高分三號衛星水利應用及示範應用系統設計開發

高分三號（GF-3）衛星具有全天時、全天候的對地觀測能力，在水利行業領域具有巨大的應用潛力和優勢。本文首先介紹了GF-3 衛星在地表水體監測、洪澇監測、乾旱災害監測、水利工程監測等方面的理論方法和技術流程。在此基礎上，進一步設計並開發了GF-3 衛星水利示範應用系統，系統以水利業務網為運行管理環境，集成水資源監測評價和管理分系統、水旱災害監測分系統、水利工程監測和評價分系統、基礎空間資料庫建設與更新分系統，支撐GF-3 衛星數據的水利示範應用。最後通過GF-3衛星水利應用示範的開展，實現系統的業務化運行和水利應用專題產品的自動化生產和共享服務，提供4類14 種專題產品，從而提高GF-3 衛星數據的水利行業應用水平。

一、引言

當前，我國洪澇、乾旱災害和水資源短缺等水問題突出，地面監測系統目前還不能實現全面覆蓋。

高分三號（GF-3）衛星在2016 年8 月10 日成功發射，具有全天候/ 全天時對地觀測能力，可以不分晝夜、陰雨天氣進行對地觀測。針對洪澇乾旱災害監測、水資源管理等水利應用需求，開展基於可以常態化接收的國產GF-3 雷達數據，實現水體等專題信息的自動化提取研究，可以有效補充地面監測能力的不足，提升我國水利監測能力。

作為GF-3 衛星主用戶之一，水利部信息中心聯合中國水利水電科學研究院，開展GF-3 衛星在地表水體監測、洪澇監測、乾旱災害監測、水利工程監測等方面的技術攻關及應用研究，包括理論方法及技術流程。在此基礎上，進一步構建了GF-3衛星水利示範應用系統，並在示範區對提出的演算法和技術流程進行了檢驗。

二、高分三號衛星水利應用

1．地表水體及水源地監測

利用GF-3 衛星數據提取地表水體範圍，首先，對SAR 影像進行預處理，開展水體後向散射特徵分析研究，優選水體提取的最佳入射角、波段和極化方式；在此基礎上，針對不同極化模式的GF-3 SAR圖像，進一步進行水體提取的模型方法分析研究；最後根據提出的模型方法，提取水體範圍信息。

基於GF-3 數據的地表水源地水體監測技術流程，利用2016 年10 月9 日精細條帶模式1 的GF-3 影像，精確提取河北省崗南水庫水體範圍，如圖1 所示。

2．洪澇監測

洪澇災害遙感監測主要利用高分衛星影像，基於數字圖像處理、遙感專題信息提取等技術，實現對洪澇災害淹沒範圍監測，並在基礎地理信息以及社會經濟數據的支持下，開展洪澇災害快速評估。具體方法為：首先，應用GF-1 或GF-2 衛星數據提取常規條件下的背景水體；然後，利用GF-3 數據提取洪澇發生時水體範圍，通過疊加運算提取洪澇淹沒範圍；最後通過開展多期監測，獲取淹沒歷時，結合土地利用、社會經濟等基礎背景數據，開展災害損失評估。

基於洪澇災害遙感監測技術流程，利用2017 年7 月14 日標準模式的GF-3 影像，對吉林市市轄區和永吉縣進行洪澇監測，監測結果顯示洪水淹沒區主要集中在吉林市境內的溫德河和鰲龍河附近，如圖2 所示。

3．旱情監測……

4. 水利工程監測……

三、應用系統建設與業務化運行

GF-3 衛星水利應用示範基於高分水利遙感應用示範系統開展，針對水利應用迫切需求，突破地表水體快速提取、洪澇災害監測、旱情監測、水利工程監測等關鍵技術。

系統通過搭建軟、硬體支撐平台，建設為各業務應用分系統提供數據管理、運行管理、並行計算與協同作業以及數據產品的分發服務的平台支撐分系統，以及完成各類專題產品生產系統。

1．應用系統組成……

2．系統架構……

3．系統介面……

4．系統流程……

5．數據流程……

6．GF-3 水利示範應用系統主要技術指標……

7．GF-3 水利示範應用系統運行和示範應用……

系統主要在河北省崗南水庫、淮河中游幹流、安徽北部平原區、長江中下游等示範區，開展GF-3衛星數據地表水體提取、洪澇範圍監測、土壤含水量反演、堤防提取等典型示範應用，並在全國其他區域的開展和推廣GF-3 衛星數據的應用。

四、結論

GF-3 衛星為水資源管理、水旱災害監測、梳理工程監測等業務提供了有力的數據支撐。通過對基於高分三號衛星數據的地表水體快速提取、土壤含水量監測、洪澇災害監測、水利工程監測等關鍵技術的攻關。研發相應的模型和軟體模塊，規範產品生產的技術流程，為批量化、業務化生產奠定了技術基礎。搭建了由數據管理、運行管理、數據處理和共享服務等功能組成的支撐平台系統和各類專題產品生產系統。設計系統的技術架構、業務流程、數據流程以及技術指標。在示範區對專題產品生產和應用進行了技術驗證。

結果表明基於高分三號衛星的專題產品可以有效補充高分光學衛星在惡劣天氣條件下數據的不足，產品生產能力可以滿足任務需求，產品質量在規範控制條件下可以滿足業務要求，能夠為水資源日常監測、水旱災害監測、水利工程監測等提供有力的支撐。

來源：《衛星應用》2018年第6期

作者：陳德清 馬建威 崔倩

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