水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展

楊 昆，黃詩(shī)峰，辛景峰，馬建威

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.水利部遙感技術(shù)應(yīng)用中心，北京 100038；3.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038）

1 引言

1980年，水利部遙感技術(shù)應(yīng)用中心（以下簡(jiǎn)稱“中心”）的建立是我國(guó)水利遙感拉開序幕的標(biāo)志。我國(guó)洪澇災(zāi)害頻繁，洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)也是我國(guó)最早開展水利遙感應(yīng)用的領(lǐng)域之一。1987年中心會(huì)同中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家測(cè)繪局、國(guó)家氣象局在永定河下游、黃河下游、長(zhǎng)江荊江段、洞庭湖區(qū)、淮河干流開展了“防汛遙感應(yīng)用實(shí)驗(yàn)”，相關(guān)研究成果在1991年中國(guó)東部特大洪水監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了顯著作用。由于災(zāi)害監(jiān)測(cè)的時(shí)效性要求很高，中心在“八五”和“九五”期間又會(huì)同中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家遙感中心航空遙感一部等單位成功研制了“航空遙感實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)”，可準(zhǔn)實(shí)時(shí)地滾動(dòng)顯示和打印洪澇遙感圖像。該成果被列為“八五”科技攻關(guān)十大世界領(lǐng)先成果，在1994、1995、1998、2003年的特大洪水監(jiān)測(cè)中都發(fā)揮了重大作用［1］。1990年代中期至2010年，隨著遙感技術(shù)發(fā)展，水利遙感應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)展，旱情遙感監(jiān)測(cè)逐步開展。在“九五”科技攻關(guān)“旱災(zāi)監(jiān)測(cè)與評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的建立與試運(yùn)行”專題研究中，分析研究了多種干旱宏觀監(jiān)測(cè)方法，建立了基于NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)的旱情遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?；贜OAA/AVHRR和MODIS等數(shù)據(jù)，對(duì)我國(guó)境內(nèi)發(fā)生的重大干旱進(jìn)行了遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。2010年至今，隨著高分重大專項(xiàng)實(shí)施，水利遙感朝著業(yè)務(wù)化應(yīng)用方向發(fā)展，水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)遙感應(yīng)用初步實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化。每年汛期，依托GF-3、RadarSat-2、COSMO-SkyMed等多種雷達(dá)衛(wèi)星和GF1、GF2、BJ2等光學(xué)衛(wèi)星等多源遙感數(shù)據(jù)，可在1～3 d對(duì)境內(nèi)洪澇災(zāi)害開展應(yīng)急監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)上報(bào)國(guó)家防辦。在干旱監(jiān)測(cè)方面，中心依托國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程，開展水利部旱情遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，目前實(shí)現(xiàn)了全國(guó)每旬一期旱情遙感監(jiān)測(cè)圖，監(jiān)測(cè)成果進(jìn)入中央抗旱業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為抗旱工作提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

2 水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展

2.1 洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展遙感技術(shù)對(duì)于重大自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與評(píng)估具有特殊的優(yōu)勢(shì)和潛力，尤其是對(duì)洪澇災(zāi)害的監(jiān)測(cè)評(píng)估。利用遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估洪澇災(zāi)害在我國(guó)已有較長(zhǎng)歷史，走在了其它遙感技術(shù)應(yīng)用的前頭，為防洪減災(zāi)決策提供了有力技術(shù)支持。

