遥感技术在水利行业中的应用

模型技术体系
若干支撑平台技术：三维可视化技术、共享平台技术等
完整的行业业务解决方案 智慧流域
水利数据调查与分析挖掘
智能水电站（虚拟现实）
水利数据中心建设 城市防汛应急 河长制管理软件 水利工程监测与智能管理 防汛抗旱决策支持平台
山洪灾害监测预警 河湖生态管理
水资源监控与管理 三维电子沙盘
水情监测与预报水情 洪水风险图绘制与管理
数字流域
丰富的行业经验
防汛抗旱
全国山洪灾害防治县级非工程措施 建设项目管理系统
全国山洪灾害防治网站建设 山洪灾害预警系统数据库国家标准
设计 广东省三防指挥系统二期工程决策
支持业务应用系统 北京市城市防洪预案系统 大连市防汛抗旱指挥系统雨、水、
工情系统 大连市防汛应急值守系统 丹东市鸭绿江防汛调度系统 黑龙江防汛决策支持系统中城市防
水利信息化技术整合与深化，流域智能化管理等
全国山洪灾害、水资源管理为主。大沽河、河 流生态、海南水普、中小河流等。
逐步壮大
2012-2013 业务扩张
面向水利应用单位业务应用及推广期 团队成长为深谙水利信息化业务、空 间信息技术、IT实施、和项目管理的 高水平团队
2009-2011
宁夏水利数据中心、山洪灾害、防汛抗旱、水 普成果应用等。
农业、林业、水利、地质矿产、能 源、土地、海洋、环保、测绘、城 乡规划、灾害监测等众多领域提供 不同层次服务
2005年10月
“北京一号” 小卫星
国土资源调查 土地利用监测 城市建设规划 环境及灾害监测 农业林业管理 重大工程监测
32米
2008年9月
环境减灾小卫 星星座2+1颗
小卫星
自然灾害 生态破坏 环境污染大范 围、全天候、全 天时动态监测
资源3号卫星 (全色2.1米，立体观测)
国家高分辨率卫星对地观测系统
高分系列卫星 (米级分辨率、宽视场、凝视)
预计到2020年前，“吉林”系列小卫星将有60颗在轨卫星，2030年达到138颗。
小卫星星座
新特点-更高时空分辨率
02
01 分辨率不断提高
高分二号的发射更标志着我国卫星空间分辨率已进入亚米级时代。
三峡水电 资源三号影像
2米分辨率
水利遥感应用技术发展
水利高 分专项 主要技 术成果
水利遥感应用技术发展
IPM – Image Processing Machine,自 动化遥感数 据处理机
亚米正射生产 线系列
米级正射生产 线系列
中分正射生产 线系列
有
效
合 成
按
影
需
像
定
生
制
产
线
流程清晰 过程可控 质量可查
30米
首颗高分立体测图 卫星“资源三号”
1:5万立体测图及更 大比例尺基础地理信息 产品的生产和更新 国土资源调查与监测 防灾减灾 农林水利 生态环境 城市规划与建设 交通、国家重大工程 等领域的应用提供服务
2.1米+5.8米
测绘卫星系列
高分辨率对地 观测卫星系列
2020年
在轨高分辨率对 地观测卫星数十颗 初步建成全球覆 盖与实时动态观测 能力的高分辨率对 地观测卫星系统 高空间（优于 10m） 高时间（<1天） 高波谱分辨率 （5-10nm）
扰 动 图 斑
法
打 印
案
防
机
例
治
责
任
范
围
平
板
调查表格及其
他资料
水利遥感应用 灌区管理
PLAC-DLP耕地地块生产线 • PLAC已突破了基于深度学习的规
模化地块提取技术，有能力在短时 间内完成广西全域的亚米级影像精 细地块一张图生产。
IPM-Merge有效数据生产线 • 通过IPM有效像元合成技术，有能
件 黑河流域三维虚拟仿真系统 黄河流域下游三维虚拟实景系统
山洪灾害 水污染、水生态
水资源 洪水风险图
整合国内外卫星数据资源，组建合成卫星
稳定数据源
• 国家卫星数据资源Hale Waihona Puke Baidu 线接入
• 国内外商业卫星资源 战略合作
4人，5天即可完成
人工目视提取
• 人工目视解译：3Km²/天 • 预计408人日
4人，四个月完成
影像
勾画样本
模型训练
影像边缘 图计算
矢量 地块计算
水利遥感应用市场分析
基于“全国水利信息化发展‘十三五’规划”确定的“8121”四类12项 水利信息化重点工程和当前“河长制”热点话题，分析遥感技术可应用的领域：
