遙感技術在黃河下游河道水政執(zhí)法中的應用

文/齊予海 馬曉兵

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，與河爭水、與河爭地現(xiàn)象日益突出，對河道的侵害和潛在威脅日益嚴重。黃河下游河道全長878km，大堤之間河道內(nèi)的黃河灘區(qū)面積達4416km2，居住有189萬人。黃河灘區(qū)是行洪通道、滯洪和沉沙的主要區(qū)域，但由于洪水在年內(nèi)和年際間大小不均，不經(jīng)常行洪的地區(qū)往往被盲目開發(fā)或被任意侵占，形成生產(chǎn)堤、片林、磚瓦窯場、浮橋等四類阻礙行洪的障礙物。

近年來，黃委利用遙感監(jiān)測手段和信息化方式監(jiān)督和管理洪障物的變化情況，有效解決了傳統(tǒng)人工巡測無法及時獲取大空間范圍內(nèi)行洪障礙物變化情況的問題，為下游河道水政執(zhí)法業(yè)務管理和會商決策支持提供了有力支撐。

1 黃河下游河道清障遙感監(jiān)測

鑒于黃河下游河道長、灘區(qū)范圍大、洪障物分布不均等特點，黃委通過遙感技術，大范圍快速準確采集地物信息，并與以前年份采集信息進行比對，及時發(fā)現(xiàn)變化情況。

1.1 灘區(qū)本底數(shù)據(jù)遙感調(diào)查

選擇植被生長旺季開展灘區(qū)本底數(shù)據(jù)遙感調(diào)查，普查目前下游灘區(qū)基本情況，摸清灘區(qū)內(nèi)各類行洪障礙物的分布、性質和規(guī)模等現(xiàn)狀。以最新的航空遙感正射影像為基礎數(shù)據(jù)源，根據(jù)遙感影像判讀解譯標志，定型描述片林、生產(chǎn)堤、建筑物、高桿作物等障礙物的主要特征，結合灘區(qū)地形圖和專家知識，采用目視解譯法跟蹤勾繪障礙物的邊界，形成解譯矢量數(shù)據(jù)。然后，結合野外調(diào)查驗證，最終確定行洪障礙物遙感影像解譯成果。

1.2 灘區(qū)洪障物動態(tài)監(jiān)測

在本底遙感數(shù)據(jù)調(diào)查的基礎上，在每年汛期前，利用航空影像對黃河下游重點清障區(qū)域進行遙感監(jiān)測。通過與本底遙感數(shù)據(jù)對比，分析洪障物動態(tài)變化的分布和數(shù)量等情況，便于掌握洪障物清除進度，監(jiān)控清障實施效果。

清障動態(tài)監(jiān)測遙感調(diào)查采用全面監(jiān)測和局部監(jiān)測相結合方法，先利用已有的低分辨率影像宏觀發(fā)現(xiàn)變化區(qū)域，再利用航空或高分辨率衛(wèi)星對重點變化區(qū)域進行詳細定量的監(jiān)測。對比監(jiān)測數(shù)據(jù)源選擇與本底調(diào)查數(shù)據(jù)分辨率接近的影像，增強不同時期數(shù)據(jù)的可比性。對比監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集應選擇在農(nóng)作物非生長季，便于從影像上清晰解譯出片林的范圍、生產(chǎn)堤和磚瓦窯場的位置，增加對比分析準確性。

2 黃河下游河道清障遙感監(jiān)測信息系統(tǒng)

結合河道清障業(yè)務的需求，黃委利用遙感技術、數(shù)據(jù)庫和通信網(wǎng)絡技術建立了“黃河下游河道水政執(zhí)法遙感監(jiān)測信息系統(tǒng)”，實現(xiàn)了灘區(qū)行洪障礙物信息的網(wǎng)絡發(fā)布和洪障物及其信息的查詢?yōu)g覽、統(tǒng)計和對比分析。

2.1 系統(tǒng)結構

該系統(tǒng)開發(fā)采用三層軟件體系結構：第一層，用戶層，即表現(xiàn)層，提供圖形用戶界面；第二層，中間層，即業(yè)務層，處理應用邏輯和業(yè)務邏輯；第三層，數(shù)據(jù)層，提供應用程序所需數(shù)據(jù)。

用戶表現(xiàn)層只能通過邏輯層訪問數(shù)據(jù)層，確保了黃河流域信息和遙感數(shù)據(jù)的保密性。本系統(tǒng)采用以圖形方式直觀展示空間數(shù)據(jù)，水政業(yè)務人員可以通過地圖服務查找防洪工程和洪障物位置，進而查詢其相關業(yè)務信息。

