基于遥感技术的水域监测

【摘 要】水域监测是指利用遥感影像基于水体特征进行的水域信息提取，本文利用高分辨率航空影像，结合基础地理信息数据以及已有的水域调查资料等，提取苏州市河湖水域信息，确定其属性信息，并对提取结果进行野外测绘验证。结果证明该方法获取的水域面积精确可靠，可为客观掌握水域情况、加强河湖管理提供依据。

【关键词】遥感影像；水域监测

引言

遥感技术具有大范围、主动、快速、准确地获得地表信息的优势，可以有效解决监测区域大、监测目标分散的问题[1]，目前已经在国土、林地调查和动态监测中发挥了重要作用。利用遥感技术提取水域信息主要是依靠水体与其他地物的光谱反射差异[2]。但是基于光谱信息提取的水域范围实际是水面范围，与水利部门所关心的水域范围有一定差异，而且不同时期水位差异会导致水域范围的差异。因此基于光谱信息提取的水域范围在实际应用中有一定问题。

随着遥感技术的发展，影像空间分辨率增大，地物信息表达更详细，水域信息提取中辅助信息更丰富[3]。本文将结合水利部门的实际需要，以高清遥感影像以及大比例地形图为依据，提取苏州市水域范围，并通过实地测绘调查检验提取结果。通过该方法可调查清楚全市水域总面积和分布情况，为今后加强河湖管理，确保水面积不减少提供依据。

一、研究区及数据介绍

（一）研究区概况

苏州市位于长江三角洲中部、太湖流域东北部，东邻上海，南连浙江省嘉兴、湖州两市，西傍太湖，与无锡相接，北枕长江。根据《2014年苏州统计年鉴》，全市总面积8488平方公里，地形以平原为主，地势低平。苏州河湖资源丰富，境内河道纵横，湖泊众多，河湖相连，形成“一江、百湖、万河”的独特水网。全市拥有长江和太湖岸线300多公里，大小湖泊300多个，各级河道2万余条。其中，列入江苏省保护名录的湖泊94个，列入江苏省骨干河道名录的河流93条。各类河湖水域在苏州市防洪、排涝、灌溉、供水、发电、航运和生态景观、水文化等方面发挥了巨大的综合功能。

（二）数据介绍

本研究遥感影像主要是2013年拍摄的彩色航空影像，已经过正射校正和波段融合处理，空间分辨率为0.2米。研究基准年为2013年，以基准年航空影像为工作底图，结合基础地理信息数据中的常水位岸线采集水域范围边界。

基础地理信息数据主要包括苏州市测绘基础地形图、苏州市电子地图数据，是各项调查相关信息的主要数据来源之一。另外还可以利用苏州市第一次全国水利普查成果、湖泊勘测成果、堤防规划调查资料、各乡镇水系规划成果和其它各种水域调查相关图件、文档和表格等作为参考。

（三）技术路线

二、水域信息提取

水域面积是水域所对应的面积。根据实际需要，水利部门水域管辖范围包括两岸堤防（岸线）之间的水面、边滩、沙洲的面积。

本文调查中原则上水域面积计算按照有硬质岸线和无硬质岸线两种基本情况考虑：对于有硬质岸线（包括堤防，硬质护坡、护岸，挡墙和道路）的水域面积是指硬质岸线之间的面积。在航空影像上硬质岸线一般呈现为白色条状，特征明显，可以根据影像数据结合地形图数据沿硬质岸线或房屋的迎水侧边缘勾绘水域边界（如图2）。

对于无硬质岸线的水域面积是指河岸线之间（或湖岸线所包围的）的面积。以基础地理信息数据中的水域常水位岸线为基础，结合不同时段的高分航空影像，沿水陆痕迹线勾绘水域边界（如图3）。

（一）属性信息

根据遥感影像可以准确提取水域范围，确定水域空间分布位置。然后借鉴其他资料为水域信息添加属性，包括河流的分段命名，根据基础地理信息数据确定河流流经区域，确定河流起止点，计算河流长度、面积等。

三、结果分析

根据以上方法确定河道基本信息表（部分）见表2，对苏州市河湖信息进行统计分析，结果见表3

根据图4，含太湖和长江水域在内，苏州市湖泊水域面积最大，占全市水域总面积的68.6%；其次是河道，比例为29.9%；塘坝水域面积占比最小，为1.5%；

含太湖和长江水域在内，苏州市省管湖泊和流域性河道水域面积为2231.426km2，占全市水域总面积的69.6%；市管河湖水域面积为452.351km2，占全市水域总面积的14.1%；县级及以下水域面积为521.228km2，占全市水域总面积的16.3%。

