2025空间智能软件技术大会：卫星遥感技术在河湖监管中的应用与展望

P1卫星遥感技术在河湖监管中的应用与展望黄诗峰申国

水

利

水

电

科学

研

究

院2025.061.背景2.遥感在河湖监管中的应用3.典型案例—湖北省湖泊遥感监测4.总结与展望P2目

录01

背景P3我国地理气候条件特殊

，水系复杂

，

随着经济社会快速发展

，

河湖管理保护新老问题交织

，

生态环境问题十分突出。◆河湖水域面积萎缩◆河湖岸线乱占滥用◆河湖水体质量恶化◆河湖生态环境退化1背景—河湖生态环境问题

P41950年以来全国水面面积大于10平方公里的635个湖泊中

，

有231个发生不同程度的萎缩,总萎缩面积1.4万平方公里,约占现有水面面积1平方公里以上湖泊面积的18%,储水量减少517亿立方米。1背景—河湖生态环境问题

围湖造田城市扩张自然萎缩河湖水域面积萎缩P5水域岸线过度开发

、

布局不合理的现象较为普遍,“

占而不用

、多占少用、

深水浅用”问题突出。1背景—河湖生态环境问题

基础设施建设房地产开发旅游开发河湖岸线乱点滥用P61背景—河湖生态环境问题

工业废水农业面源生活污水河湖水体质量恶化P7生物栖息地遭到破坏

，

生物多样性减少

，

生态系统结构

不稳定

，

河湖的防洪、

资源、

景观、

文化等功能衰减。1背景—河湖生态环境问题

河湖生态环境退化P8河湖安全保护协作重点任务：

加强防洪安全保障

，

加强水资源水生态水环境保护

，

加强河道采砂秩序维护

，

加强重点水利工程安全保卫

，

加强水行政执法安全保障。《水利部关于加强河湖水域岸线空间管控的指导意见》明确提出加强河湖智慧化监管

，

加快数字孪生流域

（河流）

建设

，

充分利用大数据、

卫星遥感、

航空遥感、

视频监控等技术手段

，

推进疑似问题智能识别、

预警预判

，

对侵占

1背景—维系水生态安全的关键：河湖监管

河湖问题早发现、

早制止、

早处置

，

提高河湖监管的信息化、

智能化水平。《水利办公厅关于取发2025年河湖管理工作要点的通知》以更严要求加强水域岸线管理保护

，

有序开展国家和省级层面岸线规划实施估、

严格岸

线分区分类管控水利鄙公安都印发《关于如强河湖安全保护工作的意见》加强河湖

智慧监管深化智慧

河湖建设202220252022P9三年行动实施河湖库一体化监测感知体系建设三年行动

，

推动卫星、

无人机、视频综合应用。完善河湖健康保障体系完成88条

（个）

母亲河

（湖）

复苏行动任务

，

探索建立河湖健康预警机制

，

完成全国河湖第一轮健康评价

。

加强重要江河源头区、

饮用水水源地保护水域岸线空间管控、涉河建设项且监管严格河湖水域岸线空间管控

，

强化涉河建设项目全过程监管

。

建立卫星遥感与现地查处相结合机制u清四乱u纵深推进河湖库

“

清四乱

”常态化规范化

，

以妨碍河道行洪、

侵占水库库容为重点

，

全面整治河湖库管理范围内各类违法违规问题。

1.背景—维系水生态安全的关键：

河湖监管2025年水利工作会议李国英部长对强化河湖保护治理提出具体要求加快推进全国河道砂石采运管理

“

一码通用、

一码溯源

”

，

开展黄河流域非法采砂专项整治行动。0302010504P1010遥感技术起源于20世纪60年代初的航空摄影技术

，经过60余年的创新发展

，经过60余年的不断发展

，

已形成包括多光谱、

高光谱、

合成孔径雷达、

热红外

，高度计、

被动微波、

散射计等在内的一系列观测载荷

，可以对大气、

海洋、

陆表等开展多要素综合观测。1背景—遥感技术快速发展

P11目前在轨遥感卫星近1000颗

，我国排名第二

，

且仍在快速增长中越来越多的卫星

，

带来更快的响应速度和更高的访问频次将有力支撑水利遥感业务应用1背景—遥感技术快速发展

P12遥感技术具有宏观、快速、经济等特点

，可广泛应用于河流湖泊水资源、水环境、与水政监察等监测中。近年来

，我国卫星遥感技术发展迅猛

，大量国产卫星发射升空

，为日常河湖监测的业务化提供可能。

河湖形态监测（长度、宽度、深度、面积和容积等）

河湖违法侵占监测（围湖造田、养殖等）

河湖水体污染监测（工业排放、富营养化等）

………1背景—河湖监管遥感应用正当其时

P1302

遥感在河湖监管中的应用P14•

2.

