摘要：衛(wèi)星遙感技術具有觀測范圍廣、獲取信息大、動態(tài)更新快、環(huán)境適應強等特點，可廣泛應用于河湖監(jiān)管。本文介紹了衛(wèi)星遙感技術最新進展，分析了衛(wèi)星遙感技術在河湖監(jiān)管中的應用領域，并對未來發(fā)展趨勢進行了展望。

關鍵詞：衛(wèi)星遙感；河湖監(jiān)管；應用與展望

一、前言

江河湖泊具有重要的資源功能和生態(tài)功能，是洪水的通道、水資源的載體、生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。當前我國河湖存在著水域面積萎縮、管理范圍侵占、生態(tài)用水不足、水體污染嚴重等突出問題，人民群眾對水資源、水生態(tài)、水環(huán)境的需求與水利行業(yè)監(jiān)管能力不足成為了我國目前治水的主要矛盾。根據(jù)新時代水利改革發(fā)展的總基調(diào)要求，河湖監(jiān)管工作已是“水利行業(yè)強監(jiān)管”的重中之重[1]。但是，由于江河湖泊眾多，并受限于監(jiān)管手段有限等因素，河湖水資源管理、河湖資源保護、水污染防治、水環(huán)境治理、水生態(tài)修復、長效管護、監(jiān)管執(zhí)法等方面的工作相對滯后。相比傳統(tǒng)監(jiān)管手段存在不高效、不全面、不及時、不精確等問題，衛(wèi)星遙感技術具有宏觀、快速、動態(tài)、經(jīng)濟等優(yōu)勢，可實現(xiàn)對大范圍的河湖狀態(tài)全天候全天時的動態(tài)監(jiān)測。近年來，衛(wèi)星遙感技術快速發(fā)展，為開展河湖管理動態(tài)監(jiān)控、加強河湖管理提供了有效途徑。

二、衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展及水利應用現(xiàn)狀

衛(wèi)星遙感技術是以人造地球衛(wèi)星作為遙感平臺，對地球和低層大氣進行光學和電子觀測的技術，具有觀測范圍廣、獲取信息量大、動態(tài)更新快等特點，很早就引起各國重視。美國早在1961年就發(fā)射了第一顆氣象衛(wèi)星，其后1972年、1978年又先后發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星和第一顆海洋衛(wèi)星，當前民用遙感衛(wèi)星中空間分辨率最高的也是美國的世界觀測衛(wèi)星（WorldView），其影像空間分辨率達到0.31m。歐盟、俄羅斯、日本、加拿大等國家和組織相繼發(fā)射了一系列遙感衛(wèi)星，如歐洲航天局哨兵（Sentinel）系列衛(wèi)星、俄羅斯資源（Resurs）系列衛(wèi)星、日本的先進陸地觀測衛(wèi)星（ALOS）、加拿大的雷達衛(wèi)星（Radarsat）等。我國遙感衛(wèi)星的發(fā)展晚于歐美先進國家，1988年發(fā)射第一顆氣象衛(wèi)星風云一號（FY-1），1999年發(fā)射第一顆數(shù)字傳輸型資源衛(wèi)星中巴地球資源衛(wèi)星01星（CBERS-01），其后遙感衛(wèi)星發(fā)展進入快車道，先后成功發(fā)射了氣象、資源、海洋、環(huán)境減災、測繪等系列遙感衛(wèi)星[2]。特別是2010年以來，通過高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項，我國先后發(fā)射高分一號到高分七號7顆衛(wèi)星，同時民用商業(yè)遙感衛(wèi)星如高景一號、北京二號、吉林一號、珠海一號等也紛紛升空，具有高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率的對地觀測體系初步形成，可在2～3天內(nèi)實現(xiàn)對全國任意地區(qū)有效觀測，對地觀測能力大大增強。豐富的國產(chǎn)遙感衛(wèi)星資源極大地推動了遙感應用的深度和廣度，也為水利遙感業(yè)務化應用創(chuàng)造了良好條件。尤其是高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項的實施，有力支撐了防汛抗旱、水資源管理、水土保持等業(yè)務，促進了自主衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在水利領域的大規(guī)模應用。在防洪方面，基于多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，開展了2013年黑龍江大洪水，2016年長江中下游洪澇災害，2018年金沙江、雅魯藏布江堰塞湖及2020年江西、安徽特大洪澇災害等衛(wèi)星遙感監(jiān)測，實現(xiàn)了對災情的快速、及時、動態(tài)的監(jiān)測；在抗旱方面，開發(fā)了水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了全國旱情的定期遙感監(jiān)測；在水資源方面，基于衛(wèi)星遙感開展了示范區(qū)重要水源地水體范圍監(jiān)測、重要水源地蓄水量估算、水功能區(qū)水質參數(shù)監(jiān)測以及灌溉面積監(jiān)測等工作；在水土保持方面，遙感技術也成為土壤侵蝕監(jiān)測評價、生產(chǎn)建設項目監(jiān)管、水土保持效益評價三大業(yè)務的支撐技術。

