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防洪减灾 ,空世界一体化遥感监测若何阐扬作用

日期:2023-03-22 09:22:04 浏览:1338
  我国地处东亚大陆 ,地形地势复杂 ,气象地域差距大 ,东部受季风尚候和热带气旋影响 ,降雨量年内散布不均 ,暴雨洪涝灾害凸起 ,约莫2/3的河山面积有着分歧类型和分歧风险水平的洪涝灾害 ,是世界上洪涝灾害最严沉的国度之一。据《中国水旱灾害防御公报2019》统计 ,我国每年因洪涝灾害遭逢直接经济损失超过1500亿元。
  新中国成立以来 ,我国成立了较为美满的防洪工程系统 ,同时也成立了洪水监测、预报、预警等非工程系统。但随着工业化、城镇化的发展和全球气象变动影响加剧 ,我国面对的防洪局势日趋严格 ,亟须进一步强化科技引领 ,提升洪涝灾害防御能力。
  遥感技术拥有观测领域大、获守信息量大、速度快、实时性好、动态性强蹬着势 ,在防洪减灾中阐扬着越来越沉要的作用。在2021年全国水旱灾害防御工作视频会上 ,李国英部长提出要通过高分辨率航天、航空遥感技术和地面水文监测技术的有机结合 ,推动成立流域洪水“空世界”一体化监测系统 ,提高流域洪水监测系统的覆盖度、密度和精度?帐澜缫惶寤8屑嗖饧际跻殉晌夜篮榧踉值某烈С旨苛。
  一、空世界一体化遥感监测技术
  遥感技术是凭据电磁波理论 ,利用各类航空、航天及地面遥感平台搭载的传感仪器 ,对远距离指标所辐射或反射的电磁波信息进行网络、处置 ,并最后成像 ,从而定性、定量地揭示出地面物体的特点性质及其变动的综合性探测技术。
  按工作平台的分歧 ,遥感技术可分为航天遥赣注航空遥感和地面遥感 ,其中航天遥感把传感器设置在航天器上 ,如人造卫星、宇宙飞船、空间尝试室等;航空遥感把传感器设置在航空器上 ,如气球、航模、飞机及其他航空器等;地面遥感把传感器设置在地面平台上 ,如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等。卫星遥感和无人机遥感别离是当前利用最多的航天遥感和航空遥感技术 ,地面遥感重要用于近距离丈量地物波谱和摄取供试验钻研用的地物细节影像 ,在洪涝灾害监测中利用相对较少。在洪涝灾害监测中利用较多的是卫星遥感技术、无人机遥感技术 ,以及洪涝灾害监测通例伎俩地面站网监测技术 ,三者共同组成洪水空世界一体化遥感监测技术。
  1.卫星遥感技术
  卫星遥感是以人造地球卫星作为遥感平台 ,对地球和低层大气进行光学和电子观测的一门新型技术。卫星遥感技术拥有宏观、急剧、动态、经济蹬着势 ,可实现对大领域的地表状态全天候全天时的动态监测。世界列国十吩祺沉卫星遥感技术的发展和利用。1961年美国发射了第一颗形象卫星 ,标志取卫星遥感时期到来。其后 ,1972年和1978年美国又先后发射了第一颗陆地卫星和第一颗海洋卫星。当前美国依然是卫星遥感技术最先进的国度 ,其世界观测卫星(WorldView)影像空间分辨率达到0.31m ,为民用遥感卫星分辨率最高。
  我国卫星遥感起步晚于欧美国度 ,1988年发射第一颗形象卫星“风浪一号”(FY-1) ,1999年发射第一颗数字传输型资源卫星“中巴地球资源卫星01星”(CBERS-01)。进入21世纪后 ,我国遥感卫星发展迅速 ,先后成功发射了形象、资源、海洋、环境减灾、测绘等系列遥感卫星。出格是2010年以来 ,我国执行了高分辨率对地观测系统沉大专项 ,先后发射高分一号到高吩爝号7颗卫星 ,在分辨率、沉访能力、覆盖能力、载荷类型方面也有了长足进取 ,数据类型涵盖多光谱、高光谱、红表、雷达、立体测绘等 ,与世界当先国度的差距不休缩幼。同时 ,我国贸易遥感卫星如高景一号、北京二号、吉林一号、普洱一号等也纷纷升空。目前我国在轨光学卫星空间分辨率最高可达0.5m ,雷达卫星分辨率可达1m ,可在2~3天内实现对全国肆意地域有效观测 ,对地观测能力大大加强 ,并已宽泛利用于大领域洪涝灾害监测。
  2.无人机遥感技术
