遥感技术在四川省水土保持监测监管中的应用_唐云逸.pdf

四 川 水 利水土保持遥感技术在四川省水土保持监测监管中的应用唐云逸，游 翔*，杨雅松，姚 洋，廖睿智，杨玉婷（四川省水土保持生态环境监测总站，成都，）【摘 要】遥感技术在水土保持监测、监管工作中应用逐渐广泛和深入。文章通过介绍四川省水土保持监测监管的具体应用实例，总结遥感技术在水土保持工作应用中的优缺点，并为未来的技术应用方向提供参考和建议。【关键词】遥感 水土保持监测 水土保持监管 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）引言水土保持监测、监管是对区域或者某一项目的水土流失现状、水土保持措施实施情况等进行了解和评估的过程，两者均是水土保持工作的重要环节，两项工作的开展有利于预防和治理水土流失，以达到减少水土流失造成的危害、最大可能保护水土资源的目的。传统的监测手段，主要依靠人工现场量测，监测效率低，大型项目需耗费大量人力物力。常用的测钎法和径流小区法等设施监测方法受人为活动扰动频繁、施工破坏较大，监测数据精度难以保障。传统水土保持监管主要通过相机拍摄、现场问询、资料分析等方式进行定性评价，导致项目实际扰动面积、堆土堆渣量等重要监管数据难以精准获取，铁路、高速公路等线型项目，只能挑选个别点位进行现场监管，导致监管的全面性和准确性受到限制。遥感等新兴技术在水土保持监测、监管工作中的应用有效弥补了传统监测、监管方法的不足。本文在对遥感技术应用原理介绍的基础上，阐述了其在四川省水土保持监测、监管中的应用情况，总结了遥感技术应用的优缺点，为水土保持监测、监管相关技术的选择及应用提供参考。遥感技术水土保持监测监管应用原理遥感技术是利用遥感影像不同图斑的色彩、纹理、光谱等信息，对遥感影像进行分类，提取土地利用信息、植被信息等。卫星遥感技术结合、实测地形图等地形数据，对项目或区域水土流失现状、水土保持措施实施情况等进行分析，可助力水土保持监测、监管工作。对于单一生产建设项目，利用影像可提取工程扰动范围，确定取（弃）土场、临时堆土区、施工临时设施布设位置及规模，同时以地形数据为基础，通过影像解译、模型计算等，可提取水土保持措施、植被覆盖度、土壤侵蚀量等监测、监管数据。对于面域的监测、监管，利用影像解译获得的土地利用数据，结合地形、植被覆盖等数据可用于计算区域土壤侵蚀强度和土壤侵蚀面积，分析土壤侵蚀空间分布情况，实现面域水土保持监测；通过解译遥感影像，提取疑似扰动图斑进行合规性分析，可实现面域水土保持监管。利用不同时相的遥感影像，可直观地了解监测、监管对象的变化情况，实现监测、监管通讯作者唐云逸，游 翔，杨雅松，等：遥感技术在四川省水土保持监测监管中的应用 动态化。四川省水土保持监测监管中的应用 四四川川省省水水土土流流失失动动态态监监测测 应应用用概概况况自 年起全国每年定期开展水土流失动态监测项目，该工作的主要目的是对全国各区县水土流失情况进行计算和分析。以 年四川省省级监测区水土流失动态监测为例，以高分辨率遥感影像为信息源，通过基础资料收集、解译标志建立、遥感解译及专题信息提取、野外复核验证、土壤侵蚀模型计算、数据分析等技术手段，以县级行政区为单元，计算出 年四川省省级监测区水土流失面积及强度，通过对比历史监测数据，分析评价水土流失年度动态变化情况，实现动态监测。技技术术应应用用水力侵蚀定量计算基于中国土壤流失方程（），模型需对 因子数据进行叠加计算，其中降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子 由水利部下发；坡长因子、坡度因子 主要基于 地形数据计算获得；耕作措施因子 通过查表获取；而植被覆盖与生物措施因子 和工程措施因子 的计算需基于遥感影像的解译和提取。