一、地礦行業(yè)衛(wèi)星應用需求

近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，對各類礦產(chǎn)的需求也越來越大。為了滿足急速發(fā)展的礦產(chǎn)能源需求，我國地礦行業(yè)工作范圍也遍及世界各地。地質探礦工作與以前有很大不同，領域和空間都有了極大拓展。在地礦行業(yè)業(yè)務拓展中，也對衛(wèi)星綜合應用技術提出較多的應用需求，主要有以下幾點。

（1）地質勘查找礦

最近幾年隨著衛(wèi)星遙感技術在地質勘探的應用的不斷深入，二者結合的越來越密切，遙感技術給地質勘探找礦帶來了許多的便捷之處。遙感技術輔助地質找礦的主要方法就是礦化信息提取。遙感礦化信息是指各類遙感數(shù)據(jù)源中反映地質構造、含礦地質體和巖石蝕變（與金屬礦化有關的）等地質現(xiàn)象的遙感信息。根據(jù)多光譜數(shù)據(jù)的波段特征和探測能力，可提取出與金屬（或共伴生）礦化有關的鐵化蝕變（鐵染異常）、富羥基礦物的泥化蝕變（羥基異常）和碳酸鹽蝕變等遙感信息異常。依據(jù)遙感信息異常，結合其它地質信息，可以快速圈定、篩（優(yōu)）選找礦靶區(qū)，進而確定找礦方向和找礦目標。衛(wèi)星遙感技術的運用能夠為地質勘查找礦節(jié)省人力、物力、財力，提高工作效率，節(jié)約成本。室內(nèi)、野外的多源信息融合，形成了優(yōu)勢互補，能夠從更高層次指導地質找礦，有效提高找礦效率。

（2）偏遠工作區(qū)域通信、導航

地質勘查工作點多線長、高度流動，作業(yè)地點大多分散，多在人煙稀少、交通不便、氣象條件復雜、地理環(huán)境惡劣的艱險地區(qū)，通常沒有基礎通信網(wǎng)的建設，無法滿足工作區(qū)域內(nèi)的基本通信保障。由于衛(wèi)星通信具有覆蓋面大、頻帶寬、容量大、適用于多種業(yè)務、性能穩(wěn)定可靠、不受地理條件限制以及成本與通信距離無關等優(yōu)點，特別適用于保障偏遠地區(qū)地質勘查工作的基礎通信。利用通信衛(wèi)星構建的衛(wèi)星通信鏈路能夠滿足地勘工作中的緊急通信，進行語音、圖像以及數(shù)據(jù)等的傳送，可以滿足管理人員或專家在任何可以上網(wǎng)的地方進行地質工作部署、專家匯診、指導野外工作和生產(chǎn)調(diào)度指揮，能夠有效的提高地勘工作的效率和主流程的信息化程度。

衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)的組成

一個完整的衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)主要有節(jié)目源、上行發(fā)射站、電視廣播衛(wèi)星、衛(wèi)星地面接收站、衛(wèi)星測控站等五個部分組成。

節(jié)目源:即提供節(jié)目的業(yè)者,可以是由衛(wèi)星系統(tǒng)業(yè)者自行制作,或由專業(yè)的節(jié)目制作機構或頻道業(yè)者提供,節(jié)目以視頻信號或錄像帶、光盤等載體輸送給上行發(fā)射站。

上行發(fā)射站:通過調(diào)頻正調(diào)制方式,將接收的節(jié)目內(nèi)容轉換成可傳輸?shù)碾娨曅盘柤靶l(wèi)星附加信號,通過上行信道發(fā)往軌道上的電視衛(wèi)星或通信衛(wèi)星。

電視廣播衛(wèi)星(或通信衛(wèi)星):具有接收天線和轉發(fā)器,通過天線接收地面上行站發(fā)射的上行信號,進行必要的頻率變換、功率放大等技術處理,經(jīng)由轉發(fā)器發(fā)送給各地面接收站。