2.1.1 1980年代的防洪遙感試驗(yàn) 早在1983年，中心就用地球資源衛(wèi)星的TM影像調(diào)查了發(fā)生在三江平原撓力河的洪水，成功地獲取了受淹面積和河道變化的信息。1984年和1985年，用極軌氣象衛(wèi)星分別調(diào)查了發(fā)生在淮河和遼河的洪水。1987—1990年，在國(guó)家科委組織下，水利部、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家測(cè)繪局、國(guó)家氣象局和國(guó)家遙感中心航空遙感一部等眾多部門和單位合作，先后在永定河下游、黃河下游、長(zhǎng)江荊江河段和洞庭湖區(qū)以及淮河干流，開展了大規(guī)模的防洪遙感應(yīng)用試驗(yàn)?；谠撛囼?yàn)，在我國(guó)首次建立了全天候和準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)洪水的遙感系統(tǒng)，使國(guó)家防汛指揮部門在遠(yuǎn)離洪水幾百公里甚至幾千公里之外的指揮部里就可及時(shí)了解洪水的現(xiàn)場(chǎng)情況［2-3］。

1991年?yáng)|部地區(qū)發(fā)生特大洪澇災(zāi)害時(shí)，利用該系統(tǒng)曾對(duì)太湖流域、淮河流域、滁河—巢湖流域以及武漢地區(qū)的洪水進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，其中太湖流域與淮河流域的洪水圖像還進(jìn)行了準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸，對(duì)淮河流域、太湖流域、滁河—巢湖流域以及安徽、江蘇、湖北三省的受災(zāi)面積進(jìn)行了評(píng)估［4］。雷達(dá)洪水圖像準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸?shù)剿?，用于?guó)家防總召開的抗洪救災(zāi)會(huì)商，發(fā)揮了重大作用，效果顯著，受到國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)和國(guó)家防汛指揮部的高度評(píng)價(jià)和國(guó)內(nèi)外同行的廣泛重視。該成果獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

2.1.2 1990年代全天候?qū)崟r(shí)航空遙感系統(tǒng)的研制 繼防汛遙感應(yīng)用試驗(yàn)之后，國(guó)家“八五”重大科技攻關(guān)和“863高技術(shù)”計(jì)劃又共同支持了全天候?qū)崟r(shí)航空遙感系統(tǒng)的研制。該項(xiàng)目由國(guó)家科委、水利部、中科院和國(guó)家遙感中心航空遙感一部等4個(gè)部門共同組織，1991年4月啟動(dòng)，1996年4月通過國(guó)家驗(yàn)收和鑒定。

該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)采用機(jī)—星—地模式，由航空遙感平臺(tái)分系統(tǒng)、雷達(dá)實(shí)時(shí)成像分系統(tǒng)、航空衛(wèi)星通信分系統(tǒng)以及地面圖像信息處理分系統(tǒng)幾部分組成，實(shí)現(xiàn)了全天候工作、圖像實(shí)時(shí)（秒級(jí)）傳輸、應(yīng)用機(jī)動(dòng)靈活、覆蓋面積大以及災(zāi)情評(píng)估等5大功能。該系統(tǒng)在研制期間和研制成功后，于1994—1996年的汛期連續(xù)3年先后對(duì)廣東、廣西、江西、湖南、湖北、遼寧、河北7省區(qū)的洪水進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)揮了重大作用［5］。項(xiàng)目成果被列為我國(guó)“八五”攻關(guān)十大世界領(lǐng)先水平項(xiàng)目的第一名。

在該項(xiàng)目基礎(chǔ)上，“九五”期間，通過進(jìn)一步的科技攻關(guān)，將雷達(dá)圖像實(shí)時(shí)傳輸分辨率由6 m提高到3 m，并且在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)壓縮、GPS數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)復(fù)合與傳輸、系統(tǒng)可靠性及工程化方面做了許多改進(jìn)。2003年10月，航空遙感實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)工程化與試運(yùn)行成果獲得中國(guó)水科院2000年度科技進(jìn)步應(yīng)用一等獎(jiǎng)，2003年又獲得大禹水利科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)。

