彭祥國(guó)，唐艷梅，易志朝，黎 廣

（1.中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，330029，南昌；2.江西省自然資源測(cè)繪與監(jiān)測(cè)院，330002，南昌）

隨著國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星的發(fā)射并發(fā)揮效用，遙感影像數(shù)據(jù)日益豐富，其時(shí)間分辨率和空間分辨率均能較好滿足需求，為河湖庫(kù)亂占、亂采、亂堆、亂建“四亂”問(wèn)題高頻度遙感監(jiān)測(cè)監(jiān)管提供了數(shù)據(jù)保障。本文以江西省重點(diǎn)河湖庫(kù)“四亂”問(wèn)題遙感監(jiān)測(cè)為例，利用河湖管理劃定成果確定監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍，建立各地類遙感解譯標(biāo)志，采用基于深度學(xué)習(xí)的語(yǔ)義分割方法與人機(jī)交互解譯方式獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)河湖庫(kù)“四亂”問(wèn)題圖斑信息，利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行外業(yè)實(shí)地核查，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為政府部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)并清理整頓問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)。

一、重點(diǎn)河湖庫(kù)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)路線

首先結(jié)合河湖功能、大中型水庫(kù)規(guī)模和所在地區(qū)“四亂”現(xiàn)象實(shí)際情況，確定重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域，根據(jù)近年來(lái)河湖庫(kù)劃界成果確定重點(diǎn)監(jiān)測(cè)范圍；然后獲取重點(diǎn)河湖及大中型水庫(kù)區(qū)域優(yōu)于2 m分辨率的衛(wèi)星遙感影像（不清晰區(qū)域以無(wú)人機(jī)影像輔助），采用人工智能和目視解譯方法對(duì)河湖、大中型水庫(kù)岸線的變化及管理范圍內(nèi)的亂占、亂采、亂堆、亂建情況進(jìn)行初步解譯，并整理形成“疑似問(wèn)題圖斑”地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，利用無(wú)人機(jī)航測(cè)及人工實(shí)地調(diào)查的方式對(duì)遙感初步解譯結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)和拍照取證；最后提交變化監(jiān)測(cè)成果及季度、年度監(jiān)測(cè)分析報(bào)告。江西省重點(diǎn)河湖庫(kù)“四亂”問(wèn)題遙感監(jiān)測(cè)具體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 江西省重點(diǎn)河湖庫(kù)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)路線

二、江西省重點(diǎn)河湖庫(kù)遙感監(jiān)測(cè)及統(tǒng)計(jì)分析

江西省水系發(fā)達(dá)，河流眾多，流域面積10 km2以上的河流超3700條，50 km2以上的河流有963條，其中贛江、撫河、信江、饒河和修河五大河流為省內(nèi)主要河流，縱貫全域；有大小湖泊百余個(gè)，其中水面面積1 km2以上的有85個(gè)。全省現(xiàn)有注冊(cè)大中型水庫(kù)287座，其中大型水庫(kù)30座，總庫(kù)容189.9億m3；中型水庫(kù)263座，總庫(kù)容64.7億m3。河湖庫(kù)對(duì)江西經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展起到了重要作用，但發(fā)展過(guò)程中存在的“四亂”問(wèn)題也影響了河湖庫(kù)面貌及功能發(fā)揮，亟須進(jìn)行常態(tài)化監(jiān)測(cè)與整改治理。以江西省2022年第二季度至2023年第一季度重點(diǎn)河湖庫(kù)“四亂”問(wèn)題遙感監(jiān)測(cè)為例，闡述遙感監(jiān)測(cè)實(shí)施主要步驟和監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)分析。

1.主要資料收集

利用國(guó)產(chǎn)高分1號(hào)和高分6號(hào)衛(wèi)星遙感影像作為遙感監(jiān)測(cè)底圖，以監(jiān)測(cè)區(qū)前時(shí)相遙感影像作為基準(zhǔn)影像，后時(shí)相影像作為變化圖斑提取影像，影像不清晰的區(qū)域輔以無(wú)人機(jī)航測(cè)影像作為補(bǔ)充。收集監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)河湖庫(kù)劃界成果、涉水區(qū)域建設(shè)工程批復(fù)資料，作為變化圖斑核實(shí)的重要依據(jù)。