衛(wèi)星地面接收站:可以是設備復雜的集體接收站,或者是個人的小口徑接收天線,接收由衛(wèi)星發(fā)射的電視信號。如果是通信衛(wèi)星發(fā)送的信號,則只能由技術先進的集體接收站接收,個人天線尚達不到接收要求。由于衛(wèi)星電視接收站一般都只需單向接收,又可簡稱為單收站。

隨著衛(wèi)星數(shù)控、大數(shù)據(jù)、智能化設備在農(nóng)業(yè)領域廣泛應用，農(nóng)發(fā)行應盡快打破農(nóng)業(yè)科技領域業(yè)務發(fā)展壁壘，提升農(nóng)業(yè)科技金融支撐力。農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開農(nóng)業(yè)科技的進步與創(chuàng)新。隨著航空技術不斷取得重大突破并迅速產(chǎn)業(yè)化，農(nóng)業(yè)與大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術的結合應用越來越廣泛。全面支持農(nóng)業(yè)科技數(shù)字化領域是農(nóng)發(fā)行踐行創(chuàng)新發(fā)展，服務國家“藏糧于地”戰(zhàn)略，落實鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的新戰(zhàn)場。筆者結合衛(wèi)星遙感技術在農(nóng)業(yè)領域的運用，通過分析農(nóng)發(fā)行支持農(nóng)業(yè)科技領域業(yè)務中的發(fā)展壁壘，對農(nóng)發(fā)行支持數(shù)字化農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展提出幾點建議。

一、衛(wèi)星遙感技術與農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新

1970年，中國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”發(fā)射成功。隨著一顆又一顆衛(wèi)星的升空，20世紀80年代，我國就開始了農(nóng)業(yè)農(nóng)村領域的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應用。經(jīng)過近40年的發(fā)展，監(jiān)測領域已經(jīng)拓展到農(nóng)作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)災害、農(nóng)業(yè)重點工程、農(nóng)業(yè)種植結構調(diào)整、農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展等領域，衛(wèi)星遙感技術已成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村領域重要的信息來源。

（一）高分觀測衛(wèi)星與農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)

衛(wèi)星遙感技術架起了浩瀚宇宙與田壟莊稼的橋梁。我國航天技術與農(nóng)業(yè)發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，衛(wèi)星遙感、氣象大數(shù)據(jù)從高分衛(wèi)星中獲取大量應用數(shù)據(jù)，這些年正在更多地服務我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，利用衛(wèi)星去“種地”成為越來越多現(xiàn)代農(nóng)業(yè)企業(yè)的選擇。2018年，我國第一顆農(nóng)業(yè)衛(wèi)星——高分六號衛(wèi)星成功發(fā)射與在軌的高分一號衛(wèi)星組網(wǎng)運行，大幅提高了農(nóng)業(yè)對地監(jiān)測能力，為鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施提供了精準的數(shù)據(jù)支撐。通過能有效辨別作物類型的高空間分辨率遙感衛(wèi)星，可以實現(xiàn)對玉米、大豆、棉花、馬鈴薯等同期生長的大宗作物和大蒜、生姜、枸杞等經(jīng)濟作物的田塊級精細識別，為高精度、定量化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和農(nóng)業(yè)資源環(huán)境要素監(jiān)測提供可靠的數(shù)據(jù)及影像支撐。衛(wèi)星遙感技術滿足了農(nóng)業(yè)監(jiān)測時效性和準確性高、覆蓋范圍廣的要求，在作物種植面積變化監(jiān)測、農(nóng)業(yè)資源本底調(diào)查中，實現(xiàn)了高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)全部替代國外同類數(shù)據(jù)，打破了農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測中高分辨率數(shù)據(jù)長期依賴國外衛(wèi)星的局面。

（二）天地一體化遙感技術服務農(nóng)業(yè)農(nóng)村

摘要：合肥配網(wǎng)結構越來越復雜，對供電可靠性要求更高，不停電合環(huán)操作正逐步向熱倒閘方式轉變，核相工作愈發(fā)重要。傳統(tǒng)的點對點核相存在系統(tǒng)相序混亂、二次調(diào)相、受距離限制、需重復核相等弊端，為此，提出了一種網(wǎng)絡核相模式。該核相模式利用衛(wèi)星授時技術、核相技術和網(wǎng)絡通信技術，在區(qū)域電網(wǎng)中設置網(wǎng)絡核相基站，配置采集器和服務器，收集相角信息和衛(wèi)星時間，高低壓定相手持核相儀接入網(wǎng)絡與服務器建立連接，與基準點比對后確定遠程測量點線路相序。該模式實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)云核相，通過核相信息化云管理，提高了并網(wǎng)合環(huán)的可靠性，提升了核相可靠性，縮短了核相時間，規(guī)避了二次調(diào)相。

