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1、水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng) 建設(shè)與展望 中國水利水電科學(xué)研究院 水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心 2017.10 辛景峰辛景峰 匯報內(nèi)容 1.項目背景 2.旱情遙感監(jiān)測模型 3.水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè) 4.應(yīng)用與展望 干旱災(zāi)害是我國主要的自然災(zāi)害之一。近年來，我國干旱災(zāi)害呈現(xiàn)發(fā)生頻率高、分布面積廣、持續(xù)時間長、危害性大的特點，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民的生活帶來很大的影響和損失。2009 2010 2011 2012 2013 2014 1 項目背景 全國旱情監(jiān)測現(xiàn)狀 水利部門建立了各類水文基本監(jiān)測站網(wǎng) 氣象、農(nóng)業(yè)部門建立的監(jiān)測站網(wǎng) 水利部門基本建成的信息傳輸體系 水利部門初步實現(xiàn)了水旱情信息自動化2、處理 規(guī)范了有關(guān)水旱情數(shù)據(jù)庫建設(shè) 我國旱情監(jiān)測存在的問題 旱情監(jiān)測站點較少，旱情監(jiān)測體系不完善。現(xiàn)有旱情信息內(nèi)容不能滿足需要。現(xiàn)有旱情信息時效性不能滿足要求。現(xiàn)有旱情信息的處理手段不能滿足要求。1 項目背景旱情監(jiān)測現(xiàn)狀 遙感監(jiān)測技術(shù)具有快速、大范圍、低成本、客觀、周期性特點，可快速、及時、動態(tài)監(jiān)測與評估區(qū)域性的土壤水分狀況和干旱狀況。建立和完善旱情遙感監(jiān)測體系，提高抗旱減災(zāi)決策能力，保障供水安全、糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全成為新形勢下對旱情監(jiān)測工作的迫切需求。我國自主研發(fā)的遙感衛(wèi)星的升空，大量的可獲得的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，遙感信息大時代已經(jīng)來臨，采用遙感技術(shù)開展旱情監(jiān)測迎來全新機遇。1 項目背景遙感技術(shù)3、優(yōu)勢 1 項目背景國外干旱遙感監(jiān)測系統(tǒng) 國家級干旱監(jiān)測中心 美國干旱監(jiān)測中心 歐洲干旱預(yù)警系統(tǒng) 澳大利亞干旱監(jiān)測 加拿大干旱監(jiān)測 國際組織 FAO全球糧食和農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 北美饑荒預(yù)警中心 歐洲干旱預(yù)警系統(tǒng) 澳洲氣象局 FAO-干旱預(yù)警系統(tǒng) 美國干旱監(jiān)測中心 國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程中安排開展水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)工作，旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)是指揮系統(tǒng)二期工程抗旱業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的重要組成部分。項目通過構(gòu)建多尺度旱情遙感監(jiān)測模型，研制水利部旱情遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)旱情監(jiān)測產(chǎn)品業(yè)務(wù)化生產(chǎn)以及應(yīng)急快速監(jiān)測與評估，為抗旱救災(zāi)指揮決策提供科學(xué)支撐。1 項目背景水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè) 一、4、項目基本概況 全國、區(qū)域、水體面積 旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建 開發(fā)旱情遙感業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng) 遙感影像遙感影像 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 旱情監(jiān)測成旱情監(jiān)測成果數(shù)據(jù)庫果數(shù)據(jù)庫 按旬尺度生產(chǎn)和發(fā)布全國和典型易旱區(qū) 旱情遙感監(jiān)測產(chǎn)品 數(shù)據(jù) 管理 遙感數(shù)據(jù) 預(yù)處理 旱情遙感監(jiān)測 旱情監(jiān)測 產(chǎn)品制作 旱情產(chǎn)品發(fā)布 1 項目背景項目建設(shè)內(nèi)容 匯報內(nèi)容 1.