2.數(shù)據(jù)處理

衛(wèi)星遙感影像為中心投影，受地形因素影響，部分像元會(huì)出現(xiàn)投影差（像點(diǎn)位移），表現(xiàn)在遙感影像上就是像元位置錯(cuò)動(dòng)，不能真實(shí)反映地物的地面位置關(guān)系。為消除地形投影差的影響，必須對(duì)遙感影像進(jìn)行正射糾正。目前遙感影像產(chǎn)品存在不少系統(tǒng)誤差，比如地形起伏、星歷參數(shù)不準(zhǔn)確等因素導(dǎo)致影像幾何畸變，由于這些畸變隨機(jī)性較大，必須對(duì)影像做幾何精校正。為有效利用不同傳感器、不同時(shí)相及不同分辨率的多源數(shù)據(jù)，通常需要把各具特色的多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像融合，獲取最佳遙感影像。

3.疑似圖斑提取

（1）創(chuàng)建遙感解譯標(biāo)志

遙感影像是成像瞬間對(duì)地物的真實(shí)寫照，具有現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)、真實(shí)可靠、便于宏觀分析等特點(diǎn)，遙感影像通過(guò)灰度值或像元值的高低差異（反映地物的光譜信息）及空間變化（反映地物的空間信息）來(lái)表示不同的地物差異，如通過(guò)不同類型的植被、土壤、巖石、水體及建筑物等所表現(xiàn)的光譜特性差異來(lái)區(qū)分地物。

對(duì)已收集到的影像進(jìn)行匹配分析。通過(guò)對(duì)“四亂”類別的形狀特征、大小特征、色調(diào)、陰影、紋理特征、位置布局特征和活動(dòng)特征等信息進(jìn)行甄別，結(jié)合區(qū)域地理情況、河湖水體利用性質(zhì)等特征，建立“四亂”典型類別解譯標(biāo)志。

（2）疑似問(wèn)題圖斑提取

根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)和“四亂”典型類別解譯標(biāo)志等相關(guān)資料，以前時(shí)相遙感影像為工作底圖，以后時(shí)相遙感影像作為類比對(duì)象，利用遙感圖像軟件對(duì)前時(shí)相與后時(shí)相的影像進(jìn)行對(duì)比，采用自動(dòng)變化檢測(cè)的方式提取出監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的疑似問(wèn)題圖斑，采用人工目視解譯進(jìn)行逐一判別，重點(diǎn)排查“四亂”、矮圩及違建等情況。將最終提取出來(lái)的疑似問(wèn)題圖斑根據(jù)“四亂”解譯標(biāo)志進(jìn)行分類及編號(hào)，形成疑似問(wèn)題圖斑數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.“四亂”典型案例

通過(guò)影像解譯，結(jié)合“四亂”問(wèn)題類別，排查出“四亂”問(wèn)題，典型案例如圖2～5所示。

圖2 亂占——網(wǎng)箱養(yǎng)殖案例

圖3 亂采——疑似開墾案例

圖4 亂堆——堆放阻礙行洪物體案例

5.遙感監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)全省重點(diǎn)河湖庫(kù)遙感監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的疑似“四亂”問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，排除已取得政府批復(fù)的相關(guān)項(xiàng)目，在全省長(zhǎng)江干流江西段、五河干流、鄱陽(yáng)湖以及85個(gè)1 km2以上湖泊和在冊(cè)的287座大中型水庫(kù)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，共排查出河湖庫(kù)疑似問(wèn)題圖斑1000處，均位于河道、湖泊、水庫(kù)管理范圍內(nèi)，具體“四亂”問(wèn)題圖斑分布見表1。