2.1.3 重大自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的建立 “九五”期間，科技部在16個(gè)國(guó)家重中之重科技攻關(guān)項(xiàng)目之一的“遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)綜合應(yīng)用研究”中，列入“重大自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的建立”課題，將“水、旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的建立與試運(yùn)行”作為一個(gè)專題。該專題按業(yè)務(wù)化和實(shí)用化的要求，對(duì)水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估中仍未解決的關(guān)鍵技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行科技攻關(guān)，主要目標(biāo)為建立一套的洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程，使決策指揮調(diào)度、監(jiān)測(cè)與評(píng)估的技術(shù)流程、數(shù)據(jù)管理、以及產(chǎn)品與成果的編制、輸出和傳輸?shù)雀訕?biāo)準(zhǔn)，令決策、指揮、管理和運(yùn)行更加科學(xué)和規(guī)范。

通過攻關(guān)研究，解決了星載和機(jī)載洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了軟硬件、模型和方法以及數(shù)據(jù)的集成，建成了一個(gè)可業(yè)務(wù)化運(yùn)行的集成系統(tǒng)。系統(tǒng)于1999年4月初步建成，并在1998、1999年及2000年開展了業(yè)務(wù)化試運(yùn)行，為國(guó)家防汛抗旱總指揮部以及通過國(guó)家遙感中心向國(guó)務(wù)院辦公廳秘書局提供了大量監(jiān)測(cè)服務(wù)。1998年，在系統(tǒng)集成工作尚還未完成時(shí)就執(zhí)行了9次監(jiān)測(cè)任務(wù)，大多在36 h內(nèi)完成任務(wù)，1999年4月系統(tǒng)集成之后，處理速度進(jìn)一步提高，高分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)評(píng)估執(zhí)行時(shí)間均不超過24 h，而用機(jī)載SAR的也縮短到36 h。2000年隨著基礎(chǔ)資料條件的完善，高分辨率衛(wèi)星監(jiān)測(cè)評(píng)估全部在12 h以內(nèi)完成［6］。

洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估集成系統(tǒng)成果2001年被評(píng)為“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃優(yōu)秀科技成果，并獲得中國(guó)水科院2000年度科技進(jìn)步應(yīng)用一等獎(jiǎng)以及2003年度水利部大禹水利科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)。

2.1.4 洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)與災(zāi)情評(píng)估技術(shù) 2002年2月至2004年8月，中心承擔(dān)國(guó)家科技部公益研究專項(xiàng)“洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)與風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)研究”。系統(tǒng)地分析和研究了洪澇災(zāi)害的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)基于SAR數(shù)據(jù)的快速糾正和洪澇水體的自動(dòng)提取技術(shù)進(jìn)行了研究。在利用Radarsat數(shù)據(jù)對(duì)2003年淮河流域洪水進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中，為淮河流域防洪減災(zāi)決策提供了重要的參考。探討了遙感與GIS在分布式流域水文模型中的應(yīng)用，以淮河流域?yàn)槔?，建立了水文學(xué)與水力學(xué)相結(jié)合的洪水預(yù)報(bào)模型，并利用遙感技術(shù)獲取了模型中的部分參數(shù)，模型的預(yù)報(bào)精度達(dá)到了防汛指揮調(diào)度的要求。全面、深入地探討了基于遙感與GIS的洪澇災(zāi)害損失評(píng)估技術(shù)方法，重點(diǎn)研究了洪澇水體空間分布信息的獲取與計(jì)算方法、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的空間展布、洪災(zāi)損失率的確定與計(jì)算方法等。在上述研究的基礎(chǔ)上，建立了基于GIS空間信息格網(wǎng)的洪澇災(zāi)害損失評(píng)估模型，并通過2003淮河流域洪水蓄洪區(qū)的洪災(zāi)損失評(píng)估驗(yàn)證了損失評(píng)估模型的可行性。該成果2004年獲中國(guó)水科院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，2005年獲水利部大禹科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