  无人机遥感是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测?丶际酢⑼ㄑ都际酢PS差分定位技术和遥感利用技术 ,自动化、智能化、专用化急剧获取资源、环境、灾害等空间遥感信息 ,并实现遥感数据处置、建模和利用分析的利用技术。近十年来 ,随着无人机技术迅猛发展 ,低空遥感成为卫星遥感的沉要补充并阐扬怪异作用。无人机低空遥感拥有云下作业、机动矫捷、应急调度和高分辨率数据获取等怪异优势 ,能够添补卫星遥感触云层影响大、数据获取时效性难以保险、工作定造成本高蹬爪用瓶颈 ,二者相互共同可更有效实现下垫面多元信息获取与灾害应急监测。
  我国的轻幼型出格是消费级无人机技术水平国际当先 ,有大疆等驰名品牌 ,国际市场占有率达到70%。随着导航、操控、电池、资料等技术进取 ,轻幼型无人机的成本大大降低 ,操作越来越轻便 ,携带和利用越来越便捷。同时航测相机、摄像机、红表相机、多光谱相机、倾斜相机、Lidar等载荷发展急剧 ,越来越幼型化 ,可搭载在无人机上获取多类型的洪涝灾情信息。无人机遥感技术已成为洪涝灾害应急监测的沉要伎俩。
  3.地面水文站网
  水文测站是在河道上或流域内设立的、按肯定技术尺度和频率网络并提供水文身分的各类水文观测现场的总称 ,按观测项目可分为水文站、水位站、雨量站等。水文站网是指按肯定准则布设的水文测站系统。地面水文站网是雨情、水情监测的沉要基础设施 ,在水旱灾害防御中阐扬着极其沉要的作用。我国已根基建成水文监测站网系统 ,现有各类水文测站12.1万余处 ,实现了对大江大河及其重要支流 ,以及有防洪工作的中幼河道水文监测全面覆盖。但与欧美蓬勃国度相比 ,站网数量依然不及 ,部门中幼河道、幼型水库还存在空缺 ,部门站网布局尚有待优化 ,相当一部门水文站自动化水平低。
  水文测站监测洪水信息拥有精度高、持续性好的特点 ,但大多只能监测部门点或沿河线上的洪水信息。水文测站与卫星、无人机相结合 ,由点到面 ,能力全面把握洪涝灾害总体情况 ,从而最大水平为防洪减灾决策提供支持。
  二、洪涝灾害遥感监测进展
  遥感技术利用于洪涝灾害监测能够追忆到20世纪70年代。1973年美国利用陆地卫星监测密西西比河的长距离泛滥 ,获得优良成效。我国洪涝灾害遥感监测始于20世纪80年代。1983年水利部遥感技术利用中心利用地球资源卫星影像调查了产生在三江平原挠力河的洪水 ,成功获取了受淹面积和河路变动的信息。其后 ,“七五”期间 ,水利部、中国科学院、国度测绘局、国度形象局等部门合作 ,先后在永定河下游、黄河下游、长江荆江河段和洞庭湖区以及淮河干流发展了大规模的防洪遥感利用试验 ,并初次成立了面向洪涝灾害监测的全天候和准实时航空遥感系统。
  继防汛遥感利用试验之后 ,国度“八五”沉大科技攻关和“863高技术”打算又共同支持了全天候实时航空遥感系统的研造。该系统的总体设计选取机—星—地模式 ,由航空遥感平台分系统、雷达实时成像分系统、航空卫星通讯分系统以及地面图像信息处置分系统组成 ,实现了全天候工作、图像实时传输、机动矫捷利用、大面积覆盖以及灾情评估等职能。
  “九五”期间 ,科技部国度沉中之沉科技攻关项目“遥赣注地理信息系统、全球定位系统综合利用钻延妆列入“沉大天然灾害监测与评估业务运行系统的成立”课题 ,按业务化和实用化的要求 ,发展水旱灾害遥感监测与评估关键技术科技攻关 ,初步建成了以水旱灾害为沉点的业务运行系统 ,使我国洪涝灾害应急反映能力、灾情信息急剧提取能力和速报能力均大大提高。1998年长江、嫩江和松花江流域特大洪水灾害中 ,遥感技术初次得到了大规模利用 ,并获得了显著成效。
  “十一五”期间 ,航空航天遥感大量投入现实利用中 ,无人机和国产北斗导航系统屡次为救灾应急决策提供沉要凭据。国度减灾中心等利用环境减灾卫星和航空遥感数据 ,成立沉、特大天然灾害实物量监测业务系统 ,并获得了沉大成就。依陀装天—地—现场”一体化业务平台 ,初步成立沉、特大天然灾害领域监测和损失评估的技术步骤 ,圆满实现了汶川地震、玉树地震和舟曲山洪泥石流灾害的评估工作。
  “十二五”期间 ,“高分辨率对地观测系统”沉大专项全面执行 ,高分系列卫星的升空 ,尤其是高分三号卫星的成功发射 ,显著改善了我国洪涝灾害监测对国表雷达卫星的依赖 ,基于我国自主高分系列卫星数据的洪涝灾害监测钻研大量涌现。进入“十三五”后 ,随着无人机技术成熟 ,无人机在洪涝灾害应急监测中得到了宽泛利用 ,同时无人机组网遥感观测以及空世界协同应急观测受到更宽泛器沉。