表1 江西省重點(diǎn)河湖庫(kù)遙感監(jiān)測(cè)“四亂”問(wèn)題圖斑分布

（1）疑似問(wèn)題圖斑流域分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，2022年第二季度至2023年第一季度在長(zhǎng)江干流江西段+五河流域監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)存在382處疑似問(wèn)題圖斑，長(zhǎng)江干流+五河流域監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)亂建疑似問(wèn)題圖斑225處，約占長(zhǎng)江干流江西段+五河流域總圖斑數(shù)的58.9%，主要存在形式為破土新建和建設(shè)涉水項(xiàng)目。其中長(zhǎng)江干流江西段有16處疑似問(wèn)題圖斑，包括建設(shè)涉水項(xiàng)目、破土新建和堆放阻礙行洪物體；贛江存在162處疑似問(wèn)題圖斑，涉及填占水域、河湖采砂取土、建設(shè)涉水項(xiàng)目、破土新建及堆放阻礙行洪物體等。大中型水庫(kù)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)共篩選出409處疑似問(wèn)題圖斑，其主要存在形式為亂占，共計(jì)318處圖斑，其中網(wǎng)箱養(yǎng)殖疑似問(wèn)題圖斑301處，約占大中型水庫(kù)疑似問(wèn)題圖斑總數(shù)的73.6%，主要分布在柘林水庫(kù)、石壁坑水庫(kù)、萬(wàn)安水電站水庫(kù)等地區(qū)；大中型水庫(kù)監(jiān)測(cè)區(qū)域共發(fā)現(xiàn)疑似亂建問(wèn)題圖斑64處，主要存在形式為疑似建設(shè)涉水項(xiàng)目和破土新建。湖泊監(jiān)測(cè)區(qū)域共發(fā)現(xiàn)疑似問(wèn)題圖斑209個(gè)，其中涉及亂建疑似問(wèn)題圖斑131處，約占湖泊疑似圖斑數(shù)的62.7%，主要存在形式為破土新建64處；篩查出53處亂占疑似問(wèn)題圖斑，其主要存在形式為網(wǎng)箱養(yǎng)殖和非法矮圩。各區(qū)域疑似問(wèn)題圖斑分布如圖6所示。

圖6 疑似問(wèn)題圖斑區(qū)域分布

（2）疑似問(wèn)題圖斑區(qū)域分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，2022年第二季度至2023年第一季度河湖庫(kù)遙感監(jiān)測(cè)中疑似問(wèn)題圖斑數(shù)目排名前三的地區(qū)為九江市、上饒市和南昌市，疑似問(wèn)題圖斑數(shù)分別為272處、176處和131處。疑似問(wèn)題圖斑地域分布如圖7所示。

圖7 疑似問(wèn)題圖斑地域分布

從九江市“四亂”問(wèn)題來(lái)看，亂占有175處，造成此類問(wèn)題原因是鄱陽(yáng)湖流域的養(yǎng)殖業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)，網(wǎng)箱養(yǎng)殖現(xiàn)象較為普遍。另外九江、上饒、南昌3個(gè)地區(qū)河湖監(jiān)測(cè)區(qū)域涉及疑似亂建問(wèn)題較多，造成該問(wèn)題的原因可能是隨著城市化發(fā)展，河湖庫(kù)監(jiān)測(cè)區(qū)存在較多的破土新建以及涉水項(xiàng)目建設(shè)。以上3個(gè)地區(qū)均屬于鄱陽(yáng)湖及贛撫周邊地區(qū)，人口眾多、水系發(fā)達(dá)，河湖庫(kù)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)變化情況較為普遍且疑似問(wèn)題圖斑形式多樣，此類問(wèn)題的出現(xiàn)對(duì)相關(guān)部門監(jiān)督檢查提出了更高的要求，需要采取有效監(jiān)督方式保障河湖庫(kù)長(zhǎng)效管護(hù)效果。

三、結(jié) 語(yǔ)

遙感監(jiān)測(cè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)土、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等國(guó)民生產(chǎn)各行業(yè)中，但在江西省全省內(nèi)實(shí)施重點(diǎn)河湖、大中型水利工程遙感監(jiān)測(cè)較少。江西省通過(guò)使用遙感影像及人工智能和目視解譯相結(jié)合的方法對(duì)河湖、大中型水庫(kù)岸線的變化及管理范圍內(nèi)的“四亂”問(wèn)題進(jìn)行疑似問(wèn)題圖斑提取，再以無(wú)人機(jī)巡查為主要外業(yè)核查手段，與河湖長(zhǎng)日常巡查相結(jié)合，建立“空天地”一體化的河湖庫(kù)“四亂”遙感監(jiān)測(cè)體系，對(duì)遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行流域和區(qū)域綜合分析，為河湖管理及行政執(zhí)法提供科學(xué)依據(jù)與決策支持。