2.1.5 高分水利遙感應(yīng)用示范系統(tǒng)（一期）—洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè) 2013—2015年，依托高分水利遙感應(yīng)用示范系統(tǒng)（一期）—水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)科研和示范應(yīng)用項(xiàng)目，開展了針對(duì)我國(guó)自主高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)的洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)研究。該項(xiàng)目重點(diǎn)針對(duì)GF-3號(hào)衛(wèi)星SAR影像特點(diǎn)，研發(fā)單極化SAR、雙極化SAR和全極化SAR數(shù)據(jù)的水體自動(dòng)提取方法；利用DEM等數(shù)據(jù)，研究影像山體陰影剔除方法，從而提高了洪澇災(zāi)害水體提取的精度［7］；在多時(shí)相洪水遙感監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，基于改進(jìn)變分水平集方法，定量化反演洪水淹沒歷時(shí)，實(shí)現(xiàn)具有時(shí)空一致性的洪澇淹沒歷時(shí)專題圖制作。

2.2 旱情遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展干旱現(xiàn)象比較復(fù)雜，其遙感監(jiān)測(cè)不像洪澇監(jiān)測(cè)那樣直接簡(jiǎn)單，但遙感技術(shù)以其宏觀、快速、動(dòng)態(tài)、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，是干旱監(jiān)測(cè)研究的有效重要手段。

中心于1990年代初，在河南、山東和吉林就開始了旱情遙感監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)研究，利用ERS、JERS以及機(jī)載SAR圖像在山東萊陽(yáng)、招遠(yuǎn)等地進(jìn)行三同步土壤水分監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究。在“九五”科技攻關(guān)“旱災(zāi)監(jiān)測(cè)與評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的建立與試運(yùn)行”專題研究中，分析研究了多種干旱宏觀監(jiān)測(cè)方法，建立了基于NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)的旱情遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2001年起，中心承擔(dān)了國(guó)家社會(huì)公益研究專項(xiàng)資金項(xiàng)目“旱情遙感監(jiān)測(cè)實(shí)用方法與業(yè)務(wù)化實(shí)驗(yàn)研究”，在系統(tǒng)分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)外干旱遙感監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，探討了現(xiàn)有模型方法的優(yōu)勢(shì)與不足，提出了改進(jìn)的旱情遙感監(jiān)測(cè)模型［8-10］。通過在黑龍江省進(jìn)行的試驗(yàn)研究，建立了旱情遙感監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)以及基于新安江水文模型的墑情預(yù)報(bào)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布系統(tǒng)。該項(xiàng)成果在理論方法以及系統(tǒng)集成方面具有突破和創(chuàng)新，獲2004年度中國(guó)水科院科技進(jìn)步應(yīng)用二等獎(jiǎng)。

從2003年開始，承擔(dān)了科技基礎(chǔ)性工作與社會(huì)公益研究專項(xiàng)“水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)體系研究與建立”項(xiàng)目。重點(diǎn)對(duì)旱情遙感監(jiān)測(cè)模型的開發(fā)、旱災(zāi)評(píng)估方法、旱情預(yù)測(cè)與預(yù)警方法等進(jìn)行了研究［11］。建立了不同旱情遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理和處理方法，提出了夜間遙感圖像云識(shí)別的新方法，并開發(fā)了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于水量平衡的土壤墑情預(yù)報(bào)模型，建立了基于上述模型的土壤墑情預(yù)報(bào)方案。該項(xiàng)研究獲2008年度中國(guó)水科院科技進(jìn)步應(yīng)用一等獎(jiǎng)。

2006年起先后完成了科技部社會(huì)公益研究專項(xiàng)“官?gòu)d密云水源地安全遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)估”、水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“災(zāi)難性洪旱回溯模擬及對(duì)策評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)研究”、863計(jì)劃課題“面向服務(wù)的區(qū)域河流遙感監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)”等研究任務(wù)，對(duì)水體面積提取、地表參數(shù)反演［12-14］、歷史旱情模擬等方法進(jìn)行了深入研究，為干旱指數(shù)計(jì)算、旱情監(jiān)測(cè)模型研制奠定了基礎(chǔ)。

