?。?.水利部信息中心，100053，北京；2.水利部珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，510610，廣州）

　　摘要：衛(wèi)星遙感是構(gòu)建數(shù)字孿生水利“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系的重要組成部分，是進(jìn)行“天基”監(jiān)測(cè)感知的主要路徑，是數(shù)字孿生平臺(tái)數(shù)據(jù)底板建設(shè)的重要手段。按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的要求，總結(jié)了衛(wèi)星遙感技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及成效，分析認(rèn)為現(xiàn)有遙感衛(wèi)星存在衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源有待拓展、衛(wèi)星數(shù)據(jù)綜合協(xié)同高效運(yùn)用能力有待提升、面向水利特色需求的衛(wèi)星嚴(yán)重不足等問題和短板，提出了水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座的概念及框架，從空間段、地面段、應(yīng)用段3個(gè)方面闡述了星座構(gòu)建的實(shí)施路徑，包括衛(wèi)星資源拓展、協(xié)同調(diào)度優(yōu)化、管理系統(tǒng)構(gòu)建、業(yè)務(wù)產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)能力提升等內(nèi)容，為水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座構(gòu)建提供理論參考與實(shí)踐指導(dǎo)。通過推動(dòng)水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座在實(shí)際水利業(yè)務(wù)中的廣泛應(yīng)用，提升實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警能力，增強(qiáng)應(yīng)急響應(yīng)與協(xié)同作業(yè)的高效性，促進(jìn)數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)協(xié)同。

　　通信作者：陳德清，正高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樗畔⒒?。E-mail：/p>

　　“如何在九游娛樂找到熱門游戲？”

　　推進(jìn)數(shù)字孿生水利建設(shè)是發(fā)展水利新質(zhì)生產(chǎn)力和推動(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展、保障我國水安全的重要路徑。衛(wèi)星遙感是構(gòu)建“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系的重要組成部分，是數(shù)字孿生水利數(shù)據(jù)底板的重要支撐。2024年7月，水利部出臺(tái)《數(shù)字孿生水利“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知夯基提能行動(dòng)方案（2024—2026年）》，明確提出要加快構(gòu)建“水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座”。

　　近年來，水利部利用衛(wèi)星遙感技術(shù)覆蓋范圍廣、觀測(cè)頻次高、監(jiān)測(cè)要素多等優(yōu)勢(shì)，不斷探索和深化其在多個(gè)水利重要業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用，取得明顯成效。

　　在水旱災(zāi)害防御方面，2013年以來，多次利用衛(wèi)星遙感技術(shù)在洪水發(fā)生期間開展洪水淹沒范圍、工程險(xiǎn)情、堰塞湖、蓄滯洪區(qū)等應(yīng)急監(jiān)測(cè)，為防汛會(huì)商和調(diào)度決策提供有力支撐。2023年海河“23·7”流域性特大洪水期間，國產(chǎn)系列衛(wèi)星連續(xù)56天跟蹤監(jiān)測(cè)東淀等蓄滯洪區(qū)洪水情勢(shì)，有效驗(yàn)證了二維水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算預(yù)測(cè)的洪水演進(jìn)結(jié)果；2024年湖南省岳陽市華容縣團(tuán)洲垸洞庭湖堤防決口期間，首次以小時(shí)級(jí)頻次開展淹沒區(qū)監(jiān)測(cè)，為防汛會(huì)商提供了有力數(shù)據(jù)支持。

　　在水資源管理與調(diào)配方面，衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠提供及時(shí)、準(zhǔn)確的水資源信息，支持水資源管理決策。

　　在農(nóng)業(yè)灌溉用水監(jiān)測(cè)方面，利用多源衛(wèi)星遙感影像與地面數(shù)據(jù)協(xié)同，提出田間尺度實(shí)際灌溉面積監(jiān)測(cè)方法，為農(nóng)業(yè)灌溉用水的合理分配和高效利用提供科學(xué)依據(jù)。例如，2022年以來在新疆、內(nèi)蒙古等地開展實(shí)際灌溉面積監(jiān)測(cè)，支撐農(nóng)業(yè)灌溉用水量監(jiān)管和違規(guī)取用水問題線索發(fā)現(xiàn)。