（）遥感解译土地利用、水土保持措施水利部下发高分辨率遥感卫星影像，分辨率均为，时相为 年 月 年 月，共计使用 景。根据遥感影像的空间分辨率、时相、色调和监测对象的几何特征等，结合外业调查，建立土地利用遥感解译标志。在野外调查建立的解译标志基础上，采取人机交互方法进行信息提取，采用目视解译，解译出耕地、园地、林地、草地等土地利用一级类 类，水田、水浇地、旱地、果园、茶园、其他园地等二级类 类。四川省省级监测区 年动态监测共计提取了 个土地利用图斑。结合解译标志，获取测区水土保持生物措施、工程措施、地表覆盖措施等水土保持措施的类型、长度和范围等数据。（）遥感影像提取植被覆盖度利用 空间分辨率的 归一化植被指数（）产品提取研究区植被覆盖度。采用参数修订的方法，得到每年 个半月 空间分辨率的植被覆盖度数据，用于植被覆盖与生物措施因子 计算。监监测测成成果果与与分分析析（）监测成果以县为单元生成各区县土地利用、植被覆盖、土壤侵蚀、水土保持措施、人为扰动地块五个专题的矢量或栅格数据，监测精度达到。并形成了图表成果，每个区县共计 张表格、幅专题图。（）数据分析根据计算，年度省级监测区水土流失面积为，较上一年度减少了，减幅为 ，不同强度等级的流失面积也在减少，水土流失侵蚀强度表现出减缓趋势。从空间分布来看，省级监测区所有区县的水土流失面积均有所减少，其中水土流失面积减少较大的区域主要集中于嘉陵江下游省级水土流失重点治理区、沱江下游省级水土流失重点治理区、峨眉山省级水土流失重点预防区。（）技术应用分析利用遥感解译、提取土地利用、水土保持措施、植被覆盖等信息，利用模型计算，实现水土流失面积、强度、分布分析，以县级行政区为单元，分析评价水土流失年度动态变化，实现各级行政区动态数据严格闭合的省级监测区水土流失年度动态变化情况分析评价，为各级人民政府落实水土保持目标责任、开展生态文明评价考核提供基本依据。四四川川省省生生产产建建设设项项目目遥遥感感监监管管 应应用用概概况况生产建设项目遥感监管是利用遥感技术开展面域尺度水土流失监管的典型应用，其原理是利用卫星遥感影像解译疑似图斑，通过无人机遥测、现场复核、平台录入等技术手段，判定生产建设活 四 川 水 利动和防治措施的合规性，从而为水土保持“三同时”制度落实提供监督执法以及决策依据。以四川省 年度生产建设项目水土保持遥感监管为例，在水利部全国 年生产建设项目水土保持“天地一体化”监管工作基础上，加密开展 批次省级监管，实现了覆盖全省域的区域性监管。技技术术应应用用（）遥感影像收集及预处理收集覆盖全省的空间分辨率优于、时相以 年 月为主的遥感影像，对收集的影像进行辐射纠正、几何校正、融合、镶嵌等处理工作，确保全省监管影像全覆盖。（）建立解译标志针对全省的不同类型生产建设项目，展开野外抽样调查，根据遥感影像特征和野外抽样调查结果，建立不同类型生产建设项目解译标志。（）扰动图斑遥感解译与下发遥感解译主要采取人机交互解译的方式，结合解译标志和先验经验，以四川省各县区内面积不小于 的扰动图斑作为解译对象，初步判定扰动图斑所属的生产建设项目类型，凡是符合扰动特征的，按疑似生产建设项目扰动图斑进行解译。遥感解译获取的疑似违规（未批先建、超出防治责任范围、风险图斑）图斑利用生产建设项目水土保持信息化监管服务平台下发至复核单位进行现场复核、认定，对认定为违规项目的开展查处工作，从而实现水土保持监管目的。监监管管成成果果与与分分析析（）调查结果 年四川省省级加密监管共获取到卫星遥感影像 景，全省覆盖率为；共建立解译标志 套，涵盖公路工程、水利枢纽工程、工业园区工程等项目类型共计 类。全省共解译提取扰动图斑 个，下发扰动图斑 个，实际复核图斑 个。全省认定为违法违规项目 个，违规项目占比为 ，其中“未批先建”项目 个、“未验先投”项目 个、“超出防治责任范围边界”项目 个、“未批先弃”项目 个、“建设地点变更”项目 个、“未批先变”项目个。