2013年承擔(dān)了“高分水利遙感應(yīng)用示范系統(tǒng)（一期）—水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)”等高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)，對(duì)土壤含水量反演、旱情監(jiān)測(cè)產(chǎn)品制作等進(jìn)行了深入研究，建立了旱情監(jiān)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程與規(guī)范［15-16］。

2015年起承擔(dān)了國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程“水利部旱情遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)”項(xiàng)目，對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理、數(shù)據(jù)融合、模型方法、專題分析、技術(shù)集成等進(jìn)行了深入研究［17-19］，在旱情遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化應(yīng)用上取得了顯著進(jìn)步。

通過近30年的技術(shù)研究，在多源數(shù)據(jù)處理、旱情指標(biāo)、監(jiān)測(cè)模型、旱情分析、旱情評(píng)估等方面有所突破，在大范圍、宏觀旱情監(jiān)測(cè)方法研究取得了一定進(jìn)展。旱情遙感監(jiān)測(cè)研究成果總體上達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，在旱情評(píng)估方面達(dá)到世界先進(jìn)水平。

3 水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用進(jìn)展

3.1 洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用進(jìn)展洪澇災(zāi)害的遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)在1999年4月初步建成，在2005、2008、2013、2015、2017年先后5次進(jìn)行大的更新，使得其不斷滿足日益增長(zhǎng)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理的需要和洪澇應(yīng)急監(jiān)測(cè)的需求，在1998年長(zhǎng)江松花江流域洪水、2000年西藏易貢山發(fā)生特大滑坡、2003年淮河流域洪水、2008年四川省汶川地震、2010年青海玉樹地震、2013年黑龍江流域洪水、2014年云南魯?shù)榈卣稹?016年長(zhǎng)江中下游洪水、2017年吉林省永吉縣特大洪水等一系列的突發(fā)涉水災(zāi)害中，該系統(tǒng)均發(fā)揮了重要作用。利用該系統(tǒng)開展洪澇災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)，為國(guó)家防汛抗旱總指揮部辦公室以及通過國(guó)家遙感中心向國(guó)務(wù)院辦公廳提供了一系列的信息服務(wù)。典型應(yīng)用實(shí)例如下。

（1）1998年，長(zhǎng)江、松花江流域發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害。中心通過衛(wèi)星遙感與航空遙感相結(jié)合，動(dòng)態(tài)獲取長(zhǎng)江流域和松花江流域洪澇影像，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)報(bào)送國(guó)家防辦及相關(guān)部門，為防洪救災(zāi)提供重要支撐。其中基于航空遙感的大慶油田油井受淹情況監(jiān)測(cè)成果第一時(shí)間送到現(xiàn)場(chǎng)，為油田防洪和生產(chǎn)調(diào)度提供了第一手資料，為油田在大災(zāi)之年超額完成生產(chǎn)任務(wù)貢獻(xiàn)了力量。為此，大慶市委專門發(fā)來了感謝信。

（2）2008年5月12日四川省汶川地區(qū)發(fā)生了強(qiáng)烈地震，地震誘發(fā)了眾多崩滑流災(zāi)害。部分沿江河兩岸分布的大型滑坡堵塞河道，形成堰塞湖。中心采用福衛(wèi)2、SPOT5、中巴資源衛(wèi)星、北京1號(hào)小衛(wèi)星、ALOS、遙感1號(hào)、Envisat和Radarsat等衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對(duì)35個(gè)大型地震堰塞湖進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并對(duì)唐家山堰塞湖進(jìn)行了連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果為國(guó)家防辦地震堰塞湖科學(xué)處置與減災(zāi)決策提供了科學(xué)依據(jù)。

