| 出版日期：1998-11-16 总期号：777 本年期号：87 |
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回首′98洪灾：信息防洪
周世波 1998年的洪灾恶梦般渐渐远去，却依然揪动着每一个中国人的心。如果我们切实地加强了水土保持，很好地保护了生态环境，完善地实施了本文介绍的水土保持动态信息监测系统，也许我们会免遭这“百年一遇”的洪水所带来的灾难。 对于今年洪灾的原因，“人祸”，即对生态环境的破坏，是有识之士的共同呼声。同时，基本资料不详，信息采集与分析手段落后，更为抗洪带来重重困难。回首′98，我们意识到，建立现代化的水土流失区生态农业与水土保持动态信息监测系统，是实现跨世纪宏伟工程技术保障系统的核心项目，是实现生态农业与水土保持建设区域规划、效益监测、管理与决策的规范化、标准化、科学化的必由之路。 动态监测技术一览 利用航天、航空遥感遥测信息进行国土资源动态监测、区划、规划与管理，在国外已十分普遍。德国巴登·符腾堡州早在七十年代进行地理与植被资源调查与区划时，就已系统采用遥感信息进行判别分类，编制全州的国土资源系列图件，开创了国际知名的“巴登·符腾堡法”。随着卫星遥感信息源的民用化及航摄、解析精度与信息量的不断提高，gis（地理信息系统）、gps（全球定位系统）、rs（remotesensing，遥感）及计算机技术的强有力支持，遥感遥测技术也得到了迅猛发展，且应用领域与深度不断拓展。在气象、地质、水利、农业、林业、国土资源管理等民用领域，它已经成为最主要的信息源与信息处理手段，发挥了巨大的效益。 在信息源技术方面，可见光谱、红外光谱、微波频谱等多谱段摄影技术的发展，使航空、卫星像片所包含的信息量大大丰富；摄影设备数字技术的发展，使遥感信息的分辨精度不断提高。红外波段民用卫片的像素精度已达到10m级的水平，航空像片的像素精度更达到米级以下的水平。 在遥感信息分析处理软、硬件设备方面，已经由模拟信息的判读发展到数字信息的解析，由栅格数据的处理发展到矢量数据的自动生成与处理。无论是微机工作平台还是计算机工作站，其工作界面越来越简单，而分辨率、信息处理能力和自动化生成手段越来越先进，功能也越来越强大。用户可对遥感信息进行精确的分析处理，也可进行信息系统的集成、建库、更新及其他专题分析处理，并能依赖功能强大的软件进行系统的进一步开发。在地表实况解析的基础上，建立遥感信息模型，对水土流失强度、分布规律、泥石流、区域地质、水资源、水雨情、滑坡河流泥沙变化、作物种植与产量预报等等进行监测研究，使工作环境用户化，满足动态监测与遥感信息深度分析服务的需要。 监测系统建立方案 1．监测的内容与范围 系统动态监测的对象为水土流失区在监测期内所发生的生态环境动态变化情况。其监测的内容主要包括： 1）生态农业措施消长变化的动态监测； 2）重点监测区域土地利用现状及其动态变化、复种面积及粮食产量预测和其它地表资源的专项调查、研究与动态监测； 3）监测区域内大型基本建设项目固体废弃物的排放与新增水土流失动态变化及水土保持实施情况的动态监测； 4）土壤侵蚀分布与强度的动态监测等； 5）泥石流、滑坡体等地质灾害的动态监测； 6）长江、黄河流域等干流与重要支流、湖泊泥沙监测、淤积变化监测、河势监测、水雨情与灾情监测等。 2．不同监测对象的深度与精度 对于以大流域总体为监测对象，其深度为大尺度宏观监测，像素精度控制在50－100m左右，监测周期为一年。信息源为美国landsat卫星tmcct数据。重点区域的动态监测，像素精度控制在10－30m，信息源为高分辨率的法国spot卫星、印度cct卫星遥感信息，结合多光谱航空遥感cct数据信息，以卫星遥感信息为主，用航空遥感信息及典型区域全野外调绘资料对数字判别模型进行精度校正与复核，建立高精度的解析系统，提供可靠的动态监测数据与专题图件。监测周期根据需要为半年或一年。 3．信息源的选择与利用模式 本系统为大范围、短周期、多信息的大型动态监测系统，对综合信息的可靠性、即时性要求高。同时，本系统监测的信息对象区域分散、平面信息复杂多样，对信息源的分辨精度、可读信息量和信息源的更新速度等方面均有很高的要求。