基于遥感技术的国家环境敏感区饮用水源保护区监查系统设计

· 文|环境保护部卫星环境应用中心 初东 申文明 游代安 姚延娟 张雪

基于遥感技术的国家环境敏感区饮用水源保护区监查系统设计

· 文|环境保护部卫星环境应用中心 初东 申文明 游代安 姚延娟 张雪

根据饮用水源保护区等国家环境敏感区监督管理工作的需要，基于遥感技术构建国家环境敏感区遥感监查系统，进行环境监查执法、绩效评估及国家敏感区的监管。该系统建成后，将使得遥感信息处理解译平台的影像与矢量数据成果转换为易理解、通用的标准形式。为环保部门开展饮用水源保护区水源安全应急管理提供有力支撑。本文主要介绍的是该系统的总体设计架构与思路。

遥感 饮用水源保护区 监查系统 设计

一、引言

根据饮用水源保护区等国家环境敏感区监督管理工作的需要，为了进一步提高环境管理的科学性和可靠性，实现对饮用水源保护区监管工作业务化和常态化，基于遥感技术建成国家环境敏感区遥感监查系统，将能形成环境敏感区遥感监查技术支撑能力，完善环境敏感区监查的天地一体化网络建设，及时了解饮用水源保护区发生的违法开发建设活动情况，客观评价饮用水源保护区建立以来的保护成效，支持国家环境管理部门开展环境监查执法、绩效评估，提高对饮用水源保护区等环境敏感区的监管能力，加强我国对环境敏感区开发建设活动和环境风险源的监管力度，为全面推进生态保护和污染防治、保障生态安全和人民健康提供有效支撑。

二、 水源保护区环境风险源遥感监测评估业务需求

1.业务需求

根据2007年全国城镇集中式饮用水水源地调查与评估结果，2007年，全国城镇集中式饮用水源地总数为4002个，供水服务人口4.91亿，占全国城镇人口83%；年取水量717亿吨。其中湖库型水源地1090个，占27.2%，服务人口1.53亿，年取水量326亿吨；河流型水源地1243个，占31.1%，服务人口2.16亿，年取水量291亿吨；地下水型水源地1669个，占41.7%，服务人口1.22亿，年取水量100亿吨。

根据不同类型水源地保护区的特点，结合遥感技术的监测能力，对湖库型和河流型水源保护区进行遥感监测。利用高分遥感影像，对全国城镇湖库型和河流型水源地内新增的风险源信息进行提取。

根据湖库型和河流型水源地保护区的特点、风险源的不同、所在区域的特点，以及遥感影像的保障能力等，分步对不同区域的水源保护区进行环境风险源排查和监测。

1）对全国113个环保重点城市的湖库型和河流型水源保护区的风险源进行排查。从2005年开始，这113个城市就建立了水源地水质月报制度，所以首先对这113个城市的水源保护区内的风险源识别。这类区域属于遥感监测重点地区，采用分辨率优于2m的遥感数据，每年进行2次重点监测。

2）对东北三省和中部省份的湖库型和河流型水源保护区的风险源进行排查，该地区为仅次于环保重点城市的经济较发达地区，水源保护区内的风险源分布也较为普遍。采用优于5m的遥感数据，每年进行1次重点监测。

3）第三步，对西部各省的湖库型和河流型水源保护区的环境风险源进行排查。该地区多为高山、高原、沙漠、戈壁、海洋，人口稀少，经济发展相对滞后，保护区内的环境风险源相对较少，且变化不大。优先采用5m左右分辨率卫星数据开展监测，在5m数据难以保障的地区，采用10m分辨率遥感数据，每年进行1次监测。

根据以上水源保护区监测与评估区域划分和监测周期，分别获取所需分辨率的遥感影像数据，进行遥感影像的波段合成、图像镶嵌、图像裁切、投影转换、几何精纠正等图像预处理工作。

2.数据需求

根据2007年全国城镇饮用水水源地基础环境调查及评估结果，2007年，全国城镇水源地湖库型和河流型共计2333个。饮用水源一级和二级保护区面积9.8万平方千米，约占国土面积的1.02%，其中一级保护区3.8万平方千米，二级保护区6万平方千米。饮用水水源准保护区面积7万平方千米，约占国土面积的0.7%。。