（3）2010年4月14日，青海省玉樹藏族自治州發(fā)生了Ms7.1級(jí)地震。為了及時(shí)了解地震對(duì)當(dāng)?shù)厮こ淘斐傻挠绊?，中心利用?zāi)后高分辨率航空影像，結(jié)合震前北京一號(hào)小衛(wèi)星、SPOT正射影像，對(duì)水利工程損毀情況進(jìn)行了應(yīng)急監(jiān)測(cè)，并編寫監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)報(bào)水利部，得到陳雷部長(zhǎng)的批示。

（4）2016汛期，受超強(qiáng)厄爾尼諾現(xiàn)象影響，湖北、安徽等省發(fā)生了罕見的暴雨洪澇災(zāi)害。中心利用BJ-2號(hào)、COSMO-SkyMed等遙感數(shù)據(jù)，對(duì)湖北省新洲、童家湖等地區(qū)，安徽省安慶市、池州市等地開展了應(yīng)急監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果提交至國(guó)家防總辦公室，為準(zhǔn)確了解災(zāi)情提供了數(shù)據(jù)支持。在這一系列的應(yīng)急監(jiān)測(cè)中，針對(duì)高分辨率遙感影像，采用面向?qū)ο蠓指畹乃w識(shí)別算法，顯著提高了水體監(jiān)測(cè)的效率和精度，大大縮短了數(shù)據(jù)處理時(shí)間。

（5）2017年7月13—14日，吉林省中部地區(qū)特別是吉林市出現(xiàn)強(qiáng)降雨，局部出現(xiàn)特大暴雨。降雨導(dǎo)致吉林市境內(nèi)溫德河發(fā)生超歷史實(shí)測(cè)記錄的特大洪水，吉林市轄區(qū)局部地區(qū)受災(zāi)，永吉縣全域全方位受災(zāi)，道路橋梁中斷，房屋倒塌，農(nóng)作物受損嚴(yán)重，部分群眾被困。中心迅速啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)，于2017年7月14日5點(diǎn)31分獲取了永吉縣地區(qū)雷達(dá)圖像，對(duì)吉林市市轄區(qū)及永吉縣境內(nèi)洪澇災(zāi)情進(jìn)行了應(yīng)急遙感監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)提交給水利相關(guān)部門，為準(zhǔn)確了解淹沒范圍及救援工作提供了有力的數(shù)據(jù)支持［20］。該次監(jiān)測(cè)是利用國(guó)產(chǎn)高分三號(hào)雷達(dá)數(shù)據(jù)開展洪澇應(yīng)急監(jiān)測(cè)的典范，為后續(xù)進(jìn)一步利用高分三號(hào)數(shù)據(jù)開展突發(fā)涉水災(zāi)害的監(jiān)測(cè)提供了基礎(chǔ)。

可以看出，隨著國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)的逐漸增多，洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)的不斷完善，對(duì)洪澇災(zāi)害的響應(yīng)速度逐漸提高，對(duì)于我國(guó)國(guó)產(chǎn)雷達(dá)衛(wèi)星，如高分3號(hào)，可以通過應(yīng)急響應(yīng)通道快速獲取災(zāi)區(qū)影像。另外，產(chǎn)品空間分辨率逐漸提高，最高可達(dá)到米級(jí)，可以精確識(shí)別潰口信息。未來，隨著我國(guó)《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015—2025年）》的不斷實(shí)施，以及歐空局哥白尼計(jì)劃的開展，越來越多的衛(wèi)星開始組網(wǎng)觀測(cè)，將進(jìn)一步提高全球任一地區(qū)的影像覆蓋頻率。洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)也將進(jìn)一步更新和完善，適應(yīng)新時(shí)代下的洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)高頻次、高精度、快速響應(yīng)的需求。

