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1、,水利遥感应用实践交流,目录 CONTENTS,水利遥感应用实践探索水利遥感应用服务保障,PART 1,水利遥感应用实践探索,国家部委改革后水利业务主要工作内容,洪水 干旱水利工程安全运行 水利工程建设水资源开发利用,城乡供水 节水江河湖泊 水土流失,随着我国高分专项的实施,遥感技术正成为水利信息化进一步发展的一个助力因素,专题信息产品,道路专题,水系专题,土地利用分类专题,基础地理信息要素专题,。,行业应用数据 产品与服务,“遥感大数据+”,深度学习,农业地块,时序分类,定量反演,多粒度决策,作物分类,生长监测,推测制图,遥感大数据+N,。,1,2,3 水利行业一体化解决方案,水资源开发利用
2、水利工程安全运行,江河湖泊水土流失,中 科 山 水 遥 感 应 用 服 务 体 系,水利遥感应用专题产品生产工艺流程,遥感应用成果展示平台,遥感数据产品共享生产平台,围绕三方面内容开展相关实践探索,灌区灌溉遥感监测,相对旱情分析,遥感影像数据,辐射定标 大气校正 正射校正 几何校正 影像配准,影 像 预 处 理,（线性回归拟合）（消除植被影响）,土壤线率M,计算植被覆盖度,参数1参数2,MPDI模型参数求解,MPDI模型构建,计算MPDI并分级显示干旱情况,1,),M 2,MPDI,(RS,Re d M*RS,Nir,1,修正的垂直干旱指数（MPDI）：,基于NIR Red光谱特 征空间反 演
3、土壤基 线图,灌区灌溉遥感监测,相对旱情分析,为保障选取的样本保持纯净像元，提高模型参数反演效果，提升灌溉面积监测和灌溉进度分析精度，从2015年3月到2017年11月对近三年亚米级遥感影像进行检索，共计选择103景多期覆盖数据进行模型参数（土壤线率M）反演。,高分二号影像检索结果 90景,ZY3影像检索结果 13景,灌区灌溉遥感监测,相对旱情分析,针对103景亚米级影像，选取不同地区的裸地，以11方格进行样本选取，尽量保证选取纯裸地单像元；通过反复选取样本和对选取的上万条样本进行线性回归拟合，以R2作为评价指标，最终确认M为0.852。,参与反演影像选取示例,土壤线率M反演结果,灌区灌溉遥感
4、监测,相对旱情分析,利用 6月份遥感影 像数据对位山灌区旱 情进行分析，获得位 山灌区相对旱情分布 图，用于指导灌区灌 溉进度。,灌区灌溉遥感监测,灌溉进度分析MPDI模型,模型参数求解,灌前GF1-16米,灌后GF1-16米,辐射定标 大气校正 正射校正 几何校正 影像配准,影像预处理,计算灌前NDVI,计算灌后NDVI,计算灌前Fv,计算灌后Fv,计算灌前MPDI,计算灌后MPDI,1,2,1,2,-,获取MPDI差值获得灌溉面积 分析灌溉进度,出图,灌区灌溉遥感监测,灌溉进度分析,利用5月23日与6月14日的遥感影像数据对位山灌区进行了灌溉面积监测，依据监测结果分析得到2018年6月8日
5、-6月15日位山灌区受益灌溉总面积（不包含重复灌溉地块）为88.36（万亩）,中国灌排云-遥感应用,中国灌排云-遥感应用,HADOOP2.0高可靠性：Hadoop按位存储和处理数据的能力；高扩展性：Hadoop是在可用的计算机集簇 间分配数据并完成计算任务的，这些集簇可 以方便地扩展到数以千计的节点中；高效性：Hadoop能够在节点之间动态地移 动数据，并保证各个节点的动态平衡，因此 处理速度非常快；高容错性：Hadoop能够自动保存数据的多 个副本，并且能够自动将失败的任务重新分 配。,耕地基本地块单元空间分布图业务理解,内涵,意义,土地、水、气候、生物等重要农业资源是发展农业生产、实现农业