动态监测的主要信息源，为航空遥感cct数据或影像和卫星遥感tmcct、cct、mss数据或影像。 航空遥感信息源具有分辨精度高、信息量丰富的特点，适合于高精度的微观监测。其最大的缺点是，飞行摄影的成本高昂，信息处理工作量大，信息源的商品化程度低。但在建立高精度的解析数据模型及进行灾情实时监测时，一定范围的最新航空遥感信息源是不可缺少的。 卫星遥感信息源的优点是：信息源的商品化程度高，信息的即时性非常好，可随时获得最新的遥感资料。与航片相比，十分经济可靠。从信息量上看，虽然分辨率低于航片，但在摄影波段组合上（最新的技术可对7个波段进行组合与分解处理），包含的信息量比航空遥感更丰富，这在相当程度上弥补了分辨率的不足。 在进行陆地资源信息的动态监测中，并不是要求尽可能的精确，而是要求满足精度要求。在实施性的支流规划中，成图比例尺要求达到1／10万，最小图斑为2×2mm，最大成图精度要求为200×200m。而卫星遥感民用信息源最大平面分辨率已达到10×10m甚至更高，因此，只要有先进的影像处理设备技术，卫星遥感信息的分辨率就可以满足生态农业监测的要求。 本项目在信息源的采用上，以卫星遥感信息源为主，以代表区域的航空遥感信息及典型区域的全野外调绘资料为补充。其结合应用方式为： 1）以航空遥感信息源作为建立遥感数据与影像背景信息集成精度校核依据； 2）以航空遥感信息源作为遥感数据模型库的校正参数，提高卫星遥感动态信息自动集成分辨精度与可靠性； 3）对重点区域与重点实施项目进行全野外调绘与航空遥感微观动态监测与重灾区灾情与救援监测。 3．信息处理方式与软、硬件支持系统 本项目为基于“3s”与遥信的动态监测系统，其信息处理方式如图1所示。 
图1动态监测系统处理方式 4．系统结构 本系统为一局域网络结构（如图2所示），在服务器与磁盘阵列的支持下，形成图形工作站与pc终端组成的功能强大的internet局域网网络。 
图2动态监测系统结构 该系统将图形工作站与pc工作平台融入到同一网络中，使系统分工更为清晰。对硬件要求高的大量浮点运算在unix工作站上运行，而对硬件要求不高的一般运算与处理在pc平台上进行，可大大提高系统的工作效率。所有空间数据库模型库与编码库，均存贮于大容量的磁盘阵列中，并通过服务器建立统一的查询、分析、管理与编码系统，共享信息资源。局域网可连接internet（国际互联网），向全世界发布生态环境与灾情的动态变化趋势信息，提高在环境领域的国际地位，为国际合作提供一个现代化的窗口。 本系统对于软、硬件支持环境的要求，一是必须满足大量影像与数据信息在同一支持环境下进行信息处理，并有足够的内存空间与处理功能，同时贮存、快速生成背景及多年度更新影像数据、属性编码库的动态信息；二是必须具备足够的信息处理能力，并能充分解析航空与卫星遥感信息源所提供的分辨率与信息资源。 本项目为大规模高信息集成的动态监测系统，信息采集范围广、处理精度高、资料更新快。因此，在引进、消化、吸收国外先进技术与设备的基础上，充分利用国外设备与技术所提供的功能与资源，并可针对项目的具体需要，进行信息集成、处理、生成与多媒体演示等方面的软件开发，使操作平台与界面用户化。 5．动态监测系统的功能 1）高精度平台式扫描系统。物理分辨率0．5μm，几何精度2μm（rms），像素尺寸5、7、14、28、56、112、224μm，黑白、彩色、正片、负片（包括航、卫片和各类专题图、地形图）一次扫描，并具整卷扫描功能。数据格式为标准栅格格式。 高精度扫描是本系统必备的信息源基础。这是因为生态环境与治理措施及水雨情与灾情的动态变化在区域上十分分散，而且措施的地表分辨要素也十分复杂，只有高精度的信息源与分辨率资源的充分读入，才有可能进行可信精度的动态监测。扫描信息的数字化不仅提供了高分辨率资源，而且为信息处理系统的建立提供了高技术保证。 