項目背景 2.旱情遙感監(jiān)測模型 3.水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè) 4.應(yīng)用與展望 2 旱情遙感監(jiān)測模型 全國旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建 典型區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建 基于水體面積變化的旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建 2.1 全國旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-總體介紹 針對國家對旱情監(jiān)測、抗旱管理5、的實際需求，構(gòu)建旱情遙感監(jiān)測模型，利用中低分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源，對全國范圍內(nèi)的旱情進行監(jiān)測評估，為抗旱管理決策提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。1.植被指數(shù)法旱情遙感監(jiān)測模型：模型原理：minmaxmin()iNDVINDVIVCINDVINDVI2.溫度指數(shù)法旱情遙感監(jiān)測模型：模型原理：TCI=3.云參數(shù)法旱情遙感監(jiān)測模型：模型原理：RDRI=1+2+31+2+3 2.2.6 旱情遙感監(jiān)測模型庫 全國旱情遙感監(jiān)測模型庫 2.1 全國旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-模型構(gòu)建 類別類別 產(chǎn)品產(chǎn)品 描述及命名規(guī)范描述及命名規(guī)范 0級產(chǎn)品級產(chǎn)品 MOD09GA 用來進行滾動NDVI生成 MOD13A1 16天全球NDV6、I數(shù)據(jù) MOD11A1 每天的LST數(shù)據(jù) MOD11A2 8天LST數(shù)據(jù) 1級產(chǎn)品級產(chǎn)品 中國區(qū)域鑲嵌產(chǎn)品 MOD09GA_L1_MOSAIC_500m_CHINA_D_20150601_20150601_20150601122025_001.TIF 431波段合成產(chǎn)品 MOD09GA_L1_FUSION4321_500m_CHINA_D_20150601_20150601_20150101122025_001.TIF 2級產(chǎn)品級產(chǎn)品 可靠性濾波產(chǎn)品 MOD09GA_L2_Relibility_500m_CHINA_16_20150101_20150116_20150101122025_0017、.TIF 滾動NDVI旬產(chǎn)品 MOD09GA_L2_NDVI_500m_CHINA_X_20150601_20150609_20150612122025_001.TIF 滾動LST旬產(chǎn)品 MOD11A1_L2_LST_500m_CHINA_X_20150601_20150609_20150612122025_001.TIF 云參數(shù)產(chǎn)品 MOD09GA_L2_CLOUD_500m_CHINA_D_20150601_20150601_20150603122025_001.TIF 3級產(chǎn)品級產(chǎn)品 滾動VCI旬產(chǎn)品 MOD09GA_L3_VCI_500m_CHINA_X_20150601_2015068、09_20150612122025_001.TIF 16天VCI產(chǎn)品 MOD13A1_L3_VCI_500m_CHINA_16_20150601_20150630_20150702122025_001.TIF 滾動TCI旬產(chǎn)品 MOD11A1_L3_TCI_500m_CHINA_X_20150601_20150609_20150612122025_001.TIF 8天TCI產(chǎn)品 MOD11A2_L3_TCI_500m_CHINA_8_20150601_20150630_20150702122025_001.TIF VHI旬產(chǎn)品 MODIS_L3_VHI_500m_CHINA_X_20150609、1_20150609_20150612122025_001.TIF 2.1 全國旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-專題成果 全國旱情監(jiān)測產(chǎn)品樣例 2017/10/30 旱情監(jiān)測簡報旱情監(jiān)測簡報 受旱耕地統(tǒng)計報表受旱耕地統(tǒng)計報表 旱情等級分布圖旱情等級分布圖 2.1 全國旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-專題成果 2.2 典型區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-總體介紹 研制了植被供水指數(shù)法、溫度植被干旱指數(shù)法、表觀熱慣量法、植被狀態(tài)指數(shù)法、溫度植被多項式法區(qū)域旱情遙感監(jiān)測模型，開發(fā)了區(qū)域旱情遙感監(jiān)測子系統(tǒng)，并在東北區(qū)和華北區(qū)進行了示范應(yīng)用。