吳 昊，楊 慧，趙 揚(yáng)，黃 毅，顧曉蓉

（天津市水利科學(xué)研究院，天津 300061）

0 引言

天津地處渤海之濱，海河水系末端，河、庫(kù)眾多，分布范圍廣，水體包括市內(nèi)、山區(qū)、交界等各種類別。隨著工業(yè)化和城市化的高速增長(zhǎng)，天津面臨水體污染、水質(zhì)性缺水、河湖生態(tài)環(huán)境破壞等系列問(wèn)題。海河流域是全國(guó)七大水系中近 2000 a 來(lái)下墊面變化最大的流域，由于水資源過(guò)度開(kāi)發(fā)，引起河道干涸、濕地萎縮、山區(qū)植被破壞等一系列生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題。濱海新區(qū)的填海造陸工程，是目前中國(guó)國(guó)內(nèi)最大的填海造陸工程，圍填海對(duì)海灣形狀、岸線、面積等造成的改變多方面影響著海灣水生態(tài)系統(tǒng)和海域生態(tài)環(huán)境。

遙感技術(shù)具備快速、大范圍、重現(xiàn)周期短等特點(diǎn)，有助于開(kāi)展大范圍水環(huán)境研究、河湖水體監(jiān)測(cè)，對(duì)區(qū)域水體、水質(zhì)、水域岸線、生態(tài)濕地、水利工程等進(jìn)行監(jiān)測(cè)反演極具優(yōu)越性，可為控制和治理水環(huán)境提供一個(gè)快、好、省的科技途徑。在天津水務(wù)領(lǐng)域，近年來(lái)，專家學(xué)者利用遙感技術(shù)在水資源、水環(huán)境、水生態(tài)等方面進(jìn)行了諸多應(yīng)用實(shí)踐和探索。為進(jìn)一步推進(jìn)遙感技術(shù)在天津水務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用，有必要對(duì)這些研究案例進(jìn)行總結(jié)和探討。

1 天津水務(wù)遙感應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 水資源管理

1.1.1 地表水體調(diào)查監(jiān)測(cè)

通過(guò)遙感技術(shù)提取監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)湖泊、水庫(kù)、河流、不透水面等自然水體的面積和水邊線等信息，了解其形成、消失、擴(kuò)張等變化情況。謝慧君等[1]將遙感技術(shù)運(yùn)用到天津于橋水庫(kù)流域不透水面的提取和分析上，采用修正后的歸一化水體指數(shù)和線性光譜混合分析法對(duì) Landsat TM/OLI 遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從流域尺度上研究 1984—2013 年間不透水面覆蓋度的變化。劉登偉等[2]采用 MODIS 遙感數(shù)據(jù)對(duì)海河流域水庫(kù)位置、面積及庫(kù)容進(jìn)行了分析和反演計(jì)算，建立提取水庫(kù)面積的方法模型，同時(shí)根據(jù)水庫(kù)庫(kù)容-面積曲線反演了海河流域主要大型水庫(kù)的實(shí)際庫(kù)容，并利用此方法分析了海河流域大型水庫(kù)的水深并建立水深-反射率方程。

1.1.2 水文地質(zhì)調(diào)查

流域下墊面條件的改變，導(dǎo)致流域入滲、蒸發(fā)、徑流過(guò)程改變，影響流域水資源時(shí)空分布格局和區(qū)域水資源評(píng)價(jià)。肖高懷[3]借助遙感技術(shù)提取海河流域下墊面地形、土地利用、植被覆蓋、不透水面積等要素信息，分析 1980—2010 年海河流域下墊面各要素的變化情況，構(gòu)建綜合水文下墊面模型，并估算分析海河流域土壤飽和導(dǎo)水率的時(shí)間變化。

水文類型分區(qū)對(duì)于研究流域水文特性的空間分布規(guī)律、資料的移用及站網(wǎng)的規(guī)劃調(diào)整都有著重要的意義。馮平等[4]借助遙感資料將海河流域內(nèi)1 399 個(gè)子流域劃分成 7 類水文類型分區(qū)，并分析各水文類型分區(qū)的空間分布特征及產(chǎn)匯流機(jī)制，分區(qū)成果明確反映了流域的下墊面情況及氣候條件。

1.1.3 水資源評(píng)價(jià)

