高分平顶山分中心
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高分河南中心简介与主要成果(或应用)展示
2019-05-30 01:13  

“高分辨率对地观测系统河南数据与应用中心”(以下简称中心)由国家国防科工局于2014年8月1日批复同意成立。河南省国防科工局负责建设、管理和业务指导,以河南省国防科技情报信息站为依托,电子科技集团公司二十七所和二十二所、中船重工七一三所及中国人民解放军信息工程大学作为技术支撑。

高分河南中心的主要任务:

中心的主要任务是:1.在国防科工局与河南省人民政府领导下,统筹管理高分辨率对地观测系统重大专项(以下简称高分专项)在河南省的应用示范与成果推广工作,为河南省经济社会发展提供空间信息服务;组织协调河南省相关科研院所、高等学校、企事业单位等,按市场机制原则,积极参加与其他区域高分专项应用推广,促进应用产业化。2.结合河南省应用需求,组织开展河南省高分数据应用规划论证、技术培训、宣传普及、应用技术研发和应用服务,打通空间信息应用产业链。3.按照高分专项有关数据政策和管理办法获取、管理、分发高分数据,并承担相应的数据安全保密管理责任。目前,数据与应用中心已具备卫星数据接收与分发功能。
 一、数据来源
 中心的卫星数据主要来源于中国资源卫星中心(包括高分系列、环境系列、资源系列),辅助于国内其他卫星(如北京一号、天绘号)和国外商业卫星数据,同时也将整合一些航空遥感数据。
 二、数据供应
 中心主要利用河南省空间信息数据共享服务系统,通过电子政务外网和互联网,向省直有关厅局和相关单位提供数据服务,也可利用硬盘拷贝、光盘刻录手段提供。目前可提供高分一号、环境系列和资源系列及商业卫星数据。

高分河南中心主要成果清单:

高分河南中心主要成果(或应用)展示:

序号

关键技术名称

关键技术描述

1

土壤墒情预测

利用热红外波段遥感数据反演植被指数,进而建立地表温度与表层土壤水分反演模型,再根据实测土壤水分与反演数据建立拟合关系,最终实现预测土壤墒情的目的。


2

大气污染环境监测

据卫星光谱遥感图像反演得到气溶胶光学厚度值,并参考对应区域的气象部分指数矢量,通过智能算法最终形成以时间序列污染监测图。

3

水质监测

水体反演、泥沙含量提取技术。

4

农业资源及农业灾害遥感精细监测与精准分析

以往的农业遥感监测通常以中低分辨率遥感影像作为数据源,然而中低分辨率遥感数据仅适用于大空间尺度上、粗略的农业遥感监测分析,其精准程度难以满足农业保险查勘定损数据统计到村、到户的需求。而高分辨率遥感图像是综合性信息的有效载体,相较于中低分辨率遥感数据,地面目标光谱、结构、形状、纹理和细节等信息得到了较大程度地增强。然而,随着空间分辨率和地物观测的精细程度的提高,“异物同谱”和“同物异谱”的现象显得更为突出。因此,如何利用高分辨率遥感数据生产多种高精度农业遥感监测产品是本项目的难点。

为了解决以上问题,项目通过研究和改进经验模型和辐射传输模型,突破了基于高分辨率遥感数据的农作物与农田环境参数的遥感定量反演技术。与此同时,采用“天空地”一体化观测技术,通过卫星遥感、航空遥感与实地调查不同尺度的关联验证及气象、水利、农业多行业数据的综合运用,自主研发了适用于高分辨率遥感数据的农业资源及农业灾害遥感精细监测与分析模型。

高分河南中心主要成果(或应用)展示:

1.农业领域

1)作物识别与种植面积统计

利用高分遥感影像自动识别技术,结合外业观测成果,对玉米、小麦、大豆、棉花、大蒜等农作物进行物种分类,准确率达到95%以上。下图为20173月份河南省郑州市中牟县狼城岗镇太平堤村的主要农作物遥感识别与面积统计结果。

种植面积统计图

相较于冬季作物,夏季作物更加多样,其自动识别与分类工作也就相对复杂与困难。目前,我们已顺利完成了该项技术的攻关,经实地验证,解译精度达到95%以上。下图是20167月河南省新乡市辉县局部的卫星影像及其对应的地物分类结果。

