國外利用遙感技術在水資源管理方面的新進展

1、國外利用遙感技術在水資源管理方面的新進展摘要遙感技術已經(jīng)向人們展示了它在農(nóng)業(yè)種植、用地、土壤、林業(yè)管理方面的優(yōu)勢。 在水資源管理方面，遙感技術與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，起著越來越重要的作用。 遙感技術在水資源監(jiān)測與管理方面的一個最大優(yōu)勢是它能幫助人們生成連續(xù)的時間續(xù)列與空間續(xù)列數(shù)據(jù)，并且對模型的分析、預測和驗證至關重要。然而，遙感技術涉及到海量的空間數(shù)據(jù)管理，并要求具備系統(tǒng)有效的機制來處理這些數(shù)據(jù)。這方面，國外的一些新的進展值得我們關注。關鍵詞國外遙感技術水資源管理 進展1. 荷蘭注重遙感與模型的數(shù)據(jù)統(tǒng)合對水資源管理領域來說，遙感數(shù)據(jù)和其它類型數(shù)據(jù)（例如：數(shù)字模型結(jié)果和實測數(shù)據(jù)）的統(tǒng)合是相對較新的

2、內(nèi)容。荷蘭代爾夫特水文研究所的數(shù)據(jù)模型統(tǒng)合技術（DMI）是對那些用來統(tǒng)合模型、遙感和實測數(shù)據(jù)的創(chuàng)新方法的總稱。 數(shù)據(jù)模型統(tǒng)合就是將實測數(shù)據(jù) （也稱原 始數(shù)據(jù)）與遙感數(shù)據(jù)有機地組合在一起， 以期望得到一個更加優(yōu)化的信息產(chǎn)物。 該技術主要 用來減少不同數(shù)據(jù)源的誤差和不確定性， 并且補充原來缺失的數(shù)據(jù)。 例如，計算模型的結(jié)果可以用來插補實測或者遙感缺失的數(shù)據(jù)，或者可以用于預報或者預測研究工作。另一方面，遙感或者實測數(shù)據(jù)可以提供所研究的水系統(tǒng)在一定區(qū)域或者時段內(nèi)比較詳細的觀察記錄，以便于模型的改進。數(shù)據(jù)模型統(tǒng)合技術通常是將遙感數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)綜合處理在一個應用模型中（也即模型起著中心的作用），最后形成一

3、個DMI綜合信息系統(tǒng)。DMI使不同來源的數(shù)據(jù)相結(jié)合，譬如為了數(shù)字模型的確認和校正、 數(shù)據(jù)的同化和輸入等。 每種數(shù)據(jù)都具有各自的特 征，在被統(tǒng)合時它們能夠相互補充。 例如衛(wèi)星圖片可以顯示空間信息， 模型可以提供空間信 息，另外還能得出藻類開花以及油類泄漏的時間系列。因此，模型可以補充數(shù)據(jù)在時間或空間上的缺失。各種數(shù)據(jù)的相互補充降低了信息結(jié)果中的不確定性，并且能夠得出更符合終端 用戶需要的信息。荷蘭代爾夫特水力學研究所現(xiàn)在已經(jīng)將DMI進行了實際應用。在 RESTSWES遙感技術在荷蘭斯凱爾特河口的監(jiān)測應用）項目中，利用遙感作為挖掘規(guī)劃和控制的工具，對常規(guī)的實測數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)進行插補，形成一個綜合信

4、息體系。RESTSWES勺目標是對近海水域上大規(guī)模挖掘的情況和影響進行監(jiān)控。項目概況：荷蘭南部的 Scheldt河口，1998年開始鋪設地下管道，將在數(shù)年內(nèi)向海口 傾倒150萬立方米的沙子，為此人們需要了解泥沙的濃度分布和沉積狀況，由此來分析該工程對生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的影響。RESTSWE額目就是應這一需要而建立的，該項目的數(shù)據(jù)模型統(tǒng)合技術整合了遙感數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)和動態(tài)水質(zhì)模型三種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，綜合分析懸浮泥沙顆粒的影響。RESTSWES5目已經(jīng)為挖掘行業(yè)開發(fā)出了一套監(jiān)測服務系統(tǒng)。該監(jiān)測服務綜合了光學衛(wèi)星數(shù)據(jù)、動態(tài)分配模型數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)和挖掘方提供的數(shù)據(jù)。 最終成果為挖掘信息系統(tǒng)（DIS）,