區(qū)域蒸發(fā)蒸騰量（ET）是流域水循環(huán)研究和水資源管理的重要參數(shù)，對(duì)流域的水資源管理、區(qū)域規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展尤為重要。姚立英[5]基于 2006—2007 年中巴資源衛(wèi)星（ZY01/02）影像數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)法估算盤山風(fēng)景名勝區(qū)的蒸騰量，在此基礎(chǔ)上建立區(qū)域水平衡。楊春祥[6]利用 MODIS 數(shù)據(jù)，基于地表能量平衡系統(tǒng)，在空間尺度上反演了海河流域 2010 年的蒸散發(fā)量，并計(jì)算分析了海河流域近 50 aET的時(shí)空變化規(guī)律。鄭澤[7]借助衛(wèi)星遙感技術(shù)和 SEBAL 模型，得出海河流域 2003 年的ET值和時(shí)空上的差異與規(guī)律，并對(duì)海河流域山區(qū)、平原河流和主要濕地等生態(tài)用地的生態(tài)需水量進(jìn)行計(jì)算與分析。吳海濤[8]利用遙感技術(shù)反演流域ET用于流域水管理的研究，對(duì) SEBAL 模型分析得到的流域ET結(jié)果進(jìn)行不同尺度的行政區(qū)域、水資源分區(qū)、土地覆蓋利用類型及相互組合區(qū)域的統(tǒng)計(jì)，研究ET的空間分布規(guī)律。結(jié)合 GEF（全球環(huán)境基金）海河流域水資源與水環(huán)境綜合管理項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱 GEF海河項(xiàng)目），王志良等[9]闡述了遙感監(jiān)測(cè)ET項(xiàng)目的主要任務(wù)、建設(shè)內(nèi)容、技術(shù)框架及項(xiàng)目中存在的技術(shù)問(wèn)題。孟憲智等[10]主要介紹 GEF 海河項(xiàng)目在海河流域應(yīng)用這一技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)、流域水平衡分析、地下水管理、縣級(jí)及灌區(qū)水管理的實(shí)踐。

1.2 水環(huán)境監(jiān)測(cè)

1.2.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化

房旭等[11]等綜合利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)天津于橋水庫(kù)藍(lán)藻水華監(jiān)測(cè)，采用 HJ-l，GF-1 和Landsat-8 高分辨率衛(wèi)星聯(lián)合監(jiān)測(cè)方式，基于歸一化植被指數(shù)NDVI構(gòu)建了藍(lán)藻水華提取算法，獲取了于橋水庫(kù)藍(lán)藻水華的面積和空間分布情況，利用尺度轉(zhuǎn)換重采樣的方式保持多星觀測(cè)結(jié)果的一致性。岳昂等[12]以 2008—2017 年 8—9 月的 Landsat-8 遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)葉綠素光譜解譯，分析于橋水庫(kù)藻華分布現(xiàn)狀和演變特征，并結(jié)合水質(zhì)監(jiān)測(cè)和區(qū)域氣溫?cái)?shù)據(jù)，探討藻華爆發(fā)的驅(qū)動(dòng)因素，得出水體總磷與葉綠素 a（Chl-a）呈現(xiàn)一致變化的規(guī)律。馮愛(ài)萍等[13]基于 MODIS 數(shù)據(jù)，采用 DPeRS 面源污染負(fù)荷估算模型，分析了 2016 年海河流域氮磷面源污染排放量、入河量和空間分布特征，對(duì)總氮和總磷污染負(fù)荷進(jìn)行估算，并對(duì)海河流域 172 個(gè)控制單元進(jìn)行了面源污染源和空間管理控制分析。羅陽(yáng)等[14]通過(guò)地面光譜測(cè)試，對(duì)于橋水庫(kù)的藻類光譜特性進(jìn)行了分析，獲取了藻類光譜基本信息，并分析了水華的敏感譜段，認(rèn)為全色多光譜遙感技術(shù)對(duì)水體面源、點(diǎn)源和內(nèi)源等各類污染源，具有較好的分辨能力。宋德彬[15]基于多源數(shù)據(jù)進(jìn)行黃渤海藻類災(zāi)害時(shí)空分布及對(duì)策研究，借助 GF-1，VIRRS，Ascat，科考船等多平臺(tái)數(shù)據(jù)集，對(duì)藻類暴發(fā)的環(huán)境要素進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)渤海生態(tài)健康的空間化評(píng)價(jià)。