3.2 旱情遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用進(jìn)展通過旱情遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，探討了旱情指標(biāo)、旱情指數(shù)、監(jiān)測(cè)模型、技術(shù)流程、產(chǎn)品規(guī)范等問題，為系統(tǒng)開發(fā)及旱情遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1999年，與國(guó)家氣象局合作，利用熱慣量法、植被指數(shù)距平法、供水指數(shù)法和缺水指數(shù)法等干旱宏觀監(jiān)測(cè)方法，研發(fā)了基于氣象衛(wèi)星NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)的“旱情遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)”，從系統(tǒng)建成始，每當(dāng)有區(qū)域性旱災(zāi)時(shí)，都進(jìn)行了宏觀旱情監(jiān)測(cè)評(píng)估，向國(guó)家防汛抗旱總指揮部辦公室報(bào)告旱情狀況，并通過國(guó)家遙感中心向國(guó)務(wù)院辦公廳提供旱情信息服務(wù)。

2004年，在旱情遙感監(jiān)測(cè)模型、土壤墑情預(yù)報(bào)模型研究基礎(chǔ)上，開發(fā)了“黑龍江省旱情遙感監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)具有逐旬墑情監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和發(fā)布的能力，成為利用遙感手段的全國(guó)第一個(gè)業(yè)務(wù)化的省級(jí)干旱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)自2004年投入運(yùn)行，在黑龍江省抗旱減災(zāi)中發(fā)揮了重要作用。

2006年，集成旱情遙感監(jiān)測(cè)模型、旱災(zāi)評(píng)估模型、土壤墑情預(yù)測(cè)模型等，研發(fā)了“全國(guó)旱情遙感監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)報(bào)系統(tǒng)”。利用該系統(tǒng)對(duì)2006年重慶和四川地區(qū)旱情、2010年西南五省干旱、2014年北方14省市旱情進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2016年，在前期旱情遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究基礎(chǔ)上，開發(fā)了“水利部旱情遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)是國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程的重要部分，自2017年起開始系統(tǒng)運(yùn)行，每年為國(guó)家防辦提供30多期全國(guó)和重點(diǎn)區(qū)域的旱情監(jiān)測(cè)產(chǎn)品以及典型水體的監(jiān)測(cè)報(bào)告［19］。特別是在黑龍江省旱情監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用，為黑龍江省防辦每旬提供1期旱情監(jiān)測(cè)信息。旱情遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)在我國(guó)東北區(qū)和華北區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用示范，運(yùn)行效果良好，對(duì)我國(guó)旱情遙感監(jiān)測(cè)方面的推廣應(yīng)用具有重要的示范作用，潛在的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益巨大，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

總之，在旱情遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基礎(chǔ)上，逐步解決了軟件、數(shù)據(jù)、模型與方法等問題，實(shí)現(xiàn)了旱情遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化應(yīng)用。今后應(yīng)綜合遙感、氣象、水文、農(nóng)業(yè)、生態(tài)等因素，結(jié)合土地利用、灌溉條件、水利設(shè)施等對(duì)農(nóng)業(yè)旱情、城鎮(zhèn)干旱缺水、生態(tài)干旱等進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估，為國(guó)家抗旱減災(zāi)提供重要依據(jù)。

4 水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究展望

經(jīng)過多年的發(fā)展，水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)取得了很大進(jìn)展，在防洪抗旱減災(zāi)中發(fā)揮了重要作用，但面對(duì)防洪抗旱減災(zāi)新形勢(shì)與新要求，水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)離實(shí)用化、業(yè)務(wù)化的目標(biāo)還有一定距離。目前急待解決的問題和發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

4.1 全天候、全天時(shí)大范圍洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)隨著我國(guó)國(guó)家基礎(chǔ)空間設(shè)施的開展，越來越多的衛(wèi)星發(fā)射升空，顯著提高了我國(guó)的衛(wèi)星遙感觀測(cè)能力。當(dāng)前，基于Sentinel-1號(hào)雷達(dá)數(shù)據(jù)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)12 d的重復(fù)觀測(cè)，部分地區(qū)可以實(shí)現(xiàn)6 d的重復(fù)觀測(cè)。未來，利用哨兵系列衛(wèi)星，結(jié)合我國(guó)高分系列衛(wèi)星，充分利用雷達(dá)、光學(xué)衛(wèi)星組網(wǎng)觀測(cè)，將可以實(shí)現(xiàn)我國(guó)境內(nèi)1～3 d數(shù)據(jù)全覆蓋，洪澇遙感監(jiān)測(cè)將從應(yīng)急，提升到全天候、近全天時(shí)的監(jiān)測(cè)。由于我國(guó)地域遼闊，獲取的海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和快速處理也將是一個(gè)研究重點(diǎn)。