　　在河湖監(jiān)管方面，2019年以來，通過人工智能識(shí)別結(jié)合人工研判遙感影像，解譯全國3.96萬條（個(gè)、座）河湖庫管理范圍內(nèi)133萬余個(gè)地物遙感圖斑并開展全覆蓋核查，支撐清理整治河湖庫“四亂”（亂占、亂采、亂堆、亂建）問題約20萬個(gè)。

　　在水土保持監(jiān)測(cè)監(jiān)管方面，利用2m陸域全覆蓋遙感影像支撐全國水土流失年度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持遙感監(jiān)管，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并依法依規(guī)查處有關(guān)違法違規(guī)行為。

　　在數(shù)字孿生水利建設(shè)方面，支持多衛(wèi)星、多時(shí)相、高分辨率遙感影像產(chǎn)品的生產(chǎn)，以及試點(diǎn)區(qū)數(shù)字高程模型的建立，有力支撐了數(shù)據(jù)底板構(gòu)建。

　　在水利工程安全監(jiān)測(cè)方面，利用高分辨率衛(wèi)星影像，結(jié)合光譜、紋理及形狀特征分析與智能分類算法，綜合監(jiān)測(cè)水利工程施工區(qū)域的地表環(huán)境變化。通過人工解譯與專家評(píng)估，分析大壩、溢洪道等關(guān)鍵水工建筑物形態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工滯后問題。

　　在大江大河大湖生態(tài)保護(hù)與治理方面，2018年以來，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)開展華北地區(qū)實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水河湖的有水河長、水面面積監(jiān)測(cè)，支撐京杭大運(yùn)河全線貫通、永定河與西遼河水量調(diào)度以及母親河復(fù)蘇成效監(jiān)測(cè)。

　　在高原冰湖監(jiān)測(cè)方面，在高海拔地區(qū)，冰湖的穩(wěn)定性和安全性對(duì)周邊居民及生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要。通過衛(wèi)星遙感的高光譜成像技術(shù)，可以精確測(cè)量冰湖表面的反射率、溫度及冰層厚度，結(jié)合時(shí)間序列分析，預(yù)測(cè)冰湖潰決風(fēng)險(xiǎn)，為災(zāi)害預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。

　　現(xiàn)有遙感衛(wèi)星在部分水利業(yè)務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用取得較好成效，但與發(fā)展水利新質(zhì)生產(chǎn)力的高科技、高效能、高質(zhì)量要求相比，與數(shù)字孿生水利“2+N”智能業(yè)務(wù)應(yīng)用需求相比，在衛(wèi)星資源、監(jiān)測(cè)要素、傳輸存儲(chǔ)處理效能、時(shí)效性、協(xié)同性、智能化等方面仍存在突出問題和短板，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

　　一是亟須拓展亞米級(jí)光學(xué)遙感影像資源獲取渠道。該類數(shù)據(jù)主要用于支撐河湖、水土保持、水利工程等業(yè)務(wù)對(duì)象的精細(xì)化監(jiān)測(cè)監(jiān)管?，F(xiàn)有亞米級(jí)公益性衛(wèi)星無法實(shí)現(xiàn)全國陸域年度覆蓋，更難以滿足季度或月度變化監(jiān)測(cè)需求。

　　二是亟須增加高分辨率立體測(cè)圖類衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源。該類數(shù)據(jù)主要用于地形數(shù)據(jù)生產(chǎn)，支撐數(shù)字孿生水利可視化場(chǎng)景構(gòu)建。目前僅1顆公益類衛(wèi)星（高分七號(hào)）能夠用于立體測(cè)繪，覆蓋能力有限，難以滿足業(yè)務(wù)需求。