5、 它能夠提供挖掘區(qū)域的位置、 挖掘的范圍、以及最上層水中懸浮泥沙的濃度。 這些信息能夠 對挖掘活動的規(guī)劃產(chǎn)生幫助，并通過要求挖掘者按照嚴格的環(huán)境標準執(zhí)行而最終減少對環(huán)境的影響。DIS使用了各種來源的光學衛(wèi)星數(shù)據(jù)，比如SeaWiFS數(shù)據(jù)、IKONO或據(jù)、5號地球資源探測衛(wèi)星數(shù)據(jù)、7號地球資源探測衛(wèi)星數(shù)據(jù)等。每個衛(wèi)星傳感器都有一定特征，該特征決定了DIS的適用性。DIS的一個重要特征就是其數(shù)據(jù)搜集的簡易和快捷。衛(wèi)星數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器進行收集并處理成所需信息的，例如懸浮泥沙的濃度信息。 如果要使信息對挖掘行業(yè)有用的話，該信息就必須在24小時內(nèi)得出，其可行性已經(jīng)由 RESTSWES行了評價。2. 美

6、國高效經(jīng)濟的機載遙感系統(tǒng)美國明尼蘇達州利用飛機承載的遙感系統(tǒng)（簡稱機載遙感系統(tǒng)）進行河流水質(zhì)的監(jiān)測。美國明尼蘇達州河網(wǎng)密布，但是只有10%勺河流有固定監(jiān)測網(wǎng)絡。該州正在使用一種經(jīng)濟高效（探測）衛(wèi)星觀測到湖面反射信的機載遙感系統(tǒng)進行水質(zhì)監(jiān)測，過去已經(jīng)成功地從地球資源 息，其原理也可能應用到河流上。但是相對于湖泊，河流網(wǎng)絡的遙感監(jiān)測存在如下挑戰(zhàn)性的困難：河水水流具有短暫性和流動性；對于小河和溪流，30米的分辨率太粗了；如果想得到更加清楚的遙感圖片，需要在地球資源（探測）衛(wèi)星上使用更好的光譜頻帶。該州的河流遙測系統(tǒng)使用機載高分辨率的專業(yè)光譜帶寬，從一個在河面上直飛的小型飛機上獲取航拍影像，為了驗證影

7、像，機載遙測系統(tǒng)在航拍時也采集水樣。對不有同水質(zhì)的明泥蘇達河流進行重點監(jiān)測。方法：2004年9月，機載遙感系統(tǒng)所承載的 AISA傳感器從一個河流的六個部分收集到分辨率為1-3米的光譜影像。在明尼蘇達州環(huán)保局、 州議會、州自然資源保護部門、農(nóng)業(yè)局和州大學的合作下，完全了39個水體的遙測數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)被進行水質(zhì)水體研究分析。2005年8月，機載遙感系統(tǒng)所承載的 AISA-Eagle超頻譜傳感器在密西西比河上采集到分辨率為2米的超頻譜遙感影像，同時密西西比河污染防控局采集了22個定點水樣，研究人員用實測水質(zhì)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)來分析決策變量的最佳模型，對每一河段，初始單頻，混頻和多頻產(chǎn)生的水質(zhì)影像被用

8、來進行回歸模型分析。結(jié)論：初步結(jié)論表明，機載遙感影像與重要的水質(zhì)變量有很強的相關關系。用統(tǒng)計分析進行模型的改進，利用最佳適線法，可以標示出每張圖不同河段的重要水質(zhì)變化。遙感數(shù)據(jù)顯示了重要河段的泥沙和藻類的復雜分布。在不遠的將來，遙感技術將會成為管理水資源及土地資源的重要工具。這將使我們在還沒有來的及采樣前就能夠看到更多的詳細的水質(zhì)信息，遙感數(shù)據(jù)使用我們能夠看見土地和水資源在的景觀，甚至可以放大觀察到細部情況。這種“全息景觀”能夠幫助人們探測到有問題的水資源，并且能夠進行定部，減少了野外實地觀測的盲目性。3. 水生植被的保護湖泊或者水庫具有漁娛和美學價值，人們傳統(tǒng)地認為濕地是令人討厭和需要清除的

9、。美國明尼蘇達州已經(jīng)開挖了一多半的濕地（約4.5萬公傾）用于農(nóng)業(yè)和城市發(fā)展，并且剩余的濕地也遭到不同程度的破壞。減少的濕地用于城市化和農(nóng)業(yè)開墾，增加了流域不透水面積和農(nóng)業(yè)溝渠的范圍，增加了暴雨徑流的強度，改變了濕地水文要素，嚴重影響了濕地的功能。當大量的濕地植被被移走或者破壞，水質(zhì)、野生生物或者魚類的生存將受到威脅。這些水生植物非常重要，因為它們有助于保護水質(zhì)，提供魚類的棲息環(huán)境，保護野生生物，并且有經(jīng)濟和美學價值。水生植物在生態(tài)環(huán)境中的重要性逐漸被人們認識，明尼蘇尼州的政府、 群眾組織和咨詢機構(gòu)將水生植物的監(jiān)測作為日常監(jiān)測的重要工作內(nèi)容，水生植物的多樣性和繁盛是湖泊或者濕地健康環(huán)境的重要標志