广东省三维电子沙盘 宁夏自治区三维电子江河系统 广西自治区三维电子沙盘 北京市防汛预警三维地理信息系统 省级山洪三维系统开发（河北） 大柳树水利枢纽三维电子沙盘展示
系统 飞来峡水库动库容调洪三维决策支
持系统 南瑞集团防汛决策支持系统GIS组
件及三维仿真系统软件 南水北调中线工程电子渠道管理软
水利工程管理 • 河湖水域岸线登记管理：基于遥感数据实现疑似涉河工程或违章建筑的动态监测
水利大数据分析与应用示范工程 • 水利设施和水资源天地网一体化监测：开展遥感水信息数据提取，建成水信息遥感数据产
品数据集，主要指地表水体数据
水利遥感应用市场分析
河湖综合信息门户
河长制办公室运营指挥中心 河湖移动应用门户
我国遥感事业发展过程中新的“三大战役”，为我国遥感事业的发展提供了新的机遇， 使我国遥感事业进入了快速发展的新时期，迎来了遥感数据资源的新特点。
新特点-国产卫星资源丰富
气象卫星
海洋卫星
资源卫星
2012年发射
环境减灾卫星 高分系列卫星
2003年10月 中巴资源02星
1999年10月 19.5米 中巴资源01星 +2.36米
数据目录库
基础数据库
应用共享库
统一数据目录 统一基础数据 统一应用共享
统一数据模型
服务器
存储虚拟化
网络环境
河长基础信息库
河长日常工作库 河长治理任务库 河湖管理一张图 应用专题数据库
数据资源
安全设备
基础硬件设施
移动终端设备
水质监测 遥测监测
水情监测 GPS定位
取用水监测 河湖巡查
河湖管理监测体系
视频监测 群众举报
02 全天候监测能力的提高
01
03
高分三号卫星是我国第一颗民用合成孔径雷达卫星，实现
全天候实时对地观测。
03 历史数据积累能力的提高
积累了自2010年以来的遥感数据资源，满足了不同 时间遥感影像数据对比分析及长序列数据演变分析 的需求。
我国的水问题
水多
水少
水脏
水土 流失
遥感数据在水利行业应用
水利行业传统遥感应用受遥感影像数据时空分辨率的限制，主要用于大尺度 的应用分析，如土壤墒情、灾情评估本底库、水环境调查等。
河湖管理业务应用
河湖社会参与微信门户
门户
河长管理机制信息 河长联席会议管理
河长日常办公管理 专项治理任务管理 专业模型与方法
河长监督考核管理 河长大数据分析
核心 业务 应用
统一登录平台
共享交换平台
空间支撑平台
公共中间件与统一资源服务
河湖管理专题数据中心
数据库管理平台
应用 支撑
技管 术理 标规 准范
统一 安全 策略
洪系统 长江、贛江流域实时洪水预报调度
系统 松花江流域洪水管理系统 郁江防洪调度决策支持系统 松花江流域防汛会商信息服务系统 安庆城市防洪及堤防管理信息系统 黄河凌汛监测系统 台风信息管理和评估系统
数据模型、数据管理 、数据中心
城市防汛应急
丰富的行业经验
防汛三维电子沙盘
七大流域及山东、宁夏、河北三维 电子江河系统
支撑 保障 体系
统统 一一 安安 全全 管防 理护
信息 安全 体系
河长制核心业务分析
协调
监督
监督对象
监督手段
下级 业务 具体 河长 部门 河流
行政 技术 监督 监督
遥感技术支持
水利遥感应用市场分析
水域动态监测
遥感图像解析对比
侵占河道 围垦湖泊 非法采砂 破坏航道
……
发展历程 形成体系 2014-2016
北京市防汛抗旱、河流生态、南水北调、广 东三防二期、第一次全国水利普查等。
水利信息化技术快速发展时期
2004-2008 起步阶段
全国、流域、省级三维电子沙盘。
水利信息化技术研究与探索期
强大的核心技术
数据技术体系
物理世界中水系统的各个要素之间 的相互关系在底层的数据组织层面 得以全面、准确地描述，从而极大 地支撑了应用层面对问题分析与决 策支持的需求，并且显著提升了应 对应用需求变化的效率
灾前4月22日
灾后7月3日
水利遥感应用 防汛抗旱
遥感大 数据+ 台风灾 害监测
今年13号台风“天鸽”于8月23日12时50分前后再珠海南部沿海登陆，带来狂风骤雨， 给珠海地区带来了严重的破坏和损失。利用遥感技术监测，结合灾前、灾后影像，为灾 后损失评估提供重要依据。
灾前（高分一号2月15日）
灾后（高分二号0.8米8月26日）
防汛抗旱 • 旱情预警与工程监视：开展基于遥感数据的旱情监视