1.2.2 懸浮固體

王代堃等[16]基于 Landsat-8 影像數(shù)據(jù)開(kāi)展天津?yàn)I海新區(qū)地表水懸浮物濃度遙感反演研究，將實(shí)地水樣采集、實(shí)驗(yàn)室測(cè)量分析和遙感影像不同波段像元亮度值結(jié)合，建立基于統(tǒng)計(jì)回歸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 2 種經(jīng)驗(yàn)算法反演模型。左書(shū)華等[17]利用 Landsat-5/7 衛(wèi)星影像和實(shí)測(cè)含沙量等資料，建立天津港—南排河岸段海域懸沙遙感模型，對(duì)表層水體懸沙分布及泥沙運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，獲得了不同時(shí)期、潮型和風(fēng)況下該海域表層懸沙含量分布特點(diǎn)。

1.3 水土保持監(jiān)測(cè)

1.3.1 海岸帶變化監(jiān)測(cè)

陳文剛[18]開(kāi)展了天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶變化遙感監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)模擬，以 1995—2015 年 5 期 Landsat TM/ETM + /OLI 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，動(dòng)態(tài)分析了天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶土地利用類型變化趨勢(shì)及海岸線變化特征，模擬 2020 年天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶土地利用狀況，并提取 2020 年海岸線。王娟等[19]利用天津市1987—2008 年 5 個(gè)時(shí)相的遙感影像、土地利用數(shù)據(jù)和海域使用規(guī)劃資料，結(jié)合數(shù)字圖像處理、GIS 等技術(shù)和目視解譯方法，提取了不同年代的岸線和濕地信息，剖析了天津?yàn)I海新區(qū) 20 a 來(lái)岸線變遷和濕地變化規(guī)律及其原因。

1.3.2 土地利用變化監(jiān)測(cè)

李洪遠(yuǎn)等[20]利用 1979 和 2001 年的 Landsat TM 及 2009 年的 SPOT 等影像資料，通過(guò)目視解譯法及 GIS 軟件的空間疊加分析功能，研究了濱海新區(qū)生態(tài)用地的總體特征、生態(tài)用地轉(zhuǎn)化特點(diǎn)及這些變化的驅(qū)動(dòng)因素。王豐等[21]基于 Landsat TM 遙感影像與天津?yàn)I海新區(qū) 1∶50 000 地形圖，運(yùn)用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)近 10 a 來(lái)天津?yàn)I海新區(qū)土地利用、覆蓋變化、各種土地類型面積變化及相互轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行定量分析。吳正鵬等[22]應(yīng)用多源（多時(shí)相）衛(wèi)星遙感影像變化檢測(cè)與 GIS 相結(jié)合的技術(shù)手段對(duì)天津南港工業(yè)區(qū)填海造地總體進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，收集自2008 年至今的衛(wèi)星影像，提取圍海、填海造地變化信息并進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

1.4 旱情監(jiān)測(cè)

遙感干旱監(jiān)測(cè)方法可實(shí)時(shí)反映大范圍的地表植被干旱狀況。張士昌等[23]基于 MODIS 數(shù)據(jù)，采用條件植被指數(shù)VCI、條件溫度指數(shù)TCI和植被供水指數(shù)VSWI，對(duì)海河流域 2000—2009 年的旱情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出遙感反演的土壤相對(duì)濕度圖，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)旱情分布和動(dòng)態(tài)變化，統(tǒng)計(jì)受旱面積，確定干旱等級(jí)。

1.5 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

海河流域濕地眾多，近年來(lái)受自然、人為因素的影響，濕地不斷喪失或退化，污染加重，濕地生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞，同時(shí)對(duì)海洋生態(tài)紅線區(qū)的常態(tài)化監(jiān)測(cè)還未全面實(shí)施。借助遙感監(jiān)測(cè)手段有助于摸清海河流域濕地現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上查找濕地環(huán)境惡化的原因，制定合理的保護(hù)和利用規(guī)劃。

1.5.1 流域濕地監(jiān)測(cè)