　　三是重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)在地下水儲(chǔ)量變化監(jiān)測(cè)中業(yè)務(wù)化程度不高。目前國外重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)時(shí)效性低，國產(chǎn)重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取渠道尚未打通，受限于數(shù)據(jù)源與產(chǎn)品反演精度，重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)僅在華北和西北部分地區(qū)用于開展地下水儲(chǔ)量變化監(jiān)測(cè)研究，尚未在地下水監(jiān)測(cè)中實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

　　四是應(yīng)急條件下可調(diào)度利用的合成孔徑雷達(dá)（SAR）衛(wèi)星資源不足，當(dāng)發(fā)生大范圍、多點(diǎn)位災(zāi)害時(shí)，現(xiàn)有公益性衛(wèi)星資源覆蓋能力、觀測(cè)頻次均受限。

　　一是缺乏衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃與資源調(diào)度機(jī)制。在應(yīng)急和常規(guī)情況下，多處于數(shù)據(jù)被動(dòng)接收狀態(tài)，未能根據(jù)業(yè)務(wù)需求主動(dòng)規(guī)劃衛(wèi)星任務(wù)。

　　二是缺乏部級(jí)/行業(yè)層面的資源需求統(tǒng)一出口及高級(jí)別戰(zhàn)略合作?，F(xiàn)有水利需求較為零散，行業(yè)需求的優(yōu)先級(jí)需得到更高層次的重視與提升。

　　水利業(yè)務(wù)涉及廣泛而復(fù)雜的自然與社會(huì)系統(tǒng)，包括水文循環(huán)、水動(dòng)力模擬、洪水預(yù)警、干旱監(jiān)測(cè)、水資源管理、河湖水域岸線空間管控、水利工程監(jiān)管、水土保持監(jiān)管等多個(gè)方面。這些業(yè)務(wù)對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的需求各有其針對(duì)性，如洪水預(yù)警需要實(shí)時(shí)、高分辨率的降雨和地表水體變化數(shù)據(jù)；干旱監(jiān)測(cè)則需要長時(shí)間序列的土壤濕度和植被生長狀況數(shù)據(jù)。然而，現(xiàn)有公益性衛(wèi)星大多針對(duì)通用性遙感觀測(cè)任務(wù)，很難全面滿足水利業(yè)務(wù)開展所需參數(shù)的波段、頻次等專有需求。

　　為解決上述問題，深入推進(jìn)遙感衛(wèi)星在水利業(yè)務(wù)中的應(yīng)用，亟須構(gòu)建水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座。

　　水利部信息中心衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心團(tuán)隊(duì)經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外遙感衛(wèi)星星座的調(diào)查研究，結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用需求分析和實(shí)踐，提出了水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座的概念。水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座是指以水利業(yè)務(wù)需求和應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)，通過對(duì)多來源衛(wèi)星、多類傳感器、多級(jí)軌道高度、多時(shí)空分辨率組合的遙感衛(wèi)星進(jìn)行有機(jī)組織調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)單（多）目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行一次或連續(xù)觀測(cè)，融合海量遙感數(shù)據(jù)快速處理、水利對(duì)象智能提取、地表參量高精度反演等技術(shù)，加工生產(chǎn)形成系列專題產(chǎn)品和服務(wù)能力的一體化集成設(shè)施和服務(wù)體系。