（）数据分析从各市州的认定查处情况来看，在本次监管中成都市、绵阳市、南充市、达州市、凉山州认定为生产建设项目和违法违规项目的数量皆位居前五位。整体上，图斑所涉生产建设项目数量越多，违法违规项目的数量越多。从批复等级来看，部级批复项目的违法违规比例最低，仅为 ；省级和 市 级 批 复 项 目 的 违 法 违 规 比 例 分 别 为 和 ；县级批复项目的违法违规比例最高，达到了 。批复级别越低的项目违法违规比例越高。不同类型生产建设项目情况分析，房地产、加工制造类、公路工程、社会事业类 种类型的违法违规项目数量最高；井采煤矿、露天金属矿、机场工程、井采非金属矿、农林开发工程项目等项目类别的违法违规比例最高。（）技术应用分析遥感监管充分利用高分辨率遥感影像和卫星遥感技术、遥感数字图像处理技术、无人机技术等技术手段，实现全省水土保持信息化、精细化、定量化、科学化和规范化的监管要求。利用遥感影像解译筛查问题项目，极大提高了监督管理的工作效率，扩大了监管范围，为各级水行政主管部门发现违法违规建设行为、水土保持方案的跟踪检查和监督执法等工作提供全覆盖、更及时和高精度的技术支持。在在建建生生产产建建设设项项目目“四四不不两两直直”监监督督性性检检查查“四不两直”水土保持检查工作是履行水土保持监管的一项重要工作，采用“不发通知、不打招呼、不听汇报、不用陪同接待、直奔基层、直插现场”检查方式，此类暗访检查存在“位置不明确、问题难查清、权责不清晰”等问题。四川省在开展 年生产建设项目“四不两直”水土保持检查过程中，采用遥感技术初选定位，现场调查定性，无人机遥测取证的方式，大大提升暗访督查的效率和针对性。结合全国水土保持信息管理系统中下载的项目水土流失防治责任范围数据和唐云逸，游 翔，杨雅松，等：遥感技术在四川省水土保持监测监管中的应用 年项目所在区域遥感影像，提取工程实际扰动范围，确定重点防治区如取（弃）土场、临时堆土区、施工临时设施布设位置及规模，开展室内初步判别项目现场疑似违法违规情况，制作疑似违法违规图斑。对重要点位、疑似违法违规图斑开展现场检查，查找现场存在的问题，利用无人机遥测取证，最终形成检查意见，督促相关单位进行问题整改。应用优缺点总结遥感技术在水土保持监测监管应用中，优势明显，主要总结为以下几个方面：（）影像覆盖范围广，可实现长线路、区域性的水土保持监测和监管工作。通过影像分析可以第一时间获取研究区空间布局信息，对于了解项目布置、进行弃渣场和防治责任范围合规性分析、区域植被分布调查等具有直观、全面的优势。（）非直接接触获取信息，传统监测监管需要对现场进行实地调查、测量，对于通达性差、调查区域大、调查点位多的情况，监测监管的准确性和可操作性降低，遥感技术通过获取影像进行室内解译分析，提取有效信息，极大减少了工作人力物力，提高工作效率。（）可实现长序列动态分析，利用传统方法记录的水土流失监测、监管成果，因保存不当或记录不标准等原因，实现长序列动态分析具有相当难度，而利用遥感技术，可通过对比分析历史影像，实现动态分析。但目前遥感技术在应用中仍具有一些限制和问题有待完善：（）影像的时效性、可获取性有限。高分遥感影响获取周期一般较长，且影像购买成本相对偏高，对于需要短时定期开展水土保持监测监管的项目，遥感技术的适用性具有限制。（）解译精度受多因素影响。利用遥感解译可提取土地利用数据、水土保持措施数据等，但解译精度受影像分辨率、影像质量影响较大，分辨率高低直接影响解译精度，而影像的云量、变形情况也会导致解译成果失真。从解译方法来看，目视解译受解译人员主观影响较大，解译人员主观误判将导致解译精度降低，且对大区域进行解译时，需要耗费大量人力；而采用计算机自动分类解译，需要采集大量的训练样本，样本的多样性和丰富性对解译精度产生影响。（）指标全面性难以保证。