表觀熱慣量模型 溫度植被干旱指數(shù)模型 溫度植被多項式模型 ATI模型 TVDI模型 10、VSWI模型 VCI模型 TVPM模型 植被狀態(tài)指數(shù)模型 植被供水指數(shù)模型 minminmaxminminTTTTTVDITTabNDVITTABEATI1LSTNDVIVSWI MINMAXMINNDVINDVINDVINDVIVCI模型優(yōu)選 區(qū)域旱情遙感監(jiān)測模型庫 2.2 典型區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-模型構(gòu)建)(*20)(*20WjiiijjjiLSTNDVIa遙感與地面數(shù)據(jù)相結(jié)合的區(qū)域旱情遙感監(jiān)測流程遙感與地面數(shù)據(jù)相結(jié)合的區(qū)域旱情遙感監(jiān)測流程 2.2 典型區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-模型構(gòu)建 TVDI模型ATI模型旱情等級圖旱情等級圖生成生成VCI模型VSWI模型模型率定模型率定11、土壤含水量土壤含水量反演反演統(tǒng)計分析統(tǒng)計分析TVPM模型土地利用土壤類型作物生長期分區(qū)作物分布旱情專題圖旱情監(jiān)測報告衛(wèi)星衛(wèi)星圖像圖像土壤土壤墑情墑情旱情指標(biāo)2.2典型區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-專題產(chǎn)品 利用遙感數(shù)據(jù)進行水體自動提取的算法很多，常用的有水體指數(shù)法、閾值法、譜間關(guān)系法等，這些方法對于單個水體的提取精度都較高，但對于區(qū)域范圍內(nèi)多個水體的提取。面向?qū)ο蟮姆治黾夹g(shù)綜合考慮地物的光譜特征、形狀特征、紋理特征以及地物間的相關(guān)特征，更符合人識別地物時的思維模式，因此信息提取的精度更高。2.3 基于水體面積變化的旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-模型構(gòu)建 優(yōu)選三種水體信息提取的方法優(yōu)選三種水體信息提取的12、方法：NDWI指數(shù)法 單波段閾值法 面向?qū)ο蠓?W=100%開始柵格矢量化結(jié)束單波段閾值法水體自動提取水體指數(shù)法水體自動提取GF等遙感影像閾值GF等遙感影像面向?qū)ο蠓诸惙ㄋw自動提取水體提取結(jié)果是否進行交互編輯交互編輯是否輸入?yún)?shù)規(guī)則集GF1/2光學(xué)遙感影像閾值分割閾值單波段閾值法水體指數(shù)法面向?qū)ο蠓?.3 基于水體面積變化的旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-技術(shù)流程 典型水體監(jiān)測 2.3 基于水體面積變化的旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-專題成果 2.3 基于水體面積變化的旱情遙感監(jiān)測模型構(gòu)建-專題成果 區(qū)域水體監(jiān)測區(qū)域水體監(jiān)測 匯報內(nèi)容 1.項目背景 2.旱情遙感監(jiān)測模型 3.水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè) 4.應(yīng)13、用與展望 旱情遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)流程旱情遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)流程業(yè)務(wù)系統(tǒng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)生產(chǎn)旱情產(chǎn)品發(fā)布旱情產(chǎn)品發(fā)布旱情監(jiān)測數(shù)據(jù)庫旱情監(jiān)測數(shù)據(jù)庫原始遙感影原始遙感影像數(shù)據(jù)庫像數(shù)據(jù)庫遙感數(shù)據(jù)接收遙感數(shù)據(jù)接收、預(yù)處理與管理預(yù)處理與管理旱情監(jiān)測產(chǎn)品庫旱情監(jiān)測產(chǎn)品庫模型庫模型庫旱情監(jiān)測產(chǎn)旱情監(jiān)測產(chǎn)品庫品庫MODIS合成產(chǎn)品合成產(chǎn)品MODIS1B數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)GF-1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)氣象與其他氣象與其他數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)MODIS合成產(chǎn)品批量預(yù)處理合成產(chǎn)品批量預(yù)處理自動下載自動下載鑲嵌鑲嵌投影轉(zhuǎn)換投影轉(zhuǎn)換分區(qū)分區(qū)MODIS 