關鍵詞：云核相；衛(wèi)星授時；網(wǎng)絡核相基站；相序統(tǒng)一；合環(huán)可靠性

0引言

隨著合肥城市不斷發(fā)展，配電網(wǎng)迅速擴張，電網(wǎng)改造、負荷調(diào)整等工程建設如火如荼，配網(wǎng)結構越來越復雜，多聯(lián)絡線路比比皆是，給電網(wǎng)核相帶來極大的壓力。現(xiàn)階段配電線路對供電可靠性要求較高，不停電合環(huán)操作正逐步向熱倒閘方式轉變。配電線路點多面廣，設備質量參差不齊，網(wǎng)絡復雜，接入線路相序混亂，直接或間接影響著配電線路的安全運行，配網(wǎng)線路的核相任務隨之愈發(fā)重要。有文獻提出，點對點核相方式只關注核相點兩側的相位是否正確，沒有關注整個系統(tǒng)內(nèi)相序排列的統(tǒng)一性，長此以往，混亂的排列標識會導致施工錯相，造成核相承載力過負荷。針對復雜工程，涉及相位變動的地方多，核相點多，沒有統(tǒng)一的相色標識容易造成多處核相點相位錯誤。近距離點對點的核相方式是在聯(lián)絡點兩側近距離核相，只能在最后核相時糾正施工時的錯相，干預過晚，會造成施工延時和二次停電，影響供電可靠性，故有時會采用遠距離點對點核相法提前干預。這種方法在停電之前對電源點兩端進行核相，做統(tǒng)一的相位標識，避免施工錯相，送電時再次復核，可靠性較高。但這種方法有一定距離限制，無法應用于較長距離的核相，對通信要求較高，若其中一端處于地下室沒有信號，則無法進行遠程核相，送電后必須重新復核，相當于兩次核相，工作量較大。此外，開關柜的帶電指示燈輸出電壓不統(tǒng)一，給二次核相帶來許多障礙，當帶電指示器出現(xiàn)接線錯誤、采集孔損壞等現(xiàn)象，無法提供有效的核相源。傳感器不同，帶電指示燈的工作模式就不同，有些脈沖式的帶電指示燈是無法采用電壓法進行核相等，這些都是配網(wǎng)核相工作面臨的諸多問題。為消除上述點對點核相存在的系統(tǒng)相序混亂、二次調(diào)相、距離限制、需重復核相等弊端，本文提出了一種基于衛(wèi)星授時技術的網(wǎng)絡核相模式，利用網(wǎng)絡核相實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)相序統(tǒng)一，提升核相可靠性，縮短核相時間，規(guī)避二次調(diào)相。

1互聯(lián)網(wǎng)云核相模式基本原理

互聯(lián)網(wǎng)云核模式是通過在區(qū)域電網(wǎng)中設置網(wǎng)絡核相基站，作為相位基準點，例如某變電站的10kV出線，按相序標定為A、B、C三相。在基準點配置一臺采集器和服務器，采集器24h不間斷地采集基準點的A、B、C三相相角的信息以及衛(wèi)星時間，服務器將這些信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，便于用戶查詢。服務器提供網(wǎng)絡連接功能，高低壓定相手持核相儀可以通過網(wǎng)絡與服務器建立連接，并將測量點采集到的相角信息、衛(wèi)星時間信息發(fā)送給服務器，服務器通過將該信息與基準點采集到的在同一衛(wèi)星時間的A、B、C三相的相角信息進行比對，就可以確定遠程測量點線路相序。服務器再將比對結果發(fā)回高低壓定相手持核相儀，測量點的工作人員就可以第一時間獲取與基準點一致的相序排列方式，并進行標示。互聯(lián)網(wǎng)云核相模式示意圖如圖1所示，通過這種方式進行互聯(lián)網(wǎng)遠程核相，可實現(xiàn)電網(wǎng)內(nèi)各點相序與基站的基準相序一致。