6、现代化的基础。,长期以来，我国农业资源存在数据分散、“家底”不清、变化不察、质量不明 等问题，严重影响农业资源的科学管理。“重要内容”、“重要抓手”、“重要前提”、“重要手段”、“重要依据”。,农业资源台账制度是资源台账、资源监测、资源核算、资源预警和 资源报告制度等的总称，主要通过建立省地县三级资源清单和资源图件 形式，系统全面反映水土气生废等重要农业资源的种类、数量、质量、时空分布及其动态变化。,201,2017,2018-2019,20 20,耕地基本地块单元空间分布图建设任务,遥感、物 联网、互 联网等技 术手段,获取,评价,管理,更新,耕地基本地块单元空间分布图,农作物空间分布图,草
7、地空间分布图,渔业水域空间分布图,农村承包地空间分布图,农业资 源台账 一张图,耕地基本地块单元空间分布图绘制目标,快速准确摸清全国耕地资源分布情况形成耕地资源逐年常态化更新的机制,技 术 工 作 内 容1）绘制全国耕地基本地块单元图斑；2）填充坡度等级等基本属性；3）建立实施耕地图斑更新技术流程和规范。,耕地基本地块单元空间分布图图斑及属性指标,面积精度：以明显边界提取出的耕地地块图斑面积与实地地块面积误差小于0.06亩；边界精度：耕地地块矢量与遥感影像底图对应边界的偏差小于0.5米；属性精度：耕地地块数据成果中，实际为其他类型地块（如林地、草地、道路、建筑等）的数量占任务区所有地块图斑总数
8、的比例不超过5（误识率）；空间关系：耕地地块成果中，各个地块要素之间不存在自相交、重叠等拓扑错误问题。,耕地基本地块单元空间分布图图斑及属性的构成,耕地基本地块单元空间分布图影像图应用,利用全年 有效覆盖 一期的优 于1米空 间分辨率 基准影像 绘制基本 地块单元 图斑,耕地基本地块单元空间分布图地块单元生产,统一生产调度下的耕地基本地块单元提取工艺流程,00,00,人机 协同 的耕 地基 本地 块单 元生 产线,耕地基本地块单元空间分布图地块单元生产,耕地 基本 地块 单元 提取 工艺 流程,耕,地基本地块单元空间分布图地块单元生产,耕地基本地块单元空间分布图关键工具与终端成熟度,耕地基本地
9、块单元空间分布图关键工具与终端成熟度,耕地基本地块单元空间分布图基于影像的耕地地块提取流程,快速地块信息识别,高精度高效率低成本,不规则地形影像,不规则地块成果,少人工智能化多尺度,道路矢量 数据,少量人工 解译地块 样本,训 练 样 本,精细地块数据,米/亚米级影像,影 像 分 割,深 度 学 习 边 缘 提 取,边 缘 融 合 与 平 滑 处 理,少 量 人 工 优 化,规则地形影像,规则地块成果,耕地基本地块单元空间分布图耕地影像地块核心提取流程效率对比,关键技术,农业地块智能感知,一个区的面积（耕地面积：1175Km）,效率对比,智能提取计算机自动提取：2小时人工检查修改：60Km/天
10、预计20人日4人，5天即可完成,人工目视提取人工目视解译：3Km/天预计408人日4人，四个月完成,影像,影像边缘 图计算,矢量 地块计算,勾画样本,模型训练,训练-识别框架,地块 修正,4个 月 完 成 全 国 第 一 张 图 绘 制 任 务,耕地基本地块单元空间分布图耕地影像地块提取效果,不规整破碎影像地块自动提取结果,耕地基本地块单元空间分布图耕地影像地块提取效果,山地细小破碎影像地块自动提取结果,耕地基本地块单元空间分布图耕地影像地块提取效果,梯田狭长破碎影像地块自动提取结果,耕地基本地块单元空间分布图县域耕地基本地块单元一张图及更新,20172018动态更新,基于江州区高分辨率卫星遥