苗鈺婷[24]以 2000，2015 和 2016 年 3 個(gè)時(shí)期的遙感影像為數(shù)據(jù)源，分析得出 2000—2016 年天津近岸—濱海新區(qū)自然濕地面積增減變動(dòng)情況。高軍[25]以 Landsat 遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，利用 3S 技術(shù)和面向?qū)ο蠓诸惙椒ㄟM(jìn)行土地動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)和地物信息提取，對(duì)天津市境內(nèi)的濕地資源進(jìn)行了季節(jié)性和 34 a 來(lái)的濕地變遷等的研究。孟偉慶等[26]利用1979—2008 年間共 6 期 Landsat TM 遙感影像與非遙感數(shù)據(jù)，對(duì)天津市濱海新區(qū)近 30 a 的濕地景觀空間格局進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，對(duì)濕地總面積變動(dòng)和類型轉(zhuǎn)換的情況及原因進(jìn)行了總結(jié)。薛小妮等[27]利用2000，2005，2009 年 3 期 Landsat TM/ETM 遙感影像，提取白洋淀、衡水湖、北大港等 12 處洼淀的水面面積，分析其變化趨勢(shì)，并對(duì)南水北調(diào)通水后濕地水面的恢復(fù)情況進(jìn)行分析。

1.5.2 海洋生態(tài)紅線監(jiān)測(cè)

劉曉穎[28]以天津海域?yàn)樵囼?yàn)區(qū)，設(shè)計(jì)了一套以業(yè)務(wù)化運(yùn)行為目標(biāo)的海洋生態(tài)紅線區(qū)遙感監(jiān)測(cè)方案。選取 2000—2015 年 4 個(gè)時(shí)段衛(wèi)星遙感影像，開(kāi)展了回顧性的海洋生態(tài)紅線區(qū)遙感監(jiān)測(cè)實(shí)踐。研究顯示：自 2002 年以來(lái)，海洋生態(tài)紅線區(qū)內(nèi)部無(wú)直接占用現(xiàn)象，但周圍的開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)對(duì)海洋生態(tài)紅線區(qū)構(gòu)成較嚴(yán)重的威脅，海洋生態(tài)紅線區(qū)所在海域的自然屬性發(fā)生較大改變。

2 天津水務(wù)遙感應(yīng)用問(wèn)題分析

2.1 遙感信息發(fā)掘不充分

天津水務(wù)遙感產(chǎn)品主要集中在水體提取、水資源蒸散發(fā)、水質(zhì)分析、海岸帶監(jiān)測(cè)、濱海新區(qū)土地利用變化、濕地變遷監(jiān)測(cè)等方面，且監(jiān)測(cè)對(duì)象集中在于橋水庫(kù)、海河、濱海新區(qū)的岸線及濕地，遙感產(chǎn)品多產(chǎn)生于科研項(xiàng)目和學(xué)術(shù)研究，未達(dá)到成熟應(yīng)用水平，產(chǎn)品覆蓋領(lǐng)域不夠全面深入。

遙感可提取諸多水利有關(guān)的信息，以水體為例，可提取地表水體面積、水面高程、水深、水溫、水色、懸移質(zhì)泥沙含量、透明度、渾濁度、葉綠素 a含量、蒸散發(fā)量、土壤含水量等信息。利用這些信息可制作諸多水利遙感產(chǎn)品，以洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)為例，可進(jìn)行洪澇淹沒(méi)區(qū)的淹沒(méi)范圍、歷時(shí)（連續(xù)監(jiān)測(cè)）、水深及洪澇影響對(duì)象等的監(jiān)測(cè)評(píng)估。今后應(yīng)充分發(fā)掘遙感信息，擴(kuò)大覆蓋領(lǐng)域，提升應(yīng)用水平。

2.2 遙感基礎(chǔ)研究工作不深入

遙感影像的正確解析離不開(kāi)輻射校正、光學(xué)參數(shù)測(cè)量、波譜庫(kù)建設(shè)、輻射傳輸機(jī)理研究、光學(xué)特性分析、光譜解析、水質(zhì)模型建模反演等大量基礎(chǔ)研究工作。