水资源管理 • 三大监控体系完善：开展基于遥感数据的水功能区水质监测 • 应急监测能力建设：开展基于遥感数据的水质应急监测 • 重要流域水资源监控体系建设：开展基于遥感数据的重要流域饮用水源地、河流交汇点水
质监测
水利遥感应用市场分析
水土保持 • 水土保持预防监督管理系统完善：开展基于遥感数据的“天地一体化”监控 • 国家重点治理工程项目管理系统完善：开展基于遥感数据的治理“图斑精细化”管理 • 水土保持监测评价系统完善：开展基于遥感数据的水土保持监测 灌区管理 • 信息采集传输：采用遥感、遥测实现灌区墒情、灌溉面积、种植结构等信息的动态监测
结合遥感数据资源的新特点，水利行业遥感应用的新特点突出表现在分析对 象在时空上更为精细化，如水土保持“天地一体化”，河湖岸线管理疑似违 建监测等。
水利遥感应用 水土保持
“ 天 地 一 体 化 ” 监 控 示 例
前时相
后时相
前时相
后时相
水利遥感应用 水土保持
遥
移 动 采
感
影 像
测
集
距
设
仪
备 作 业
水利遥感应用 基础影像数据
基于国 产卫星 数据的 米级真 彩色全 国镶嵌 影像 （1-2 次/年更 新）
水利遥感应用 基础影像数据
水利遥感应用 基础影像数据
ZY3 DSM5米、ZY3 DSM15米、SRTM30产品比较
SRTM30m
ZY3 DSM15m
ZY3 DSM5m
ZY3 DOM
水利遥感应用 宣传教育
2014中
WorldView-3 (0.5m)
2013.4 GF-2 (0.8m)
进入21世纪以来，以高分卫星遥感系统为 全球基准，综合小卫星星座、超高分无人 机系统、地面传感网络等天地一体化的全 球观测运行平台正在构筑形成，立体观测、 实时感知、时空协同的新型遥感实现对地 球表层的全方位观测。
中巴资源卫星-02B (全色2.36米)
力以月甚至旬为周期进行全域地块 监测和类别提取。
PLAC-AgriTS作物类别提取生产线 • 通过PLAC时序分析技术，对每一
地块内作物类别进行精准识别，形 成种植结构，进而进行估产精算。
水利遥感应用 灌区管理
历史影像数据20160430
20170126变化检测结果
水利遥感应用 水资源管理
湖泊水体面积监测（季度/月份）
2016年7月25日东湖
2016年7月25日汤逊湖
中分/高分遥感 影像
水文观测数据/激 光雷达测距、 ICESat
湖库底地形数据
水体自适应提取
湖库水位
湖库底DEM
动态湖库水面边界
动态湖库水位 空间插值栅格
湖库动态库容遥感 估算
水利遥感应用 防汛抗旱
遥感大 数据+ 洪水灾 害监测
2017年夏季，南方洪水汛情较为严重。通过高分卫星影像的前后对比变化图，可以明显看到 长江流域湖北段相关水域水量急剧增大，并在沿岸形成了大范围洪涝淹没区，对受灾区域造成 了严重的损失。利用遥感技术监测，可为防汛指挥和灾后损失评估提供重要依据。
张祖勋院士团队核心技术 历时3年潜心打造
信息提取 有效数据 辐射处理 几何校正
数据制造4.0
水利遥感应用技术发展
基于深 度学习 技术的 基础地 块智能 提取
关键技术 基于深度学习技术的基础地块数据提取
深度学习框架
效率对比
深度学习提取
• 计算机自动提取：2小时 • 人工检查修改：60Km²/天 • 预计20人日
遥感-遥远的感知
从太空看地球
不接触或者接触不到，利用传感器记录目标反射或者发射出来的信息
对遥感的一些片面认识
卫星资源以国外的为主 遥感数据的时空分辨相对不足 遥感影像受天气影响较大 遥感数据使用价格较为昂贵
我国航天遥感“三大战役”
高分辨率对地观测系统重大专项 国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年） 全球综合地球观测系统（GEOSS）
新特点-从单一卫星到组合星座
IKONOS (0.8-1m)
1999.0 9
2007.9
QuickBird (0.61m)
GeoEye-1 (0.41m)
Pleiades-1 A (0.5m)
2001.1 0
2008.9 2009.10 WorldView-2
(0.41m)
2012.1
2011.12