苏州全市共有各级河道21879条，河道水域总面积为958.117km2，河道总长度为21637.51km。其中，苏州市流域性河道有4条，为长江、望虞河、太浦河和京杭大运河，长江水域面积为456.315km2，占全市水域总面积的14.2%，流域性河道水域面积为476.048km2，占全市河道水域总面积的49.7%，流域性河道长度为289.26 km，占全市河道总长度的1.3%；市管河道有36条，苏州市管河道水域面积为59.975km2，占全市河道水域总面积的6.3%，市管河道长度为764.01km，占全市河道总长度的3.5%；苏州市县级河道有78条，水域面积为36.563km2，占全市河道水域总面积的3.8%，县级河道长度为901.18km，占比为4.2%；苏州市镇村河道条数最多，为21761条，其面积为385.531km2，占全市河道水域总面积的40.2%，镇村河道长度为19683.07 km，占比为91.0%。

苏州全市共有大小湖泊353个，湖泊水域总面积为2197.838 km2。其中，苏州市省管湖泊有3个，为太湖，鹅真荡，嘉陵荡，太湖水域面积为1754.342km2，占全市水域总面积的54.7%，省管湖泊水域面积为1755.378km2，占全市湖泊水域总面积的79.9%；列入省湖泊保护名录的其余91个湖泊为市管湖泊，市管湖泊水域面积392.376km2，占全市湖泊水域总面积的17.8%；其余的湖泊均为县管及以下湖泊，县管及以下湖泊有259个，水域面积为50.084km2，占比为2.3%。

塘坝为水域面积小于或等于50亩，具有一定利用功能的小型水域，苏州全市共有塘坝8404个，水域面积为49.050km2。

根据表4含太湖和长江水域在内，苏州各市、区中，吴中区的水域面积列首位，占全市水域总面积的50.6%，主要原因是太湖的大部分水域在吴中区境内，吴中区太湖水域面积占吴中区水域总面积的95.0%；排名第二位的是吴江区，主要原因是苏州市91个市管湖泊有55个在吴江区境内，且境内包含部分太湖水域，吴江区市管湖泊水域面积占吴江区水域总面积的35.1%，太湖水域面积占比为25.9%；苏州市水域面积最小的市、区是姑苏区，因为姑苏区行政区划面积较小，且境内无大湖大河，境内基本为河道水域。

四、结果验证

抽样外业测量验证工作测量采用GPS JSCORS模式，测段总长度约600KM，选取了苏州市各级河道若干段进行了外业测量。

其中，流域性河道中长江未测量，其他3条河道的测段总长度为82.5 km，占除长江以外流域性河道总长度的49%；市管河道抽取了其中35条河道，测段总长度为416.3 km，占市管河道总长度的54%；县级河道抽取了其中18条进行了测量，测段总长度为74.1km，占全市县级河道总长度的8.2%；镇村河道抽取了其中43条进行了测量，测段总长度为51.1 km。 以下是各级河道抽样测量的情况。

基于遥感技术提取的流域性河道水域范围线点位中误差为±0.11m；水域面积相对误差为-0.1%。基于遥感技术提取的市管河道水域范围线点位中误差为±0.18m；水域面积相对误差为0.2%。基于遥感技术提取的县级河道水域范围线点位中误差为±0.19m；水域面积相对误差为0.3%。基于遥感技术提取的镇村级河道水域范围线点位中误差为±0.20m；水域面积相对误差为-0.3%。

根据抽样河段的验证结果，基于遥感手段提取水域面积的方法精确可靠，精度符合实际需求。说明基于遥感技术提取的水域边界线具有较高的精度，获取的水域面积精确可靠。

五、结论

遥感技术为水域监测提供了高精度、多时效的数据基础。本文以航空影像为基础，结合基础地理信息数据，对苏州市水域进行监测，提取水域面积。通过野外测绘调查发现该方法提取精度高，为准确把握区域水域面积、空间位置提供基础。

参考文献：

[1]周成虎，骆剑承. 高分辨率卫星遥感影像地学计算[M].北京：科学出版社，2008： 35-37.

[2]万紫，刘江，徐庆华，王新.基于多源空间数据的河道水域变化监测方法研究[J].2013，5（23）：37 -45.

[3]成建国，陈德清，郭善昕.环境卫星数据在潘阳湖水域监测中的应用[J].2013，1：52-56.

基金项目：

浙江省省属科研院所专项计划项目（编号2013F10049）

作者简介：

田文婷（1987-），女，硕士研究生，主要从事水利遥感研究。

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