1江河湖泊水域面积遥感监测•

2.2江河湖泊水位与蓄水量遥感监测•

2.3河湖岸线、河口遥感监测•

2.4江河湖泊水质遥感监测•

2.5江河湖泊疑似违法遥感监测2遥感技术在河湖监管中的应用P15

天然水体的反射率在可见光范围内总体上比较低，并具有随着波长增大逐渐降低的特征。其反射率在蓝绿光波段最高，4-5％；在近红外波段最低，几乎完全吸收，因此水体在遥感影像上呈暗色调，水陆界线相对比较清楚。

利用以上特性和不同波谱间的水体光谱特征可以将水体提取出来。3.1江河湖泊水域面积遥感监测

水体光谱特性P16n

目视解译n

波段运算方法

单波段阈值法

谱间关系法

水体指数法n

图像分类方法

监督分类

非监督分类

决策树分类

神经网路法

面向对象法n

综合法2.1江河湖泊水域面积遥感监测

机器学习方法P17基于面向对象及规则集的太范围水体提取在实际应用中

，各种水体提取方法均有其适用条件和限制条件的制约

，往往只用一种方法很难将水体完全地、

准确地提取出来

，

需要几种方法混合使用

，

以得到满意的水体提取结果。2.1江河湖泊水域面积遥感监测

开发了湖库水体监测系统

，包含了波段运算法

，

图像分类法（面向对象方法）

等多种图像分类方法。

基于高分遥感影像

，实现全国重点湖库水体业务化自动提取

，生产水体监测产品和简报。

目前已实现全国大中型水库以及1平方公里以上湖泊常规监测。开发了全国典型湖库水体遥感监测系统P182.1江河湖泊水域面积遥感监测

典型湖迫遥感监测P192.1河湖水域面积遥感监测

永丰水库水体面积遥感监测时间系列P20

2.1河湖水域面积遥感监测

u母亲河复苏u遥感动态监测P21

湖迫水位手涉雷达反演2022年发射升空的SWOT卫星搭载了一台Ka波段雷达干涉仪和一台双频天底高度计

，

幅宽120km，时间分辨率约21天

，将首次实现全球陆表水（主要包括湖泊、

水库、

河流和湿地）

的水量变化动态监测。以汉口站为例进行水位反演精读评估

，相关系数达1.00

，

RMSE达0.17m。2.2江河湖泊水位与蓄水量遥感监测

P22

水深遥感反演原理水深是重要的水文要素

，传统的水深测量主要是应用现场测量方法进行

，往往费时费力

，存在空间离散、覆盖范国有限等局限。遥感具有大范国、

同步、高时空分辨率等优势

，是水深测量的一种重要技术手段。

雷达高度计反演水深通过测量雷达波从水面到水底反射的时间差

，

结合水体折射率计算水深

，

适用于大范围但精度受限的浅海或内陆水域探测。

激光雷达测量水深利用激光脉冲在水体和底床的反射信号时间差及强度差异

，

直接计算水深

，

具有高精度但受水体透明度影响较大。2.2江河湖泊水位与蓄水量遥感监测

光学遥感反演水深基于水体光学特性

，

通过测量水体反射、

透射和辐射等光学信号

，反推水深信息。P23

湖浪水深光学遥感反演利用Landsat8多光谱光学卫星数据

，开展了青海湖、草海、龙滩和天生桥等内陆湖泊的的水深反演，相对误差约15~30%

，可为河湖安全调查和生态环境监测等提供数据支撑。2.2江河湖泊水位与蓄水量遥感监测

青海湖遥感反演的水深空间分布青海湖Landsat8影像P2424

湖迫水深激光雷达测量基于无人载双频激光雷达点云处理技术

，快速、高效地获取了广西涠洲岛附近海陆一体无缝拼接地形数据

，测深精度在0.3米左右