　　水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座由空間段的衛(wèi)星資源、地面段的地面接收和處理，以及應(yīng)用段的產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)組成?？臻g段的衛(wèi)星資源由國家公益衛(wèi)星、應(yīng)急監(jiān)測(cè)衛(wèi)星、水利專業(yè)衛(wèi)星和商業(yè)遙感衛(wèi)星等4類衛(wèi)星資源組成。地面段的地面接收和處理是指在現(xiàn)有地面接收和處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過中繼通信衛(wèi)星、便攜式接收站、流式傳輸、星上處理等技術(shù)路徑，完善提升形成的面向水利應(yīng)用需求定制開發(fā)的高時(shí)效、快速響應(yīng)地面接收和處理系統(tǒng)。應(yīng)用段的產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)是指通過強(qiáng)化專題產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提升模型算法精度、規(guī)范生產(chǎn)流程等，開發(fā)建設(shè)的遙感業(yè)務(wù)產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)。

　　水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座構(gòu)建應(yīng)按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的要求，統(tǒng)一布局規(guī)劃，分步實(shí)施建設(shè)，具體的實(shí)施路徑如下。

　　大力拓展衛(wèi)星資源，持續(xù)豐富水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座衛(wèi)星資源種類和數(shù)量，提升協(xié)同調(diào)度能力。

　　一是最大程度利用國家公益衛(wèi)星免費(fèi)影像資源，加大23顆在軌國家公益衛(wèi)星數(shù)據(jù)利用力度，積極參與衛(wèi)星調(diào)度，強(qiáng)化溝通協(xié)調(diào)，及時(shí)提出水利監(jiān)測(cè)需求，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)16m分辨率光學(xué)影像按旬覆蓋、2m分辨率光學(xué)影像按季（氣象條件好的區(qū)域可按月）覆蓋、7顆SAR衛(wèi)星指定地區(qū)每天1～2次覆蓋。

　　二是進(jìn)一步挖掘應(yīng)急監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的應(yīng)用潛力，積極主動(dòng)協(xié)調(diào)溝通衛(wèi)星資源單位，完善水利應(yīng)急事件監(jiān)測(cè)響應(yīng)機(jī)制，提升快速響應(yīng)、高頻覆蓋能力，力爭(zhēng)達(dá)到對(duì)重大水利應(yīng)急事件的亞米級(jí)、小時(shí)級(jí)觀測(cè)響應(yīng)能力。

　　三是積極推動(dòng)水利專業(yè)衛(wèi)星發(fā)展，開展頂層設(shè)計(jì)，通過“十五五”國家規(guī)劃、企業(yè)合作等多種方式，打造縱向由“水利一號(hào)”至N號(hào)、橫向由01星到XX星組成的水利特色專業(yè)衛(wèi)星矩陣。針對(duì)降雨、地表水分布、土壤水、蒸散發(fā)、水位、流速、水質(zhì)、工程安全、地下水蓄變量、下墊面特性、河湖管理范圍內(nèi)地物、地表擾動(dòng)等水利要素，重點(diǎn)解決無資料地面觀測(cè)空白區(qū)和地面測(cè)站無法大范圍連續(xù)觀測(cè)等難題。針對(duì)我國主要河流大部分東西走向、與傳統(tǒng)軌道方向不一致造成的觀測(cè)困難，探索傾斜軌道衛(wèi)星建設(shè)。

　　四是充分利用商業(yè)遙感衛(wèi)星資源，持續(xù)探索推進(jìn)商業(yè)遙感衛(wèi)星星座公益性服務(wù)模式，發(fā)揮商業(yè)遙感衛(wèi)星影像精度高、衛(wèi)星數(shù)量多、服務(wù)機(jī)制靈活等優(yōu)勢(shì)，提升資源高效利用能力。

　　“如何在九游娛樂找到熱門游戲？”

　　研究通過中繼通信衛(wèi)星、便攜式接收站、流式傳輸、星上處理等技術(shù)路徑，突破地面接收處理時(shí)效性瓶頸，重點(diǎn)圍繞衛(wèi)星調(diào)度響應(yīng)、采集數(shù)據(jù)下傳、地面?zhèn)鬏斕幚硭俣瓤c(diǎn)，優(yōu)化數(shù)據(jù)獲取和處理流程，力爭(zhēng)近期實(shí)現(xiàn)小時(shí)級(jí)、遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)的應(yīng)急快速響應(yīng)能力。