10、，但是準確的地圖和數(shù)據(jù)卻難以獲得。因為地面繪圖需要耗費大量的時間和人力，只有小部分可以用這種傳統(tǒng)的方式來標。注。明尼蘇尼州自然資源管理局決定使用高分辨率的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)對水生植物進行標注和歸類。目前，高分辨率的遙感數(shù)據(jù)可以從IKONOSM球衛(wèi)星和QuickBird地球衛(wèi)星上獲得，并且在明尼蘇達州尼科爾鎮(zhèn)的天 鵝湖上試驗成功。該湖面積大于3600公傾，周邊屬于國際 4類濕地，有著繁盛的水上和水下水生植物。利用IKONOSt地球衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)分析明尼蘇達州天鵝湖水上植被，由于該湖水生植物 繁盛，沒有現(xiàn)代科技，參考數(shù)據(jù)的收集將會是困難的。該研究使用的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在野外使用能夠顯示衛(wèi)星數(shù)據(jù)計算

11、筆進行繪制。使用野外作業(yè)計算機，直接在IKONOSt地球衛(wèi)星遙感影像圖片上標注水生植物的種類和位置。在野外能夠迅速在遙感影像上定位的功能在如此大的湖上是很有用的。收到衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)能很快形成影像在野外取樣中也顯得很有優(yōu) 勢，因為研究者可以使用不同的光譜頻段來標注不同的地方，研究者標注了水上植物，同時也記下了水下的位置。IKONOS號地球衛(wèi)星影像形成的第一步是將湖面濕地從周圍其它特征 分離，要用數(shù)字化技術將島嶼、濕地和陸地的邊界找出，研究者用特殊光譜標在遙測影像上 注水陸邊界和其它空間位置，然后用表示濕地的多邊形將陸地特征屏蔽掉，從而得到了濕地水生植物分布圖。下一步就是將濕地分成水面上植被與水面下

12、植被,利用野外參考數(shù)據(jù)，研究人員將水面上植被成五類，并在遙感影像圖上進行標注，將水下植被分成兩類， 然后我們將水上和水下這兩種分布圖在全圖上。 明尼蘇達大學研究組為了驗證以上結(jié)果，利用裝備有GPW元的回聲裝置進行現(xiàn)場勘測，水底傳音測量能獲知勘測點的湖水深度和和植物類型。調(diào)查表明，在118個樣本采集點上有 27種類型的水生植物，與從遙測影像上的結(jié)果一致。對該湖水生植 物的評估發(fā)現(xiàn)，水下2米以上的水生植物可以從其它影像分離出來，結(jié)果也顯示，密集型生長的水下水生植物，如西洋草( watermilfoil )等，可以從其它水下水生植物中分離出來。4 .印度將遙感技術應用于無測站的偏遠地區(qū)印度是一個人口

13、稠密，水資源相對匱乏的國家。每年的降水有41%被蒸發(fā)，有40嗨它形成徑流，只有10%滲入地下，因此，約 50%的農(nóng)村土地依賴雨水灌溉。人口增長和人類活 動使水資源越來越使印度人重視土地與水資源的管理。印度利用遙感和GIS相結(jié)合的技術管理土地和水資源，以達到水土資源的優(yōu)化，滿足人們在可持續(xù)發(fā)展方面的最低需求。印度將遙感技術應用于社會經(jīng)濟條件比較落后的Andhra Pradesh農(nóng)村地區(qū)，并與 GIS技術結(jié)合，在土地和水資源管理方面取得很多成功經(jīng)驗。尤其在用地管理、水資源分配、地形測量、泥沙控制方面，遙感技術減少了實地建站的開資，取得了經(jīng)濟實惠效益。Andhra Pradesh 農(nóng)村地區(qū)過去不合理的開發(fā)，該區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了水庫泥沙淤積嚴重，導 致了農(nóng)業(yè)減產(chǎn)、水利發(fā)電不足、洪水和干旱等問題，認識到這些問題的嚴重性后，印度重視利用遙感技術解決現(xiàn)有問題。其研究有如下特點：利用遙感數(shù)據(jù)了解農(nóng)業(yè)物的種植方式和可 獲得的水源分布；.利用地球衛(wèi)星的影像信息標注所需要的專題信息，并且使用Arc/Info軟件進行分析，專題信息包括用地類型、地形分布、排水網(wǎng)點、坡度等；根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展 制定可行土地和水資源方面的規(guī)劃；.在以上研究的基礎上，