11、 感影像，结合人工智能感知地 块提取技术，可以自动、快速、精准地获取区域内每一农业地 块的形态数据。农业地块数据可以为地块级 种植类型辨识、面积统计、权 属赋予等提供精准的数据基础。,耕地基本地块单元局部,江州区耕地基本地块单元分布图,成果,水土保持遥感应用,行政执法,生产建设项目监督管理方案管理 监督检查 监测监理 设施验收 规费征收,重点治理项目综合管理五个管理层级 规划计划制定 实施全过程监管 后续效益监测,业务活动：水土保持普查、水土流失动态监测、监测点定点监测 序列数据：降水、径流、泥沙专题信息：土地利用、植被覆盖、土壤侵蚀、水土保持措施、水土保持效益、生产建设项目扰动状况,水土流失
12、监测评价,水保核心业务 数据共享服务,纵向贯通横向联通,水土保持遥感应用,水土流失动态监测方案,基础数据收集与整理,遥感影像数据生产,遥感影像解译,表土湿度因子W 年冻融日循环天数 日均冻融相变水量,土地利用类型水土保持措施类型,气象资料,地形,土壤资料,降雨 侵 蚀 力 因 子 R,降 雨 侵 蚀 力 因 子 R,风 力 因 子 U,坡 长 因 子 L,坡 度 因 子 S,土 壤 可 蚀 性 因 子 K,土壤侵蚀模型,水力侵蚀模型,风力侵蚀模型,冻融侵蚀模型,土壤侵蚀模数,土壤侵蚀强度,土壤侵蚀面积、分布,工程措施因子E,耕作措施因植被盖度与生物子T措施因子B,2m的遥感影像,16m的遥感影
13、像MODIS数据TM多光谱影像,AMSR-E Level2A亮温数据产品,表 土 湿 度 因 子 W,遥感 资料,其他资料,冻融侵蚀综合评价指数,NDVI指数植被覆盖度V,水力侵蚀,风力侵蚀,冻融侵蚀,是,是,是,否,否,水土保持遥感应用,水土保持土地利用类型,水土保持遥感应用,土地利用产品生产策略,05,04,03,02,01,数据输入,分区控制,分层提取,结构重组,产品输出,水土保持遥感应用,土地利用产品生产-分区控制,道路控制网（R）,水系控制网(W),地形控制网,分区处理,水土保持遥感应用,土地利用产品生产-分层提取,第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 第n-1层 第n层,水土保持
14、遥感应用,土地利用产品生产-类型判定,水田,旱地,水田,水田,水田,水田,水田,水田,旱地 旱地旱地 旱地旱地 旱地 水田,旱地,水田,旱地,旱地,旱地,旱地,旱地,水田水田,旱地旱地,旱地,旱地,旱地,旱地 旱地,旱地,旱地 水田,旱地旱地,机历中 器史分 学数时 习据序迁分 移类,水土保持遥感应用,土地利用产品生产-结构重组,图形,属性,教育用地A小区零售商业用 地科研用地娱乐用地,1,2,3,4,5,水土保持遥感应用,土地利用产品标准,三调土地利用机器学习产品根据亚米级遥感影像，利用机器视觉直观判别的具有明显的特征类别的地物矢量数据，再结合前期解译数据（二调等 矢量数据）通过计算机自动迁
15、移方式得到的三调土地利用粗产品。产品根据客户要求可划分为一级类产品和二级类产品。,地块边界精度：明显边界5个像元以内，模糊边界10个像元以内地块一级类属性精度：一级类90%以上地块二级类属性精度：二级类70%以上,水土保持遥感应用,土地利用产品标准,三调土地利用精产品利用亚米级合成影像，通过计算机自动提取的三调土地利用粗产品的基础上，按照全国第三次土地调查工作分类 文件要求的分类体系，经过人工精修、质检，所形成的土地利用矢量数据。产品根据客户要求可划分为一级类产品和二 级类产品。,人工描迹精度：明显边界2个像元以内，模糊边界6个像元以内人工判读精度：二级类85%以上最小上图单元：（1）线性地物