开展水土保持监测监管需要对水土保持措施进行分析，而对于截排水措施、挡护措施、耕地地埂、林下措施等的提取，目前遥感解译精度较低，需结合实地调查获取。应用展望与建议目前信息化高速发展，水土保持监测、监管的精准性、及时性和数字化要求也愈发严格，随着遥感影像精度的不断提升、传感器技术的丰富，遥感技术在水土保持监测、监管中的应用具有极大的潜力。采用非直接接触方式获取影像数据，利用内业分析，提取监测、监管所需的信息，大大提升了水土保持监测、监管的工作效率，这些新技术的应用能更加准确、全面地反映项目水土流失现状及水土保持措施实施情况。随着遥感影像精度提升、解译技术的发展，遥感等新兴技术不仅能够快速准确地针对单一项目开展水土保持监测、监管，更促进了区域性水土保持监测、监管工作的全面发展。如何提高监测监管精准度、提升监测监管指标获取的全面性、整合信息化数据可作为下一步的研究重点。针对目前遥感技术在水土保持方面的应用及优缺点分析，后期研究建议以下方向也进行深入研究：（）目前开展遥感影像解译，主要采用人工目视解译，工作量大，耗时较长，解译成果质量受技术人员主观影响大；利用人工智能、机器学习等技术进行遥感影像自动分类可大大提高解译效率，但这依托于大量的样本量、长时间的机器判读学习，以保证解译质量。如何既高效又准确地实现遥感影像解译，可作为后续研究论证的一个重点方向。四 川 水 利（）建立卫星遥感技术和实地调查相结合的综合性监测、监管方法体系，弥补单一方法的缺点，从而达到监测指标获取的全面性，降低工作量，提升监测监管精度和效率。参 考 文 献兰景涛，岳增璧，张保定，等测钎法在水土保持监测应用中存在的问题及解决方案的探讨西北水电，（）：郭 进，赵英天，严冬春，等生产建设项目水土保持监测实践与方法探讨四川水利，（）：刘宪春，王万君，王爱娟，等遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用中国水土保持，（）：康 芮，史明昌，赵 院，等高空间分辨率遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用探讨中国水土保持，（）：卢宝鹏，张 焘，梁志鑫“”技术在隆林至百色高速公路水土保持监测中的应用中国水土保持，（）：史俊凤生产建设项目水土保持监测的 与 的应用研究北京：北京林业大学，陈子琪，李小兵，陈 亮基于遥感技术的县级水土流失动态监测分析 以千阳县为例中国水土保持，（）：常斐杨，行仙峰，王 帆 年包头市水土流失动态监测研究中国水土保持，（）：邝高明，吴光艳，刘超群，等遥感技术在广州市水土保持监督检查中的应用中国水土保持，（）：赵 宇遥感技术在北京市水土保持监督管理工作中的应用中国水土保持，（）：作者简介：唐云逸（），女，汉，四川眉山人，硕士，水土保持工程师，主要从事水土保持与生态环境方面的研究、监测与技术服务工作。（上接第 页）图 设计洪水洪峰流量（）流域面积指数相关性本次工程河段主要采用了推理公式法推求设计洪水，工程设计河段集雨面积较小，而四川省暴雨统计参数图集 一般用于控制水面积在以下，考虑到推理公式法是我省几十年来广泛采用的可行方法，一般都将其计算成果作为工程规划，设计和安全鉴定的依据，末端断面 考虑东安水库削峰作用洪水计算成果符合一般规律，计算洪水成果与调查洪水基本保持一致，与地区综合关系一致，符合洪水的一般变化规律，成果协调合理。故认为本次洪水计算成果较合理。参 考 文 献徐德龙，肖 华小流域设计洪水推理公式计算方法探讨人民长江，（）：王秋梅，付 强，徐淑琴，等水库调洪计算方法的发展农机化研究，（）：温得平，李其江，赵兴明，等受水库调蓄影响的设计洪水分析 以格尔木河大干沟水电站为例水文，（）：作者简介：何 滔（），男，汉，四川德阳人，工程师，学士，主要从事水利工程设计、水土保持方案、行洪论证和河势稳定评价工作。