1B數(shù)據(jù)批量數(shù)據(jù)批量預(yù)處理預(yù)處理輻射校正輻射校正大氣校正大氣校正幾何校正幾何校正鑲嵌鑲嵌轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收數(shù)14、據(jù)接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)入庫入庫GF-1數(shù)據(jù)批量預(yù)處理數(shù)據(jù)批量預(yù)處理輻射校正輻射校正大氣校正大氣校正幾何校正幾何校正鑲嵌鑲嵌轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換氣象與其他氣象與其他數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫全國旱情遙感監(jiān)測子系統(tǒng)全國旱情遙感監(jiān)測子系統(tǒng)區(qū)域旱情遙感監(jiān)測子系統(tǒng)區(qū)域旱情遙感監(jiān)測子系統(tǒng)水體旱情遙感監(jiān)測子系統(tǒng)水體旱情遙感監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)獲獲取取產(chǎn)產(chǎn)品品入入庫庫產(chǎn)品產(chǎn)品制作制作產(chǎn)品產(chǎn)品制作制作產(chǎn)品產(chǎn)品制作制作特征特征參數(shù)參數(shù)提取提取特征特征參數(shù)參數(shù)提取提取NDVILST云云水體水體NDVI云云旱旱情情監(jiān)監(jiān)測測植被指數(shù)法植被指數(shù)法溫度指數(shù)法溫度指數(shù)法云參數(shù)法云參數(shù)法旱情等級劃分旱情等級劃分旱旱情情監(jiān)監(jiān)測測熱慣量法熱慣量法TVDI法法模型率定15、模型率定墑情反演墑情反演水體水體提取提取閾值法閾值法面向?qū)ο蠓嫦驅(qū)ο蠓∟DWI法法旱旱情情監(jiān)監(jiān)測測水體面積變化分析水體面積變化分析旱情專題分析旱情專題分析首頁首頁旱情監(jiān)測產(chǎn)品展示旱情監(jiān)測產(chǎn)品展示旱情統(tǒng)計旱情統(tǒng)計旱情產(chǎn)品服務(wù)旱情產(chǎn)品服務(wù)旱情產(chǎn)品發(fā)布管理旱情產(chǎn)品發(fā)布管理用戶管理用戶管理內(nèi)部用戶內(nèi)部用戶國家防辦國家防辦省級用戶省級用戶特征參數(shù)庫特征參數(shù)庫3.1 水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 遙感數(shù)據(jù)接收、預(yù)處理與管理 旱情遙感監(jiān)測產(chǎn)品業(yè)務(wù)生產(chǎn) 旱情產(chǎn)品管理與發(fā)布 3.2 建立了遙感數(shù)據(jù)接收、預(yù)處理與管理系統(tǒng) 與中國資源衛(wèi)星中心建立了遙感影像光纖接入系統(tǒng)，可實時接入HJ-1A、HJ-1B（30米）16、以及GF-1影像（16米）等中分辨率影像 建立了氣象衛(wèi)星衛(wèi)星廣播系統(tǒng)（CMACast），可實時接收包括MODIS、MTSAT、NOAA、FY等8顆遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)；并通過授權(quán)可獲取地面觀測數(shù)據(jù) 開發(fā)了遙感影像預(yù)處理系統(tǒng)與遙感數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 影像入庫管理系統(tǒng) 氣象衛(wèi)星廣播系統(tǒng) 資源衛(wèi)星光纖接入 遙感影像預(yù)處理 3.3 研制了旱情遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)生產(chǎn)系統(tǒng) 全國旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng) 區(qū)域旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng) 基于水體變化的旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng) 3.4 實現(xiàn)了旱情遙感監(jiān)測產(chǎn)品的生產(chǎn) 實現(xiàn)了全國旱情監(jiān)測旬產(chǎn)品的滾動生產(chǎn) 具有區(qū)域旱情應(yīng)急快速監(jiān)測的能力（5天1次）實現(xiàn)了逐月重點水體監(jiān)測產(chǎn)品的生產(chǎn) 全國旱情監(jiān)測產(chǎn)品 