测洪水的遥感系统，使国家防汛指挥部门在远离洪 水几百公里甚至几千公里之外的指挥部里就可及时了解洪水的现场情况。1.21990年代全天候实时航空遥感系统的研制继防汛遥感应用试验之后，国家“八五重大科技攻关和“863高技术计划又共 同支持了全天候实时航空遥感系统的研制。该项目由国家科委、水利部、中科院 和国家遥感中心航空遥感一部等4个部门共同组织，1991年4月启动，1996年4 月通过国家验收和鉴定。该系统的总体设计采用机一星一地模式，由航空遥感平台分系统、雷达实时 成像分系统、航空卫星通信分系统以及地面图像信息处理分系统几部分组成，实 现了全天候工作、图像实时（秒级）传输、应用机动灵活、覆盖面积大以及灾情 评估等5大功能。1.3重大自然灾害监测评估业务运行系统的建立"九五期间，科技部在16个国家重中之重科技攻关项目之一的"遥感、地理 信息系统、全球定位系统综合应用研究中，列入"重大自然灾害监测与评估业务 运行系统的建立课题，将"水、旱灾害监测与评估业务运行系统的建立与试运行 作为一个专题。该专题按业务化和实用化的要求，对水旱灾害监测与评估中仍未 解决的关键技术继续进行科技攻关，主要目标为建立一套的洪涝灾害监测与评估 技术规程，使决策指挥调度、监测与评估的技术流程、数据管理、以及产品与成 果的编制、输出和传输等更加标准，令决策、指挥、管理和运行更加科学和规范。2遥感技术在洪涝监测中的应用2.1卫星遥感数据资源及业务需求（1）卫星数据资源目前我国已经基本形成由低、中、高分辨率，光学和雷达多种类型载荷组成 的卫星体系，可用于洪涝遥感监测应用。其中静止轨道卫星高分四号，一天数次 对地进行观测，空间分辨率达50米，主要对水体动态以及地表植被状况进行观 测。中等分辨率的陆地资源卫星，几天到十几天对关注地区观测一次，空间分辨 率从几米到几十米，主要解决对资源的普查和地表要素的观测与反演问题。通过 高分辨率观测卫星，需要数十天重复观测一次，可完成对地表对象的详查和大尺 度的地表要素观测。（2）洪涝监测业务需求卫星遥感具有覆盖面广、时效性强等特点，与地面监测站网数据的融合使用， 能有效提升防汛工作的科学决策能力，提升突发水事件应急处置能力，支撑水利 常规业务工作。通过遥感技术手段快速定位灾害发生位置，提取洪涝范围，分析 淹没水量和水深，评估和预测洪涝对耕地、居民地、城镇、公路、铁路和工矿企 业的影响，估计受灾人口、受淹房屋数量等。通过水利遥感数据处理与服务平台， 完成多源数据的采集、快速处理、信息快速提取、融合分析和专题产品快速生产。 实现对洪涝事件的快速响应、持续监测、及时上报和深入分析。2.2洪涝水体快速提取（1）洪涝水体提取遥感影像是卫星上装载的传感器对地表扫描采集的电磁波数据，在洪涝灾监 测业务中需要将这些影像数据快速转换为水体范围等业务信息。处理过程应尽量 减少人的干预，在确保精度的前提下提高处理速度，降低误提错提概率。在天气 晴好的条件下，主要应用光学影像，在阴雨有云覆盖条件下，主要采用可穿透云 雨的雷达影像数据。光学影像中水体的影像特征明确，边界清晰，精度高。光学影像提取的方法 很多，如单波段阈值法、比值法、植被指数法、水体指数法和面向对象法等。经 过实际应用，采用自适应的水体指数阈值分割方法进行水体快速提取效果较好。 雷达数据具有穿透云雨，可以全天候工作的特点，但是雷达数据会受地形影响， 对于山区会将阴影误判为水体。应用雷达数据进行水体提取，一般同时需要同时 加载地形数据作为辅助数据。（2）洪水淹没区和退水区的区分对于洪涝监测中还会遇到水势涨落，即涨水和退水的区分问题。在连续监测 过程中，涨水形成淹没范围扩大是单方向的，而在退水期，洪水回退，地表水面 面积减少，但是在地表经常还会存留一部分不连续的浅水和饱和土壤，而实际工 作中需要将二者区分开来。2.3洪涝范围识别和要素提取（1）洪涝范围识别针对遥感影像获取的水体范围，下一步需要做的就是洪涝范围的识别。这方 面主要解决的就是哪些是被水淹没的，哪些原来就是水体范围。处理方式主要有 两种：一种是将发生洪涝灾害后的影像提取的水体，与洪涝灾害前的遥感影像提 取的水体做减法，获取水体的变化部分。另一种，根据用水防护设施，如堤防， 以及事先划定的本底水体做对比。这两种方法对比，第二种方法在业务上更准确， 但是需要事先做好基础数据的准备。（2）洪涝要素提取应用遥感影像的空间信息，可以利用地理信息系统工具的测量功能，量取水 面宽度、水面长度等数量，这些数据对于抢险救灾和洪水预测预报具有意义。结 合地形数据，可以估算淹没水量、淹没水深等数据，如果堤防发生溃决还可以量 算溃口宽度等重要数据。影响评估主要估计淹没范围内的居民地（县城、乡镇、村庄）、房屋、人口、 耕地、交通线等受灾体的数量及空间分布状况。受灾程度评估则计算不同损失程 度受灾体的数量及空间分布状况。而经济损失评估则以货币形式来表达损失值的大小。不同评估层次的选择主要依赖于资料状况和评估时间要求。针对洪涝遥感监测特点，开展影响评估速度快，可以为决策支持部分快速提 供信息的洪涝遥感监测，是洪涝发生过程中的最主要的工作。进一步可以运用空 间模型对洪涝期间的基于河道断面的洪水预报结果进行拓展，根据水位预报，预 报对应的淹没区，基于精细地形数据对超大水体和河道外洪水水量估算，根据预 报的淹没范围，预报村庄、房屋、交通线、耕地等淹没标的物，运用叠置分析方 法，实时统计洪水范围内承灾体的信息统计。结束语我国地域广阔、自然条件复杂、洪涝灾害发生频度高，损失严重。虽然我国 已建立了比较完善的地面监测和灾情统计体系，建立了上下联通的信息传输网络， 但由于地面监测网络的覆盖程度不够，不能很好地满足应急指挥调度和精细化管 理要求，因而卫星遥感技术的应用成为对常规手段的必要补充。通过卫星遥感手 段可填补无地面监测站点的空白区的覆盖，并且通过遥感卫星对地面的扫描式全 面地表信息采集，实现监测站点无法实现的对洪水范围、淹没面积、淹没水深和 影响评价等要素的监测，补充地面监测站的信息种类和范围。参考文献：1 朱育红.淮河流域洪涝灾害及遥感技术的应用A.中国气象学会.第32届中国 气象学会年会S18气象卫星遥感新资料一一新方法一一新应用C.中国气象学会： 中国气象学会，2015： 2.2 曹罗丹.基于遥感与GIS的浙江省洪涝灾害风险评估研究D.宁波大学， 2014.3 黄诗峰.遥感技术在我国洪涝灾害监测评估中的应用J.中国减灾，2013（24）： 36-37.