揭秘如何用卫星遥感守护“大国重器”：水利工程遥感监测与风险预警

我国水资源时空分布不均，水利工程在洪涝灾害防御、 优化水资源配置中作用重大，是保障国家水安全、支撑国民经济发展与生态文明建设的重要基础设施。截至2024年，全国已建各类水库大坝94 608座，流量为5m3/s以上的水闸90 308座，5级以上堤防 31.80万km等，已建及在建大型水库、水电站及引调水工程等规模居世界第一，保障其安全运行事关国家水安全和公共安全。与先进的建设水平相比，我国的水利工程建设监督与运行监管能力还相对薄弱，以人工巡查、 地面仪器监测为主，监管模式单一、效率低， 先进遥测技术的应用不够充分，尚无法实现工程风险全覆盖感知且时效性难以保证；另外，监测信息化应用程度低、智能化分析预警水平不足，与新时期水利工程精准化、信息化、现代化管理的要求不相适应。

卫星遥感具有观测范围广、周期性重访等独特优势，为更好地监管水利工程安全提供了一种全新视角。近年来，卫星遥感影像数据分辨率不断提高，重访周期缩短，在表达地物几何、纹理、拓扑关系等特征参量方面更加细致。以深度学习为代表的遥感数据后处理增强了卫星遥感影像对地物信息的识别提取能力，已能够逐渐满足快速获取高精度水利工程特征信息的需求。这使得卫星遥感技术在水利工程建设监督和运行风险动态识别等方面的深层次应用成为可能。应用卫星遥感全面感知工程态势变化，也是数字孪生水利工程建设的重要支撑，水利部于2024年7月印发《数字孪生水利“天空地水工”一体化监测感知夯基提能行动方案（2024—2026年）》，明确指出“天”就是主要利用光学遥感卫星、合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）等实现工程大尺度全局监测感知。

目前，光学遥感在水利工程中的应用已相对较为普遍，如利用水体反射提取水域对象，计算水域面积并进行长序列监测，应用光学遥感影像识别库区滑坡体和危险性评价等；合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic apertureradar，InSAR）也逐渐应用于水库库区、大坝、堤防等水工建筑物的变形监测及库区滑坡风险识别与预警，并衍生出D-InSAR、PS-InSAR、SBAS-InSAR等相关技术。但单项技术的光学和雷达遥感无法有效克服水利工程复杂地形条件信号干涉及不同风险源反射特性差异的影响，如何利用多源遥感数据相融合和多种雷达干涉技术相结合，增强遥感影像的时空分辨和识别能力，提高工程遥感监测的全景式精准化监督预警能力，是当前水利工程遥感监测面临的主要技术瓶颈。

本书针对水利工程卫星遥感监测技术应用中的关键问题，系统研究并提出了大型水利工程建设与运行期间遥感监测监督与风险预警的技术方法体系，主要内容如下：

①

在建工程施工过程遥感动态监督方面，构建了大坝、溢洪道、渠道及水闸等典型水工建筑物的智能识别模型，提出了坝体填筑高度遥感测算、渠道衬砌长度识别等遥感监测模型，形成了针对大坝、灌区及引调水工程等施工期，覆盖场地平整、基础开挖、渠道填筑、渠道衬砌、金属结构安装等典型施工阶段序时进度的遥感动态监督技术体系。

②

水利工程区大范围形变遥感精准监测方面，系统研究并分析了如何选取PS-InSAR和SBAS-InSAR方法应用于工程形变监测的主要参数及适应性，提出了时序InSAR大气二次改正、角反射器增强和轨道融合的形变精准监测技术，探究了无人机贴近摄影的建模技术方法和基于贴近摄影测量的形变高精度立体监测技术。

③

水利工程运行风险源遥感智能识别及预警方面，形成了光学遥感与雷达遥感多源融合的库岸滑坡风险区识别技术方法，提出了基于InSAR监测数据的大坝异常沉降区域筛查方法，构建了基于SegFormer的人类活动风险源遥感智能解译模型，实现了对库岸侵占、溢洪道侵占、行洪风险区等人类活动风险源的遥感智能解译识别。

④

水利工程遥感监测要素信息表征与业务化运行系统方面，构建了在建工程施工进度与在运工程不同类别风险源的遥感监测要素指标集，建立了水利工程变化场景及运行风险源演化特征的遥感信息知识表征规则，研发了大型水利工程遥感监测业务化运行系统，为水利工程遥感监督管理提供支撑。

⑤

水利工程遥感监测预警技术优化配置方面，构建了不同类型水利工程遥感监测星源组网及优化配置模式，研发了自主可控的遥感监测数据业务化高效整编与多源信息融合分析技术， 建立了遥感监测要素指标与技术模型的映射关系，提出了遥感监测的有效性检验方法， 形成了水利工程遥感监测预警技术方法体系。相关技术方法在多个大型水利工程中得到了成功应用。

本文摘编自《水利工程遥感监测与风险预警》一书，有删减，图片来源于该书，标题为编者所加。

《水利工程遥感监测与风险预警》

ISBN 978-7-03-083001-2
李子阳 张 文 李林宜 刘六宴 李涵曼 等 著

责任编辑：周 丹 洪 弘 沈 旭

审图号：GS京（ 2025）2423号

本书系统阐述了大型水利工程建设与运行期卫星遥感监测监督与风险预警的理论、技术与方法，并列举了相关应用案例。本书主要内容包括水利工程卫星遥感监测应用现状及发展趋势、大型水利工程施工过程遥感动态监督、水利工程区大范围形变遥感精准监测、水利工程运行风险源遥感智能识别及预警、水利工程遥感监测要素信息表征与业务化运行系统、水利工程遥感监测预警技术优化配置等，并提供了多个大型水利工程卫星遥感监测的应用案例。
本书对提升遥感监测技术在水利工程中的监管应用水平具有重要参考价值，可供从事水利水电工程科研、施工、管理的技术人员参考，也可作为高等学校水利类专业的研究生教材或参考书。

（本文编辑：洪弘）

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