　　構(gòu)建高效星座管理系統(tǒng)，提升多源遙感衛(wèi)星資源的綜合協(xié)同能力。通過星座管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)星地資源的一體化管理，對(duì)現(xiàn)有衛(wèi)星資源進(jìn)行深度整合與運(yùn)行優(yōu)化，避免衛(wèi)星資源重復(fù)建設(shè)。同時(shí)，針對(duì)水利行業(yè)的觀測(cè)需求，充分考量在軌衛(wèi)星特性，包括但不限于其空間分辨率、光譜分辨率等關(guān)鍵參數(shù)，開展觀測(cè)任務(wù)協(xié)同規(guī)劃，編排衛(wèi)星任務(wù)，最大程度滿足水利要素遙感觀測(cè)需求。著力提升遙感業(yè)務(wù)產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)能力，深化水利要素遙感成像機(jī)理規(guī)律認(rèn)知，強(qiáng)化業(yè)務(wù)需求分析和專題產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提升模型算法精度，規(guī)范生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行，推動(dòng)數(shù)據(jù)成果的全面共享服務(wù)。

　　構(gòu)建水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座并推動(dòng)其在關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景中具體運(yùn)用、在實(shí)際水利業(yè)務(wù)中廣泛應(yīng)用，以有效提升水利業(yè)務(wù)效益。

　　水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座憑借其高空間分辨率與快速重訪能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體動(dòng)態(tài)變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過連續(xù)觀測(cè)水位、流量、水質(zhì)等關(guān)鍵水文參數(shù)，星座能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的洪澇、干旱等自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，為建立預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。這一能力在提升水資源管理的預(yù)見性與應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的時(shí)效性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

　　在突發(fā)涉水事件發(fā)生時(shí)，水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座能夠迅速提供準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為應(yīng)急響應(yīng)與災(zāi)害救援提供有力支持。通過與地面監(jiān)測(cè)站、無人機(jī)等設(shè)備的協(xié)同作業(yè)，星座能夠輔助“天空地水工”一體化立體監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，提升應(yīng)急響應(yīng)的時(shí)效性與準(zhǔn)確性。這種高效的協(xié)同作業(yè)模式，對(duì)于提高水利部門的應(yīng)急響應(yīng)能力與災(zāi)害管理水平具有重要意義。

　　水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座能夠與其他水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)協(xié)同，共同構(gòu)建水利信息化體系。通過數(shù)據(jù)推送、服務(wù)集成、模型調(diào)用等多種方式，星座能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與分析結(jié)果集成到水利部數(shù)字孿生平臺(tái)、國家防汛會(huì)商調(diào)度系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的跨系統(tǒng)共享與協(xié)同應(yīng)用，提升水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整體效能與智能化水平。

　　水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座的構(gòu)建對(duì)于推動(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展、保障我國水安全具有重要意義。通過大力拓展衛(wèi)星資源、提升協(xié)同調(diào)度能力、構(gòu)建星座管理系統(tǒng)、優(yōu)化數(shù)據(jù)獲取和處理流程，以及增強(qiáng)遙感業(yè)務(wù)產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)能力，可有效滿足水利業(yè)務(wù)對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的多樣化需求。未來，應(yīng)進(jìn)一步深化水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究，推動(dòng)其在實(shí)際水利業(yè)務(wù)中的廣泛應(yīng)用。隨著數(shù)字孿生水利建設(shè)的不斷推進(jìn)，水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座的構(gòu)建將為實(shí)現(xiàn)水利行業(yè)的全面感知、智能分析和精準(zhǔn)決策提供有力支撐，助力水利高質(zhì)量發(fā)展。

　　錢峰，付靜，陳德清，等.水利遙感衛(wèi)星應(yīng)用星座構(gòu)建與應(yīng)用研究[J].中國水利，2025（1）：15-20.