，可为河湖、水库安全调查和生态环境监测等提供数据支撑。海底地形海蚀崖海底地形2.2江河湖泊水位与蓄水量遥感监测

P25

湖泊蓄水量遥感反演蓄水量由湖泊面积和水位来决定

，

当蓄水量增加时湖泊的面积增加且水位上升

，反之则减少。研究表明通过湖泊面积与水位反演湖泊蓄水量与Hydroweb蓄水量相比具有较好的一致性。2.2江河湖泊水位与蓄水量遥感监测

P26o

2014年

，水利部印发《关于开展全国河湖管理范围和水利工程管理与保护范围划定工作的通知》

，组织各地开展划界确权工作。o

中央财政资金安排实施了中央直管河湖管理范围划定工作

，在2020年底前基本完成对中央直管河湖划界任务。o

要抓紧完善第一次全国水利普查名录内河湖划界成果

，在“全国水利一张图

”上图同步推进水利普查以外其他河湖管理范围划定工作。o

遥感已经广泛应用于河湖水域岸线划定以及变化监测中。2.3河湖岸线、

河口遥感监测P27长江三角洲岸线变化遥感监测

河流三角洲河口岸线变化遥感监测2000年以来

，在项目支持下

，利用长时间序列的多光谱光学卫星影像

，开展了我国长江、珠江、

黄河、黑龙江等大江大河岸线淤积识别与河道变迁研究

，为保障区域和国家河流生态安全提供支撑。

2.3河湖岸线、河口遥感监测

珠江三角洲治理前后岸线变化遥感监测P282.3河湖岸线、河口遥感监测

河流三角洲河旦岸线变化遥感监测黄河三角洲岸线变化遥感监测P29湖北武汉白

沙洲滩涂面

积增大

2.3河湖岸线、河口遥感监测

长江河道P30鄱阳湖湿地淹没频率图

湖迫岸线变他遥感监测在中欧龙计划等项目的支持下

，我单位和法国Dr

HervéYESOU合作

，开展了2000年以来洞庭湖和鄱阳湖等湖泊水域岸线形态连续监测

，为河湖生态健康评价提供支持。2.3河湖岸线、

河口遥感监测洞庭湖湿地淹没频率图P31

全国水环境问题仍较严重,区域水环境的全面监测是瓶颈l

近年总体上水质有所改善

，但是

、的情况。

时有发生

，给居民的饮水安全带来了隐患。l

不能及时发现河、

湖、库污染情况是造成的主要原因之一。

已成为水环境保护、

污染治理的。2.4江河湖泊水质遥感监测

P322.4江河湖泊水质遥感监测

叶绿素a悬浮物浓度浊度其它：总氮、总磷、

COD、

BOD等水华（蓝藻、绿藻）黑臭水体其它：水热、油污等

水质遥感反演要素P33

2.4江河湖泊水质遥感监测

叶绿素a浓度光谱特征悬浮物光谱特征黄色物质光谱特征水体组分兆谱特征P34P35

2020年巢湖富营养化遥感监测利用低空间分辨率哨兵三号、

MODIS等多源高光谱光学卫星影像数据

，通过构建的营养状态指数

，开展了2020年以来安徽省巢湖营养状态监测和评估。2.4江河湖泊水质遥感监测

35P

6

2020年巢湖水华遥感监测利用中高分辨率国产海洋一号、高分一号、

哨兵二号等多源多光谱光学卫星影像数据

，基于研发的水华提取方法

，开展了2020年以来安徽省巢湖水华动态变化监测

，分析了水华空间变化规律。

2.4江河湖泊水质遥感监测

36P

2020年巢湖吐绿素a和总悬浮物参数遥感监测利用哨兵二号多光谱卫星影像

，开展了2020年以来安徽省巢湖叶绿素a和总悬浮物遥感反演，动态评估了巢湖水质问题。

2.4江河湖泊水质遥感监测

叶绿素a浓度

总悬浮物浓度

2.5

江河湖泊疑似违法遥感监测

•

遥感可实现大范围区域性变化动态监测

，在河湖监管中可发挥独特作用

，

宏观掌握区域变化

，

及早发现异常区域性监督目标