中間業(yè)務層在得到用戶請求后從數(shù)據(jù)層獲取用戶請求的數(shù)據(jù)，并反饋給表現(xiàn)層。

數(shù)據(jù)層定義了對原始數(shù)據(jù)的事物操作，多臺服務器同時進行讀寫操作保證數(shù)據(jù)一致性。

2.2 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括：不同時期的多種分辨率的黃河下游遙感影像、河道矢量圖層、片林矢量圖層、生產(chǎn)堤矢量圖層、磚瓦窯場矢量圖層、灘區(qū)村莊矢量圖層等空間數(shù)據(jù)，以及各類洪障物的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、用戶信息等其它非空間數(shù)據(jù)。

圖1：洪障信息綜合服務查詢效果

圖2：臺前縣片林監(jiān)測效果

圖3：片林動態(tài)遙感監(jiān)測對比分析結果

系統(tǒng)采用WebGIS方式對地理空間數(shù)據(jù)進行發(fā)布和應用。系統(tǒng)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)管理主要包括：

（1）Web資源的組織。利用地圖對空間分布特征的信息進行組織和管理，并為用戶提供基于空間的檢索服務。

（2）空間數(shù)據(jù)發(fā)布。通過地圖服務發(fā)布遙感監(jiān)測影像、洪障物空間數(shù)據(jù)及其屬性信息。

（3）空間查詢檢索。采用圖文結合的方式關聯(lián)圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，進行圖形及屬性數(shù)據(jù)庫的查詢檢索。

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.3.1 洪障信息綜合服務

采用基于Skyline軟件的三維地貌服務平臺技術，建立了黃河下游灘區(qū)片林、生產(chǎn)堤、磚瓦窯場、浮橋等洪障物信息的流域三維地貌平臺，提供了洪障物信息綜合信息的快速檢索查詢、洪障物圖層選擇、各級管理單位洪障物信息統(tǒng)計、面積長度測量、截圖等功能。

該模塊加載了下游流域全部需要清除的洪障物圖層，業(yè)務人員可通過勾選圖層列表，顯示所關心的洪障物矢量圖形。在三維地貌窗口通過漫游、縮放、旋轉等操作檢索地圖，直觀看到各類洪障物信息與防洪工程的空間位置關系，通過點擊三維地圖上的洪障物可查詢該洪障物的具體屬性。各級管理單位統(tǒng)計表顯示了該管轄范圍內(nèi)當前洪障物的規(guī)模和數(shù)量，業(yè)務人員通過點擊各級管理單位名稱，快速定位至該單位管轄范圍。如圖1所示。

2.3.2 洪障物監(jiān)測

采用基于ArcGIS Server的WebGIS技術和Ajax技術，建立了片林、生產(chǎn)堤、磚瓦窯場、浮橋四類主要洪障物監(jiān)測平臺，相互獨立。以片林監(jiān)測為例，提供了灘區(qū)片林的可視化查詢?yōu)g覽、統(tǒng)計、年度變化情況的對比分析功能。該模塊以專題圖形式展示灘區(qū)最新片林分布情況，通過勾選歷年片林圖層查看所需年度片林情況。業(yè)務人員按管理單位可查看該單位管轄范圍當前的片林面積、規(guī)模等統(tǒng)計信息。如圖2所示。

對本底遙感調(diào)查和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比，不同年份片林圖層做相交運算，可得到任意兩年片林增減變化情況，分析結果按照新增片林、清除片林專題圖形式顯示。如圖3所示，紅色部分表示已清除片林區(qū)域，可查詢清除片林面積和所屬管轄單位。

3 結語

通過本底遙感調(diào)查和動態(tài)遙感監(jiān)測對比，摸清了黃河下游本底遙感調(diào)查范圍內(nèi)的片林、生產(chǎn)堤、磚瓦窯場、浮橋的分布和規(guī)模情況，并對河南和山東境內(nèi)洪障物數(shù)量進行了統(tǒng)計，為河南山東河段清障方案提供了科學依據(jù)。在實際清查中發(fā)現(xiàn)，行洪障礙物還涉及到各類橋梁、工廠、生態(tài)娛樂場所、其它構筑物等涉河建設項目，下一步，將把這些洪障物納入遙感監(jiān)測和信息化監(jiān)督管理當中，并為基層業(yè)務人員在清障工作中對清障信息的采集、編輯、上報等提供信息化途徑。