4.2 基于無人機(jī)遙感的洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)作為星載衛(wèi)星的補(bǔ)充，無人機(jī)遙感以其迅捷、可以組網(wǎng)觀測(cè)等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)越來越多的應(yīng)用到了洪澇災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)中。針對(duì)流域范圍內(nèi)洪澇災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與災(zāi)情快速評(píng)估的需要，利用長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)+輕小型無人機(jī)+系留浮空器平臺(tái)進(jìn)行洪水災(zāi)前、災(zāi)中和災(zāi)后動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，獲取視頻、可見光、SAR正射影像數(shù)據(jù)，系留浮空器提供的區(qū)域場(chǎng)景連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，獲取淹沒范圍等洪澇信息，居民地及房屋、道路、耕地等損毀災(zāi)情信息，滿足實(shí)時(shí)防洪會(huì)商決策需要，滿足小時(shí)級(jí)洪澇災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)。

4.3 城市洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)估采用高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)和無人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立城市洪澇災(zāi)害多頻次、精細(xì)化監(jiān)測(cè)體系，快速獲取城市淹沒面積等數(shù)據(jù)，結(jié)合城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取受淹道路、房屋等受災(zāi)體分布信息；基于城市洪澇一體化模擬仿真系統(tǒng)，根據(jù)模擬或遙感獲取的淹沒水深、淹沒范圍，計(jì)算供水、供電、交通等生命線工程中斷歷時(shí)，建立基于淹沒水深、淹沒面積、淹沒歷時(shí)等洪澇災(zāi)害特征的城市洪澇災(zāi)害評(píng)估模型；開展城市洪澇災(zāi)害淹沒范圍快速影響評(píng)估，快速評(píng)估損失量，為調(diào)度決策提供依據(jù)。

4.4 基于光學(xué)遙感與微波遙感多源數(shù)據(jù)協(xié)同反演的旱情監(jiān)測(cè)技術(shù)基于光學(xué)、主動(dòng)微波、被動(dòng)微波等遙感數(shù)據(jù)，開展多源數(shù)據(jù)協(xié)同反演研究，解決監(jiān)測(cè)產(chǎn)品覆蓋范圍、分辨率、云層影響等問題；重點(diǎn)研究多尺度數(shù)據(jù)融合、多源數(shù)據(jù)同化等關(guān)鍵技術(shù)，以及數(shù)據(jù)自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化快速處理技術(shù)，提高定量化遙感反演的水平和精度。

4.5 旱情監(jiān)測(cè)綜合模型研究基于遙感、氣象、水文、農(nóng)業(yè)等干旱指數(shù)，結(jié)合灌溉、作物種植結(jié)構(gòu)等信息，分析研究不同地理環(huán)境條件、地表覆蓋類型、生長(zhǎng)季等因素對(duì)各干旱指數(shù)的影響及相互關(guān)系，并考慮模型模擬結(jié)果，建立旱情監(jiān)測(cè)綜合模型，將提高模型的適用性、可靠性和實(shí)用性。

4.6 水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化應(yīng)用研究從業(yè)務(wù)化和工程化出發(fā)研制適用的水旱災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)綜合模型，開發(fā)水旱災(zāi)害監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化應(yīng)用系統(tǒng)，為防洪抗旱管理決策提供可靠的、穩(wěn)定的、持續(xù)的水旱災(zāi)情信息，為防洪抗旱減災(zāi)提供全方位的服務(wù)。