1）輻射校正。輻射校正是消除光線傳播成像過(guò)程中各種畸變和噪聲，從接收輻射亮度值中分離出水體的離水輻亮度，由于水體反射率偏低，同時(shí)受大氣散射和吸收作用，空氣濕度尤其是水面上水汽、氣溶膠濃度、地形變化等因素影響，目前常用的大氣校正模型在實(shí)際應(yīng)用中還存在多種問(wèn)題。如最著名 LOWTRAN，MORTRAN，6S 和 ATCOR 等模型，建模時(shí)需要?dú)馊苣z類型等多個(gè)大氣參數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中通常采用將全球氣溶膠根據(jù)地理位置劃分為若干固定參數(shù)類型的計(jì)算方式，導(dǎo)致計(jì)算精度受影響。另外如黑體減法（Dark-Object Subtraction）模型，也稱為暗像元法，利用陰影和水體等圖像暗像元忽略地面反射能量或?qū)⑵洚?dāng)做已知量的方式計(jì)算氣溶膠參數(shù)，這種方法不需要衛(wèi)星同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，在大氣參數(shù)實(shí)時(shí)性方面效果有所改善，但沒(méi)有充分考慮大氣透過(guò)率和天空光下行散射的影響。基于暗像元模型的改進(jìn)方法，如基于多個(gè)暗像元的對(duì)非均質(zhì)大氣的大氣糾正方法和基于 DEM 的大氣輻射糾正方法，考慮了大氣的非均質(zhì)性和地形對(duì)陽(yáng)光穿過(guò)大氣層厚度的影響，精度有所提高?？傮w上輻射校正的精確程度依賴于理論方法和模型設(shè)計(jì)的更深入的研究。

2）光學(xué)參數(shù)測(cè)量。水體成分光學(xué)參數(shù)的精確測(cè)量和專業(yè)波譜數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，對(duì)水體和水質(zhì)定量遙感建模、參數(shù)反演及環(huán)境生態(tài)監(jiān)測(cè)等具有重要作用。國(guó)內(nèi)如中國(guó)污染水體反射光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，包含河流、水庫(kù)、湖泊、排污口、赤潮水體等不同類型污染水體光譜曲線 330 組。但目前國(guó)內(nèi)波譜庫(kù)遠(yuǎn)未達(dá)到支撐遙感應(yīng)用的程度，同國(guó)外波譜庫(kù)規(guī)模和應(yīng)用水平存在較大差距，水體專業(yè)波譜庫(kù)的補(bǔ)充完善、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)共享等工作的開(kāi)展極具緊迫性。

3）光譜解析。通過(guò)解析光譜曲線實(shí)現(xiàn)分類識(shí)別。由于光學(xué)參數(shù)測(cè)量誤差、同物異譜/異物同譜現(xiàn)象的存在、理論方法的不完善及模型誤差等原因，準(zhǔn)確程度有限。解析對(duì)象以水體中的懸浮物、葉綠素和黃色物質(zhì)等光學(xué)特性顯著的成分為主。隨著高光譜遙感等技術(shù)的發(fā)展，更多波段的信息可用于地物識(shí)別，光譜信息與各種建模方法的結(jié)合探索，也為總氮、總磷等光學(xué)特性不明顯指標(biāo)的解析提供了思路。

2.3 遙感數(shù)據(jù)解析方法有待豐富完善

遙感影像的處理方式目前主要有目視解譯法和數(shù)據(jù)分析法，應(yīng)用中或與現(xiàn)有模型結(jié)合，或基于光學(xué)理論建立新的模型，由于模型適用性和理論不完善等問(wèn)題導(dǎo)致環(huán)境適應(yīng)性、解析精度等還不能滿足實(shí)用要求。

1）目視解譯法。目視解譯法直接在遙感影像上識(shí)別提取目標(biāo)對(duì)象，精確程度依賴于遙感數(shù)據(jù)源空間分辨率和判據(jù)準(zhǔn)則的適用性，多采用監(jiān)督、非監(jiān)督、決策樹(shù)、最大似然等機(jī)器分類方法結(jié)合人工目視判別，對(duì)地物、圖斑等進(jìn)行判別分類，多應(yīng)用于土地動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、地物信息提取、專題地圖的制作等。

2）數(shù)據(jù)分析法。數(shù)據(jù)分析法以目標(biāo)物體的光譜特征為基礎(chǔ)，以多、高光譜影像為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段對(duì)影像波段數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，多用于地物提取、水質(zhì)分析等方面。數(shù)據(jù)分析法主要有以下 2 種應(yīng)用類型：a. 作為數(shù)據(jù)源參與運(yùn)算，相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，遙感數(shù)據(jù)源為這些模型提供了新的特征參數(shù)和指標(biāo)，有助于提高模型精度，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域。b. 針對(duì)遙感數(shù)據(jù)建模，通常有理論、半經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)等方法。半經(jīng)驗(yàn)方法應(yīng)用較為成熟，通過(guò)統(tǒng)計(jì)關(guān)系或模型將實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，針對(duì)性強(qiáng)，但當(dāng)水體或水質(zhì)發(fā)生較大變化后需要重新建模率定；理論算法基于輻射傳輸機(jī)理，建立污染物類型、濃度與水體光譜的函數(shù)關(guān)系，較少依賴實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，普適性好，但這種基于光場(chǎng)理論的模型基礎(chǔ)尚不完善，需要更深入的研究和驗(yàn)證。