饮用水源保护一、二级保护区内需要采用优于2m的多光谱遥感数据进行风险源识别，水源地准保护区范围内需要优于10m的多光谱遥感数据进行风险源识别分析，初步估算每年开展一次饮用水源保护区遥感监查，所需数据量约为2.5TB，运行5年数据量13TB。遥感影像数据需求见表1所示。

表1 遥影像感数据需求

三、总体技术方案

国家环境敏感区遥感监查系统建设按照应用不同，可划分为四个不同的层次，由下至上依次为基础设施层、数据层、应用支撑层、应用层、访问层，根据不同的应用需求可以具有不同程度的复用和更新，同时通过数据的共享与交互与外部系统进行对接，并供外部用户访问，图1为系统总体技术路线图。

>> 图1 系统总体技术路线

四、饮用水源地保护区监查系统的设计

饮用水源地保护区监查系统是将遥感信息处理解译平台的影像与矢量数据成果转换为易理解、通用的标准形式。不同的是，本分系统管理的数据资源与对象为水源地保护区的基础数据、遥感影像、解译成果、核查信息等；同时，本分系统中的各个模块也将针对饮用水源保护监管的业务需求进行专门的开发。后续运行的相关部门通过本分系统实现对饮用水源保护区中风险源的监管核查。图2为饮用水源保护区监查系统业务流程图。

>> 图2 饮用水源保护区监查系统业务流程

本分系统按功能分为专题制图模块、报告编制模块、统计分析模块、综合查询分析模块、信息显示与编辑模块、联动模块、数据导入导出模块。图3为饮用水源保护区监查系统模块组成图。

>> 图3 饮用水源保护区监查系统模块组成

（1）专题制图模块

主要包括加载数据、地图标注、地图整饰和地图输出功能。主要启用标准制图工程模板文件，通过替换数据，标注整饰，地图输出和打印，实现卫星遥感影像的制图输出功能。

（2）统计分析模块

综合应用空间分析、地理信息分析和数学统计功能，基于位置信息和属性信息，对不同的矢量图层（如土地利用现状图）或数据库内的多批次多区域解译信息进行统计、分析、评估，并且可依据分析结果生成新的矢量数据。

（3）报告编制模块

加载固定的报告模板文件，如标准word文档或excel表格，连接数据库，通过对数据的获取与计算，自动生成标准报告；在此基础上，允许用户输入矢量的可配置信息，结果保存为微软office的标准格式。

（4）综合查询分析模块

综合查询分析是根据需要，通过查询解译信息、饮用水源保护区信息的多种信息资源，对饮用水源保护区的解译信息进行综合态势分析。

查询方式多样化，可以基于地图进行点选、框选、圆选、多边形选择；也可以基于属性进行首字母检索、模糊匹配、高级查询等；也可以根据分类规则，进行分类检索。

查询结果展示样式多样，可以在地图上进行展示，采用密度图、分区设色图、饼状图、柱状图等方式；也可以以查询结果列表形式显示。

（5）信息显示与编辑模块

该模块对基础地理信息、成果信息、解译信息、专家知识、遥感影像、核查信息的显示功能，对解译信息和核查信息提供编辑修改功能。

该模块能够实现多源多遥感影像浏览、辅助图层管理、三维显示等功能。

（6）联动模块

联动模块对现场核查的视频、图片等多媒体信息进行组织管理，通过自动搜索人类地块信息相关的多媒体信息并播放，提供直观的、动态的多媒体资料。

所有多媒体资料是基于时间与地点进行组织的，可以查看同一地块不同时间的多媒体资料，也可查看同一时间不同地块的多媒体资料。

（7）数据导入导出模块

将解译信息、遥感影像、专题图成果、报告表格、专家知识、核查信息等系统成果导入至成果数据库，供本分系统查询显示与编辑。

能够将所需的成果数据库内的数据导出为约定的格式与组织形式，为数据在内业平台与外业平台的转换和传递提供服务。

五、结论

该系统的建立能迅速、全面地获取饮用水源保护区内的环境风险源信息，客观预警水源保护区内的环境风险等级，自动化水平高，在环保部饮用水源保护区综合监管方面有着良好的应用前景，并且能逐步成为环保部每年开展的新建和调整的国家级自然保护区评审工作必不可少的技术支撑平台，为环保部们开展饮用水源保护区水源安全应急管理提供有力支撑。同时，通过数据和成果的共享服务，该系统也将在支持地方各级环保部门开展相关工作和促进公众了解环保工作等方面发挥积极作用。