，

为河湖监管提供科学、

直观、

快速的违法取证辅助性数据和信息支持

，有效解决覆盖范围广、

涉及类型多、

巡查周期长等实际困难。天上看网上管地上查P38P392.5江河湖泊疑似违法遥感监测

结合

“天、

空、

地”一体化监测和人工智能技术

，

构建巡查-核查-复查闭环监管模式

，

开展河湖遥感监管工作

，

为河湖保护提供有力支撑。国产遥感数据、信息技术且益丰富国产遥感数据日益丰富

，无人机航拍、人工智能和信息技术等迅猛发展

，实现了遥感监测从实验到业务化应用的拓展

，为实现全天候河湖违法行为遥感监测提供了新机遇。2.5江河湖泊疑似违法遥感监测

国产遥感数据日益丰富ZY-3、GF-系列、ZY02C、北京2号

，吉林

1号、SJ-9、

HJ等……GPU+并行信息技术迅猛发展云计算技术大数据分析技术星地观测技术智能信息处理技术

高性能与并行计算……无人机航拍技术无人机种类多样搭载传感器多样

数据快传技术智能拼接技术地物快速识别技

术……新机遇国产卫星及高分辨率遥感数据人工智能河湖岸线监督管理

无人机航拍

P40清采砂量无人机监测

2.5江河湖泊疑似违法遥感监测

精

(变化图斑发现精度优于90%)快（可实现1月频次巡查）高（空间分辨率优于1m）准（发现问题及图斑位置准确）清四乱

河湖岸线监管河道管理范围划界P412.5江河湖泊疑似违法遥感监测

按人类活动内容与性质

，结合管理需求

，可将河湖管理范围内地物对象分为占、采、堆、建四大类。P42疑似养鱼网箱疑似养鱼网箱清除2.5江河湖泊疑似违法遥感监测

潘家口、太黑汀水库库区及周边遥感监测P432.5江河湖泊疑似违法遥感监测河流岸线固体废弃物2017.122019.32017.1P442.5江河湖泊疑似违法遥感监测

河湖违法行为遥感监测应用围湖造地疑似违法行为2016.122018.11P45典型案例—湖北省湖泊遥感监测03P46湖北省号称“千湖之省”

，

湖泊众多。

但较长时间以来

，

由于开发过度、

保护不足

，

湖泊数量大幅减少

，

面积、

容积萎缩

，水体污染，湖泊功能退化。3.1概述

P47综合应用系统

湖北省湖迫遥感监测平台针对湖泊“四乱”问题

，首次提出了桌面端、

网页端和移动端一体化系统平台的设计框架

，开发了湖泊遥感动态监测系统(C/S)、湖泊卫星遥感监测综合应用系统(B/S)和移动执法系统(APP)

，持续支撑了2015年以来湖北省湖泊监管工作。3.2湖北省湖泊遥感监测系统

系统关系图P48

湖北省湖迫遥感监测平台首次提出了以卫星遥感为驱动的湖泊“四乱”天空地一体化监测监管技术体系

，推动了湖北省河湖治理保护由被动响应向主动作为转变。3.2湖北省湖泊遥感监测系统

河湖遥感监测监管技术体系P49

0示分析系统

湖北省湖库水面提取生产系统开发了湖库水面提取生产系统和展示系统

，实现了卫星数据的自动导入、

自动处理、水体自动提取和水体结果校核编辑

，以及全国重点湖库水体的实时自动提取

，为湖库水体面积日产品和月产品的生产提供重要的技术支撑。3.2湖北省湖泊遥感监测系统

湖库水面提取生产系统P503.2湖北省湖泊遥感监测系统

湖迫卫星遥感监测系统(移动端版)P513.2湖北省湖泊卫星遥感监测系统

湖迫卫星遥感监测门户网站、公众号P52

4.3应用效果

湖泊卫星遥感监测成果各湖泊“四乱”问题疑似违法图斑数量和面积统计级市“四乱”问题疑似违法图斑数量和面积统计P53