2.4 高光譜數(shù)據(jù)及衛(wèi)星資源利用不充分

在水環(huán)境的遙感監(jiān)測(cè)中，常用的數(shù)據(jù)源以多光譜影像為主，以藍(lán)光、綠光、紅光、近紅外等 4～5 個(gè)不連續(xù)波段為主要研究對(duì)象并總結(jié)出一系列特征規(guī)律，目前應(yīng)用較多的各種遙感指數(shù)算法多是依據(jù)光譜特征進(jìn)行研究的結(jié)果。高光譜遙感在實(shí)際應(yīng)用中還存在以下問(wèn)題：

1）高光譜成像設(shè)備以地面和機(jī)載應(yīng)用為主，星載仍以多光譜傳感器為主。

2）高光譜遙感水質(zhì)分析方法的處理思想較多參考多光譜成果，即以多光譜的思想解決高光譜問(wèn)題，以相對(duì)較粗層次的方法和思想解決較細(xì)層次的問(wèn)題，必然存在理論滯后的問(wèn)題。

因此研究和分析高光譜遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，充分利用其信息優(yōu)勢(shì)是高光譜理論研究和應(yīng)用的前提。

天津水質(zhì)遙感產(chǎn)品多以 Landsat，MODIS 傳感器影像為數(shù)據(jù)源，目前國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星如 GF，HJ，ZY 系列衛(wèi)星，特別是 GF-1 和 GF-2 衛(wèi)星數(shù)據(jù)空間分辨率與當(dāng)前主流商業(yè)光學(xué)衛(wèi)星基本相當(dāng)，在幅寬、重訪周期和中高分辨率傳感器同星搭載上有一定優(yōu)勢(shì)。國(guó)外衛(wèi)星如哨兵-2A， 攜帶 1 枚多光譜成像儀，可覆蓋 13 個(gè)光譜波段，在光學(xué)數(shù)據(jù)中哨兵-2A 數(shù)據(jù)是唯一一個(gè)在紅邊范圍含有 3 個(gè)波段的數(shù)據(jù)，為遙感監(jiān)測(cè)提供了更高空間、時(shí)間和光譜分辨率的遙感數(shù)據(jù)，這對(duì)監(jiān)測(cè)水環(huán)境信息非常有效。

2.5 遙感監(jiān)測(cè)精度和時(shí)效性不足

遙感數(shù)據(jù)受空間和光譜分辨率、影像幅寬、過(guò)境周期、氣象條件等因素的影響，數(shù)據(jù)采集的精確性、穩(wěn)定性和有效性目前還不能滿足應(yīng)急數(shù)據(jù)需求，周期性、業(yè)務(wù)化、全國(guó)和分區(qū)域的覆蓋性采集能力和調(diào)度同樣不能滿足常規(guī)業(yè)務(wù)需求。具體在以下幾方面存在不足：

1）空間分辨率方面。用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)的遙感數(shù)據(jù)一般不能低于 2～5 個(gè)像元精度，目前常規(guī)遙感數(shù)據(jù)分辨率還無(wú)法滿足中小河湖水域的監(jiān)測(cè)需求。

2）時(shí)間要求方面。汛期水情、水華發(fā)展、黑臭水體等監(jiān)測(cè)有較高的時(shí)效性要求，但幅寬覆蓋面積大的遙感影像更適用于大區(qū)域的監(jiān)測(cè)。云、雨、霧霾等氣象條件也限制了遙感影像的正常使用，導(dǎo)致對(duì)遙感影像需求最高的汛期往往無(wú)法獲取有效影像數(shù)據(jù)。

3）在研究對(duì)象方面。水質(zhì)分析多為大面積的湖泊、水庫(kù)等的水質(zhì)分析，對(duì)于河流，還停留在一級(jí)主干道水體的監(jiān)測(cè)階段，目前城市河網(wǎng)遙感水體研究基本還處于探索階段，成熟的應(yīng)用不多。