16、大于等于1.0米；（2）面状地物实地面积超过200平方米的建设用地和设施农用地，实地面积超过400平方米的农用地，实地面积超过600平方米的其他地类。,水土保持遥感应用,土地利用产品优势-更快,控制网生产,分区生产,传统模式,当前模式,11月底,明年5月底,50%,4 times,20 times,整个江苏省，控制网已有情况下，20人两个半月即可完成全省土地利用的生产,水土保持遥感应用,土地利用产品优势-更精细,基础水利工程调查,基于云平台架构，利用卫星遥感、移动互联网等信息技术，构建了农村水利工程业务管理平台。实现农田水利工程数据采集、建库、管理一体化流程，支持水利工程维护台账管理。,基础水
17、利工程调查,采集移动端,河道与河道工程管理遥感监测产品,重点堤段定点安全监测,对黄河宁夏重点城市段的典型治理工 程以及非重点城市段中历史上经常发 生险情的河段和窗口河段进行实时的 定点安全监测。,无人机智能安全应急监测利用无人机的机动灵活等特点，代替 工作人员进行远距离和高危地区作业，快速响应防汛抗旱救灾应急状况，补 充定点安全监测存在的盲区。,卫星遥感基础安全调查利用遥感的高分辨率、价格实惠、主动 观测、面上观测等特点，为宁夏黄河工 程安全基础调查提供了先进科技技术，为定点安全监测提供了技术补充。,“空天地”立体化安全监测体系,河道与河道工程管理遥感监测产品,卫星遥感基础安全调查,基必础要安
18、性全调查内容,汛前监测内容,易造成壅水的工程、建筑：跨河桥梁、拦河闸坝、临河码头等，桥墩及闸坝等。,1,2,影响河道行洪的工程、建筑：施工围堰、河道内疑似违建、弃渣及堆料等。,沿河堆放防汛物资：土牛和备防石等。,3,汛后监测内容,河道治理工程水毁情况：丁坝、坝垛等治河工程的水毁情况。,1,2,河道堤防工程水毁情况：主要监测河道水毁及溃决情况等。,河道与河道工程管理遥感监测产品,必要性,影像数据,卫星遥感基础安全调查采用米级分辨率卫星遥感影像数据开展相关工作。,备防石,冰凌,淮河流域阜南段遥感浸润式服务及遥感云服务+,应用技术,系统建设,数据收集,数据入库,数据库建设,为淮河流域阜南县水资源的调
19、度、防汛抗旱提供数据支撑和科学决策,支撑服务,管理人员,决策人员,维护人员,其它人员,计算机技术数据库技术GIS技术遥感技术无人机三维可视化数据挖掘,数据整理,基础信息,社会经济,实时监测,水利工程,遥感数据,航拍数据,水利空间数据,淮河流域阜南段遥感浸润式服务及遥感云服务+,水 体 分 析 预 期 效 果,淮河流域阜南段遥感浸润式服务及遥感云服务+,水 体 分 析 最 终 成 果,淮河流域阜南段遥感浸润式服务及遥感云服务+,淮河流域阜南段遥感浸润式服务及遥感云服务+,淮河流域阜南段遥感浸润式服务及遥感云服务+,PART 2,水利遥感应用服务保障,生态链定位：基地在水利行业的重要窗口,水利行业
20、知识,遥感数据资源 遥感处理技术,水利 遥感 业务 应用 服务,数据资源,技术资源,水利行业遥感应用,中科山水,硬件资源,水土保持防汛抗旱,灌区管理水资源管理,河湖管理宣传教育,。,计算资源池,存储资源池,网络资源池,数据中心机房,影像数据产品,专题增值产品,专业分析模型,集成生产线,中国 科学 院地 理信 息与 文化 产业 基地,工程资源环境生态应急,成为水利遥感业务应用细分领域里提供深度服务的专业企业,基地遥感资源,稳定的数据源,国家卫星数据资源专 线接入国内外商业卫星资源 战略合作公开卫星数据资源主 动获取,整合国内外卫星数据资源，组件合成卫星，形成稳定遥感数 据资源,基地遥感资源,强大