區(qū)域旱情監(jiān)測17、產(chǎn)品 水體旱情監(jiān)測產(chǎn)品 3.5 開發(fā)了旱情產(chǎn)品管理與發(fā)布子系統(tǒng) 多期對比分析多期對比分析 3.5 旱情產(chǎn)品管理與發(fā)布子系統(tǒng) 旱情受旱趨勢分析圖 與國內(nèi)外其它與國內(nèi)外其它產(chǎn)品產(chǎn)品對比分析對比分析 3.5 旱情產(chǎn)品管理與發(fā)布子系統(tǒng) 趨勢分析趨勢分析 3.5 旱情產(chǎn)品管理與發(fā)布子系統(tǒng) 區(qū)域旱情區(qū)域旱情產(chǎn)品產(chǎn)品 產(chǎn)品檢索、詳情查看、對比分析、趨勢分析產(chǎn)品檢索、詳情查看、對比分析、趨勢分析 3.5 旱情產(chǎn)品管理與發(fā)布子系統(tǒng) 水體監(jiān)測產(chǎn)品水體監(jiān)測產(chǎn)品 3.5 旱情產(chǎn)品管理與發(fā)布子系統(tǒng) 匯報內(nèi)容 1.項目背景 2.旱情遙感監(jiān)測模型 3.水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè) 4.應(yīng)用與展望 基于統(tǒng)計上報資料的全國旱情分18、布圖(2016-07-15)基于TCI的遙感旱情監(jiān)測分布圖(2016-07-15)基于VCI的遙感旱情監(jiān)測分布圖(2016-07-15)全國干旱氣象綜合監(jiān)測圖(2016-07-15)（國家氣候中心）4.1 系統(tǒng)應(yīng)用-2016年全國旱情監(jiān)測 2016年夏季內(nèi)蒙古中東部大部地區(qū)受降水偏少、溫度偏高影響，導(dǎo)致這些地區(qū)旱情持續(xù)發(fā)展，錫林郭勒大草原和呼倫貝爾大草原亦出現(xiàn)干旱成災(zāi)現(xiàn)象。基于衛(wèi)星遙感資料開展內(nèi)蒙古地區(qū)的旱情動態(tài)監(jiān)測。4.1 系統(tǒng)應(yīng)用-2017年全國旱情監(jiān)測 2017年4月底、5月初 遼寧、內(nèi)蒙、河北等地旱情初現(xiàn) 4.1 系統(tǒng)應(yīng)用-2016年省級旱情監(jiān)測 4.1 系統(tǒng)應(yīng)用-2016年省級旱情監(jiān)19、測 4.1 系統(tǒng)應(yīng)用-2016年省級旱情監(jiān)測 2016年東北區(qū)旱情遙感監(jiān)測 4.1 系統(tǒng)應(yīng)用-2016年區(qū)域旱情監(jiān)測 2016年華北區(qū)旱情遙感監(jiān)測 4.1 系統(tǒng)應(yīng)用-2016年區(qū)域旱情監(jiān)測 4.1 系統(tǒng)應(yīng)用-2017年區(qū)域旱情監(jiān)測 4.1 系統(tǒng)應(yīng)用-典型水體監(jiān)測 典型典型 湖泊湖泊 遙感遙感 監(jiān)測監(jiān)測 4.1應(yīng)用-總結(jié) 構(gòu)建了旱情遙感監(jiān)測三大類模型 包括全國旱情遙感監(jiān)測模型、區(qū)域旱情遙感監(jiān)測模型及基于水體面積變化的旱情遙感監(jiān)測模型。開發(fā)了旱情遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)化系統(tǒng) 包括全國旱情監(jiān)測系統(tǒng)、區(qū)域旱情監(jiān)測系統(tǒng)以及基于水體面積變化的旱情監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了旱情遙感監(jiān)測產(chǎn)品業(yè)務(wù)化生產(chǎn) 開展了多層次旱情遙感監(jiān)測示20、范應(yīng)用 基于水利部旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)，2016年以來開展全國旱情監(jiān)測45多次，對東北三省、華北四省以及內(nèi)蒙古等開展區(qū)域旱情監(jiān)測60期，對于鄱陽湖、洞庭湖等14個典型水體進行連續(xù)動態(tài)監(jiān)測26期，相關(guān)應(yīng)用成果為為抗旱減災(zāi)提供了科技支撐。4.2 展望 模型完善 基于遙感指標(biāo)、氣象指標(biāo)、水文指標(biāo)、數(shù)值模擬指標(biāo)，結(jié)合下墊面農(nóng)作物、灌溉等信息，研制旱情綜合監(jiān)測模型，開發(fā)旱情綜合監(jiān)測與信息服務(wù)平臺，定量評估主要農(nóng)作物受旱面積，為各級防指定期提供旱情信息。推廣應(yīng)用 與流域和省相關(guān)單位合作，開展旱情遙感監(jiān)測模型的率定和驗證。在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，開展流域、省級旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)的定制，為流域、省級防汛抗旱部門提供旱情遙感監(jiān)測產(chǎn)品、數(shù)據(jù)服務(wù)和技術(shù)支撐。謝謝大家