2）基于unix环境下的信息处理网络，可实现以下基本的功能： ＊数字影像压缩存储与还原飞跃显示； ＊栅格数据漫游缓存的立体漫游，从而实现影像数据的高速处理与集成，可在所有网络终端共享同一系统环境和信息资源； ＊在gps卫星定位系统的支持下，建立内部坐标系统，并与当地坐标系相互转换，对航、卫等影像数字信息进行较高精度的坐标管理，可随时提取监测区域内任意范围各时期的影像信息；可以作立体影像的真彩色实时漫游，并且具有彩色影像的三维立体叠置功能，用户可在终端机上提取三维立体影像进行屏幕编辑和观察 ＊在地理信息系统的支持下，可对数字影像的栅格和矢量信息建立相关算法的数字模型和遥感信息模型，自动有效地生成任意区域的dtm、dem和地面动态监测信息，如生态农业建设措施面积、土地利用现状、新增治理面积及土壤侵蚀的分布与强度、各级分类系统（1—4级）分类统计数字信息和指定比例尺的专题图件、动态分析系列图（如柱状图、结构图及其它表达图式）。这些信息可在主机上生成，而在任意终端上提取，并可通过国际互联网络将监测信息www主页直接传到决策者的浏览器上，为高层决策提供可靠的第一手资料； ＊通过遥感与遥信手段，实时监测全流域范围的雨情动态变化信息（通过接收诺阿卫星云图和遥感信息），以及中下游地区的水情、灾情实时信息（必要时，可将监测范围扩展至全流域）。根据监测的精度要求，信息源分别为航空遥感、美国tm卫星和法国spot卫星的tmcct、cct数据。分辨率分别为米级、10米级和30米级。除航空遥感信息外，卫星信息的监测分析周期为4—28天，在汛期可提供精确而及时的水雨情和灾情分析监测信息（如淹没范围、淹没的土地类型、受灾程度、淹没趋势分析等），为高层决策提供强大的技术支持。 在gis、gps、rs与摄影测量的空间信息技术支持下，本系统基于全流域背景空间数据库、遥感信息模型库、编码库等，可分析不同洪水频率下一旦发生灾情可能淹没的范围、淹没区土地利用情况和可能发生的灾害损失估算，并提供相应的辅助决策支持。如根据地势高低提供人员疏散位置与路线，各疏散地可容纳的人数及需要的救灾物资种类与数量等。灾区重建规划、堤防整治规划设计等技术支持。 根据长江流域总体防汛规划，逐步建立流域防汛决策空间动态数据库与专家辅助决策库，为年度防汛规划与决策提供详实的第一手资料与专家技术支持，提高防汛决策的科技含量与快速反应能力。同时，对于重点堤段在汛期实施高精度的gps定位监测，使决策层随时了解重点堤段的安全状态，以作出及时的科学的指挥决策。 ＊具有必要的摄影量和航、卫影像信息的服务功能，可生成特定区域的地形图、航、卫片正射影像图、三维立体图、各类专题图件； ＊在动态系统的技术支持下，基于遥感信息源和遥感信息模型，可进行土壤水份变化、特定域的作物产量预测、地表水与沙漠浅层地下水的分布及其它地表信息的深入研究，并可对基本建设项目弃渣进行断面测量及排放量的计算；对公路、桥梁、铁路、骨干工程、渠道设计断面进行高精度的三角测量和土石方量的计算等技术。 应用前景光明灿烂 本系统的建立，将使高层决策部门随时掌握生态环境动态变化与流域尺度水雨情与灾情的翔实动态信息，使决策者“耳聪目明”，政策与决策的制度更具针对性与科学性。这无疑将显著提高“生态农业与水土保持跨世纪宏伟工程”与流域防汛的实施效率和建设进度，并且可为各类治理措施的全面质量监督提供技术支持，从而保证治理标准的贯彻执行，提高治理措施的保存率，推动区域经济可持续发展。同时，本项目是生态环境与防汛科学研究的技术基础之一，使诸如生态农业效益分析、各类型区生态环境治理开发模式、新增水土流失的预测与监测、土壤侵蚀类型区划分及防汛决策与科学调度等研究领域获得有力的技术支持，有利于生态环境与防汛系统建设应用研究的发展和“跨世纪宏伟工程”建设的科技含量。 动态监测系统是高层管理与决策的技术保障体系，是建立规范化、科学化、标准化管理与决策的基础，将产生显著的社会效益。 本系统具有极其广泛的推广应用前景： 1）为中央及各级水土保持和生态农业管理部门提供可靠、详实、即时的生态环境、流域水雨情与灾情、生态农业、土地利用、基本农田建设和作物产量、土壤侵蚀等动态监测资料，是跨世纪宏伟工程的技术保障系统； 2）为区域、流域和支流中长期规划及实施性的规划和方案编制提供可靠的技术支撑； 3）为生态农业、水利、环境整治等科研机构提供强大的技术支持和技术服务； 4）可提供丰富的地表、地下遥感信息集成，拓展监测的技术领域。 |
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