4）多源數(shù)據(jù)聯(lián)合使用方面。多源數(shù)據(jù)聯(lián)合使用是當(dāng)下一個(gè)研究方向，如多云多雨地區(qū)的多源遙感協(xié)同監(jiān)測(cè)、水陸交互帶土地覆蓋變化檢測(cè)與更新等，但不同來(lái)源的遙感數(shù)據(jù)目前存在標(biāo)準(zhǔn)、格式等的不統(tǒng)一，加上衛(wèi)星姿態(tài)、過(guò)境時(shí)間等因素，導(dǎo)致不同來(lái)源的數(shù)據(jù)共享和融合有一定難度。

3 水務(wù)遙感應(yīng)用前景探討

目前，衛(wèi)星遙感在水政執(zhí)法、水資源、水生態(tài)等方面得到拓展應(yīng)用，逐步成為重要業(yè)務(wù)支撐；河（湖）長(zhǎng)制等遙感應(yīng)用急需大量高光譜數(shù)據(jù)開(kāi)展水環(huán)境監(jiān)測(cè)。綜合水務(wù)業(yè)務(wù)工作和應(yīng)急監(jiān)測(cè)評(píng)估需求，水務(wù)遙感有巨大市場(chǎng)和應(yīng)用前景。

隨著國(guó)內(nèi)遙感基礎(chǔ)研究的不斷完善、新技術(shù)研究的進(jìn)步和衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，遙感產(chǎn)品的精度、實(shí)用性、時(shí)效性日益提高。遙感產(chǎn)品的普及應(yīng)用需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及業(yè)務(wù)流程化處理，具備數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取、處理、入庫(kù)，以及專題產(chǎn)品生產(chǎn)、共享的能力，能夠提供定期、及時(shí)、持續(xù)、標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用服務(wù)。

高光譜、超光譜遙感和高空間分辨率的凝聚式衛(wèi)星觀測(cè)等新技術(shù)，以及更多新型遙感衛(wèi)星資源的運(yùn)用，將使遙感可對(duì)水質(zhì)分布、污染源等，進(jìn)行大區(qū)域、不間斷監(jiān)測(cè)，可很好地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，實(shí)現(xiàn)水中微生物、光活性重金屬等多水質(zhì)參數(shù)的高精度遙感參數(shù)反演，對(duì)水安全和水環(huán)境保護(hù)具有巨大的意義。遙感大數(shù)據(jù)的建設(shè)能提供知識(shí)化的水利遙感大數(shù)據(jù)管理、云端化的遙感大數(shù)據(jù)服務(wù)能力，助力“互聯(lián)網(wǎng) + 現(xiàn)代水利和智慧水利”建設(shè)。

遙感影像處理軟件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程日益緊迫，長(zhǎng)期以來(lái)，遙感影像處理分析類軟件主要依靠國(guó)外產(chǎn)品，我國(guó)還有大量關(guān)鍵系統(tǒng)仍然使用國(guó)外遙感處理基礎(chǔ)軟件，全面啟動(dòng)國(guó)產(chǎn)軟件替代工作，保障空間信息安全勢(shì)在必行。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)遙感衛(wèi)星應(yīng)用起步于 20 世紀(jì) 70 年代末，隨著水利信息化的發(fā)展及高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)的實(shí)施，水利遙感的技術(shù)和應(yīng)用水平近年來(lái)有了迅猛發(fā)展，能力不斷增強(qiáng)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，應(yīng)用深度向業(yè)務(wù)工作的要求不斷靠攏。利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)地球表面水體具有監(jiān)測(cè)范圍廣、頻率高、速度快、成本低等優(yōu)勢(shì)，能夠全面及時(shí)監(jiān)測(cè)和獲取水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化等數(shù)據(jù)，對(duì)于水質(zhì)監(jiān)控和污染源排查具有極大的重要性，在水資源管理、水環(huán)境監(jiān)測(cè)、水土保持、水利工程監(jiān)測(cè)、防洪抗旱、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、應(yīng)急監(jiān)測(cè)評(píng)估等水務(wù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域有極大的應(yīng)用需求。雖然目前遙感水務(wù)應(yīng)用還存在諸多不完善的方面，但隨著遙感技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用研究的逐步深入，其在資源環(huán)境的保護(hù)、規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展方面的作用將更加重要，能夠?yàn)榻⑻斓匾惑w、上下協(xié)同、信息共享的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供保障。