21、的数据接收和处理能力,一期建设（2016年01月完工）：以上述卫星为主要推送内容，定向推送，500MB专线带宽，实现2.5TB/天的接收量，并完成相应处理能力。,基地遥感资源,数据更新能力,合成卫星星座技术支撑了多级、全谱段、及时的有效影像覆盖更新,基地遥感资源,先进的数据处理和服务,农业、林业、畜 牧业、渔业,水资源、土地资源、生物资源、矿产资源,交通运输、旅游文化 目标监测、战场保障,科研 教育,gDOS,专题信息产品,卫星遥感,航空遥感,地面测量,IPM,PLA,地理知识,标准影 像产品影 像 服 务,信 息 服 务,数据制造：海量时空数据集成、增值加工、应用服务,自动化的 影像数据生产
22、,智能化的专题数据生产,平台化的 大数据管理,基地遥感资源,成熟的核心数据产品,高分影像（亚米级）,中分遥感（时序、碎片）,基础地理（DEM、道路网、水系、地址地名）,历史解译（二调、地理国情）,互联网地图（导航、POI）,地面数据（观测、调查）,分区 控制 终端,道路网 制作水系网 制作地形网 制作,样本 制作 终端,外业 验证 APP,（实体图斑，12一级类）,（控制图斑）,产品 定制 终端,（功能图斑，54二级类,人工编辑,图斑形态编辑 图斑属性编辑 专题产品制作,联 结 主 义 AI,符 号 主 义 AI,GIS：编辑、分析、制图,增,结构重组（密度、关系、排列）,IPM,（影像原材料
23、）,（土地覆盖：半成品）,ArcGIS-MapGIS-QGis,基地遥感资源,数据制造执行系统（DMES）支撑了高效的 智能化生产线执行,(Manufacturing Execution System)制造企业生产过程执行系统,gDOS计算 节点 引擎,Data Manufacturing Execution System,分区控制终端,产品定制终端,样本制作终端,数 据 总 线,任务 切分 工具,样本 学习 工具,地块 提取 工具,建筑 提取 工具,水面 提取 工具,林草 提取 工具,耕地 类型 工具,人,机,生逐 产步 与逼 更近 新全 目自 标动,基地遥感资源,核心的分层感知器模型：图斑
24、形态提取,国产高分2号影像（0.8m）,训练集：人工采集精确边界样本+多角度旋转,图斑对象构建,QuickBird影像（0.6m）,边缘概率图输出,米级/亚米级高分影像（国产数据可满足生产需求）,1.数据准备,3.样本训练,2.网络模型,4.产品制作,边缘形态提取,输入,输 出,增 强 学 习,边 界 编 辑,多尺度卷积网络模型（HED、VGG）迭代反馈,基地遥感资源,核心的分层感知器模型：图斑类型判别,3.样本训练,1.数据准备,2.网络模型,4.产品制作,图斑（地块）影像,图斑（地块）结构图,通过无人机、实地采样、目视解译等手段,标记样 本图斑的土地利用类型，输入FCN模型训练学习。,耕地
25、,林地,草地,工 矿,住宅,道路,水域,未利用,迁 移 学 习,增 强 学 习,语义分类模型（FCN、U-Net、Deeplab）迭代反馈,输 入,输出,以图斑（地块）为单元进 行土地利用类型判别并专 题制图、统计分析,历史土地利用解译图,基地遥感资源,丰富的数据存储计算资源,2017年4月，苏州数据中心机房建成投入使用，一期占地300平米，设计可容纳 数据总量超过100PB，满足8-10年内全球地理时空数据在线存储、计算挖掘与运转,基地遥感资源,实用的数据集成产品,中科山水遥感服务模式,掌握遥感数据处理算法的单位：提供数据处理算法的规范化、流程化包装,掌握遥感数据资源的单位：提供面向领域的应用合作,掌握用户领域知识的单位：提供遥感数据资源及遥感应用服务合作,终端客户单位：提供全方位的遥感数据产品服务,共 享 市 场 资 源,
