PIE-Engine 赋能河湖“四乱”及水环境监管

Posted 2021-05-19 言蹊sun

遥感监测在水利的应用
随着卫星遥感技术的成熟化，遥感技术在水利行业发展中发挥了越来越重要的作用。根据水利业务需求，主要围绕水土保持监管、河湖监管、水资源监管、水环境监测等业务方向，利用多源遥感影像监测技术结合航天宏图自研遥感影像处理软件、图斑变化自动识别等新技术，加工形成各类监测成果，为水利主管部门提供技术支撑。
穆棱市遥感监测
穆棱市2019-2020年遥感监测项目，利用卫星遥感调查、无人机抽查、现场核查等手段，通过遥感影像及资料收集与处理、专题信息提取、综合分析评价等技术流程，实现对穆棱市“河湖四乱”、垃圾、水土流失、毁林开荒等方向常态化遥感监测管理。
其中遥感影像处理部分采用航天宏图自研遥感影像处理软件PIE-Ortho实现一键式流程化遥感影像预处理，处理后的影像结合上述四类数据运用变化检测算法进行自动化变化检测，检测结果通过内业核查、管理信息叠加分析后得到疑似违法违规结果，通过外业核查最终确定变化图斑。
总体技术流程如下图所示：

图1总体技术路线

（一）“河湖四乱”监测
1、建设内容
对穆棱河莲河村至奋斗水库约95平方公里范围，河湖管理范围内河湖“四乱”的遥感监测。监测主要对象为河道管理范围内的圈占、围垦、采砂场、岸滩边取（堆）土场、垃圾堆、建筑物和构筑物等。
表 1穆棱市河湖四乱遥感监测对象

2、建设成果
2020年河湖“四乱”遥感监测成果图，如下图所示。

图 2河湖“四乱”遥感监测成果图
以采砂为例，通过对2019-2020年四期采砂遥感监测结果进行对比分析，我们可以发现违规采砂现象有明显降低趋势。

图 3采砂监测成果对比

（二）垃圾监测
1、建设内容
垃圾监测的范围是穆棱市莲河村至奋斗水库2300km2范围内，监测对象为穆棱市监测范围内垃圾堆放点，包括城市周边和农村居住地或农田附近的垃圾乱堆乱放形成的各类垃圾堆放点。
2、建设成果
2019年和2020年垃圾遥感监测成果图如下图所示。

图 4 2019年垃圾遥感监测成果图

图 5 2020年垃圾遥感监测成果图
通过对2019-2020年四期垃圾监测成果进行对比分析，可以发现：垃圾堆放范围呈逐渐减小的趋势。

图 6垃圾遥感监测四期成果对比

（三）水土流失监测
1、建设内容
水土流失监测是以穆棱市境内约310平方公里为研究区，选用高分遥感影像数据对研究区进行土地利用解译，基于Sentinel数据反演植被覆盖度，基于DEM数据计算坡度；将土地利用、植被覆盖度和坡度三因子进行叠加分析，根据《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007）对土壤侵蚀面蚀（片蚀）强度分级的规定对侵蚀强度等级进行判定。
2、建设成果
2020年水土流失遥感监测成果图如下图所示。


图 7水土流失遥感监测成果图
通过对2019-2020年四期水土流失遥感监测结果对比分析，计算2020年度水土流失消长情况，得到2019-2020年度水土流失转移矩阵，如表2所示，可以发现，土壤侵蚀强度逐步由轻度以上转为微度，说明水土流失状况有了较为显著的改善。
表 2 2020年度水土流失消长统计表


图 8水土流失遥感监测四期成果对比

（四）毁林开荒监测
1、建设内容
毁林开荒监测是对穆棱市境内莲河村到奋斗水库约3000平方公里范围内，利用林地和耕地不同的影像光谱特征差异，提取其中光谱特征为耕地的图斑，对约6.09万公顷有林地进行毁林开荒监测。
2、建设成果
2019年和2020年毁林开荒遥感监测结果如下图所示。

图 9毁林开荒遥感监测成果图
通过对2019-2020年四期遥感监管结果进行对比分析，可以发现：新增毁林开荒的范围逐渐减少。

图 10毁林开荒遥感监测四期成果对比

总结与展望
（一）总结
通过卫星遥感调查、无人机抽查、现场核查等手段进行“河湖四乱”、水土流失、垃圾堆放、毁林开荒监测，能及时掌握穆棱市河湖“清四乱”的成效、水土流失现状、垃圾堆放情况和毁林开荒现状，减少人工成本、节约管理费用。
通过2019年和2020年两年监管成果的对比分析，发现“河湖四乱”的个数和面积明显减少、水土流失土壤侵蚀强度逐渐减弱、垃圾堆放和毁林开荒的个数和面积也明显减少，遥感监管成效显著。
（二）建议
从2019-2020年两年遥感监测的成果可以得到，卫星遥感技术是支撑水生态环境工作的有力手段，可以解决传统人工外业巡查的困难，提高河湖管理和暗访督查的工作效率。遥感技术有高频次、全覆盖的特点，后续可继续开展项目区长时序、高频次的遥感监测，实现遥感监管的常态化和长效化。
（三）展望
空间大数据、物联网、人工智能等IT新技术飞速发展，GIS（地理信息系统）迎来了新的黄金发展期。尤其在卫星遥感监测业务中，AI+GIS能够提供强大的水利信息服务和管理功能。PIE-Engine AI基于高分辨率遥感影像对水利体系关注的重点目标（水土保持、“河湖四乱”、水资源、水环境等）进行自动检测和识别，确定并提取其位置、面积等分布信息，综合多源地理信息，开展规律统计、变化预测等综合性分析，为水利行业规划提供基础技术支撑，更好地助力水利信息化建设，推动智慧水利有序发展。