  洪涝灾害遥感监测由20世纪80年代的防汛遥感试验 ,到 90年代的利用推广 ,再到21世纪初步实现业务化 ,如今进入空世界一体化监测阶段。在此期间 ,遥感技术宽泛利用于洪涝灾害监测中 ,如1998年长江松花江流域洪水、2000年西藏易贡山特大滑坡、2003年及2007年淮河道域洪水、2008年汶川地震唐家山堰塞湖、2013年黑龙江流域洪水、2016年及2020年长江中下游洪水等 ,阐扬了沉要作用。
  三、空世界一体化洪涝灾害监测将来瞻望
  面对防洪减灾新靖】潆新要求 ,遥感技术利用于洪涝灾害监测评估还存在着改进和提高空间 ,如我国遥感数据源仍显不及、监测身分总体单一、监测频次不及、监测时效性需进一步提高、天空位立体监测与数据融合不够等 ,洪涝灾害遥感监测离工程化、业务化还有肯定距离?帐澜缫惶寤槔栽趾嗖獾慕捶⒄骨飨蛑匾宕丝桃韵录父龇矫。
  1.空世界一体化协同观测提升洪涝灾害监测能力
  数据获取能力是洪涝灾害遥感应急监测的魂灵。洪涝灾害产生时常陪伴着阴雨气象 ,使得光学卫星无法阐扬作用 ,必要雷达卫星来发展应急监测。目前我国在轨民用雷达卫星仅高分三号卫星 ,该卫星在2020年鄱阳湖、巢湖特大洪涝灾害以及2021年河南郑州、新乡等地洪涝灾害遥感监测中都阐扬了沉要作用 ,但离大领域、高频次监测需要还有差距。
  “十四五”期间 ,我国将发射蕴含高分三号后续星在内的多颗雷达卫星 ,与高分三号组网观测 ,成立面向洪涝灾害应急监测的虚构卫星星座 ,有望实现幼时级此外沉访观测能力。同时 ,推动成立洪涝灾害无人机监测网 ,造订无人机洪涝监测尺度规范 ,规范无人机选型、载荷、安全飞杏注利用场景、数据体式与数据治理等 ,形成无人机遥感监测技术系统。充分利用无人机社会资源 ,以县为单元建设无人机监测站 ,缩短无人机应急监测响应功夫 ,有望实现应急监测2幼时必达的指标。虚构卫星星座、无人机监测网以及地面水文站网相结合 ,形成空世界一体化的监测 ,将大大提高我国的洪涝灾害应急监测能力 ,有力保险人民的性命财富安全。
  2.由洪涝灾害单一身分监测向多身分综合监测发展
  受遥感观测伎俩和数据信息挖掘技术限度 ,卫星遥感和无人机遥感洪涝灾害监测重要是洪涝覆没领域单一身分监测 ,难以满足洪涝灾害全链路中多身分多尺度监测需要。
  随着空世界一体化协同观测、空世界多源异构数据融合与处置等技术的发展 ,洪涝灾害监测中雨情—水情—险情—灾情信息链的身分信息感知能力已得到大幅提升 ,面向洪涝灾害的单一身分监测在向全天候、全天时、全身分的监测转变;谖佬恰⑽奕嘶⒌孛嬉贫教ù钤氐暮铣煽拙独状铩⑻降乩状铩⒓す饫状铩⒍嗥绽绽状铩⑷群毂怼⒖杉狻⑹悠档却衅 ,正逐步实现雨情(降水)、水情(水位、流速、流量、冰凌情、水温、含沙量)、险情(堤坝渗流、管涌、裂缝、滑坡等)以及灾情(覆没历时、覆没面积、覆没损失等)多身分多档次信息的感知 ,突破单一身分感知的局限 ,为预报、预警、预演、预案“四预”工作的发展和防洪调度指挥决策提供支持。
  3.遥感大数据急剧处置与洪涝信息智能提取
  时效性是洪涝灾害应急监测关键指标。目前 ,遥感领域进入了以高精度、全天候信息获取和自动化急剧处置为特点的新时期 ,卫星、无人机、地面监测站网站形成的空世界一体化的协同观测系统 ,提供了多维度和高频次的多源异构洪涝灾害观测数据 ,涉及分歧成像方式、分歧波段、分歧分辨率、分歧观测尺度 ,以及灾前、灾钟注灾后等分歧时段 ,数据量呈发作式增长。传统的遥感影像分析处置耗时长、效能低 ,难以满足洪涝灾害监测急剧应急响应的需要。将来 ,必要选取高机能推算技术 ,研发遥感影像处置、多源数据融合的高效算法;深度进建等人为智能技术急剧发展 ,也将推动遥感数据信息的深档次挖掘、洪涝信息智能化提取 ,进一步提升数据处置效能与质量 ,为防洪减灾提供实时正确的技术支持。
  随着国内表卫星数据的逐步增多 ,无人机技术急剧发展 ,地面站网日趋美满 ,空世界一体化监测技术日益成熟 ,大领域、高频次、高精度、近实时的洪涝灾害监测将成为现实。
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