农作物分类统计图

在作物识别与分类基础之上,我们对20167月新乡市辉县三镇一乡的玉米种植面积进行了统计。玉米种植范围及面积统计结果如下图所示。

辉县玉米面积统计图

2)长势监测

通过对比漯河市西城区某村20161114日与2017127日两期高分遥感影像(如下图),引入NDVILAI对冬小麦的长势进行监测,充分利用了遥感监测技术直观、客观、时效性强、可追溯的特点。

漯河市小麦长势检测图

3)涝灾监测

20173月驻马店市汝南县常兴乡小麦遭受严重涝灾,基于高分卫星影像对受灾小麦进行了遥感提取,并结合太平洋保险公司承保信息对需要理赔的区域做了面积测算与统计分析。

驻马店小麦涝灾灾害评估图

4)旱灾监测

20174-5月,受持续热干风天气影响,豫西洛阳山区局部发生小麦大面积干旱;由于山区地形复杂、植被混合、耕地相对分散且不规则,对受灾小麦实地认定、受灾范围统计、及受灾程度评估带来很大困难。应人民保险公司要求,基于高分卫星影像对受灾小麦进行了遥感提取与统计分析。

偃师市山化镇下麦干旱灾害评估图

5)倒伏监测

2017522日,河南西北部多个小麦产地遭受暴雨大风灾害,出现严重倒伏。由于正值小麦灌浆期,倒伏将对产量造成严重影响,且小麦收割在即,人保公司要求要以最高的效率、最精准的手段核定承保农户的损失。我中心结合高分二号、北京二号及无人机影像,对小麦倒伏灾害进行了查勘定损,避免了争议。图为安阳市安阳县獐豹村小麦承保区,统计范围占地4654.09亩,其中小麦种植面积为3971.20亩,小麦倒伏面积为2377.72亩,小麦倒伏比例为59.87%

安阳县小麦倒伏灾害评估图

6)冻灾监测

2018年清明节前后,河南北部大部分区域遭受冻灾,此时小麦正在孕穗、个别品种正在出穗,出现大面积不抽穗、抽白穗现象。利用高分遥感技术将受冻灾程度进行了评价。

河南北部小麦冻灾灾害评估图

7)赤霉病监测

2018512日前后,南阳市邓州地区小麦赤霉病大面积爆发,此时正处于小麦成熟期,临近小麦收割和夏季作物播种阶段,因此如何迅速完成查勘定损工作显得至关重要。下图是赤霉病对邓州市某镇小麦长势影响的等级评价结果。

南阳邓州市小麦赤霉病评估图

8)土壤墒情监测

光学卫星和雷达卫星相结合反演土壤含水量,可以反映土壤墒情的空间分布特征,从而为灌溉等生产活动和农业灾害防控提供一定指导作用。


小麦土壤墒情分布图

结合野外实测土壤水分数据,对新乡市人民胜利渠灌溉区土壤墒情进行监测及预测,为人民胜利渠灌区节水灌溉提供数据支撑。

9)水产养殖规划

为了推进全省养殖水域滩涂规划编制工作顺利开展,合理开发利用水域滩涂资源,利用2017-2018年高分一号PMS数据对水域滩涂现状进行调查,经外业验证、专家设计,最后采用图件与表格相结合的方式描述“三区”范围,用红色标注禁养区,黄色标注限养区,绿色标注养殖区,浅绿色标注已养殖区域。

延津县养殖水域滩涂规划图

2.自然资源领域

1)湿地资源调查

高分平顶山分中心利用高分数据开展湿地的动态监测,目前已持续开展了漯河市沙河国家湿地高分技术监测、长葛市双洎河国家湿地高分技术监测、鹤壁市淇河国家湿地高分技术监测、安阳市汤河国家湿地高分技术监测等工作。

漯河市沙河湿地分类图

2)林业资源监测

为了辅助北方护林站进行森林防火巡逻,我中心利用高分一号卫星WFV数据生产了13个省的正射影像,作为手持终端的卫星影像底图。在此底图之上,叠加巡逻飞机的实时位置及发现的火点位置,具有实时性强、直观真实等优势,保障森林资源安全

森林防火地理信息底图

3)地质矿产调查

2016年,河南省开展了矿山开发与生态修复监督管理试点工作,主要目的是获取矿山开采最新基础数据,掌握矿山占地类型、开采方式、生态破坏及恢复、分矿种、分市县情况,总结我省矿山开采生态总体特征,建立基础数据库,为协调和监督矿区生态破坏及恢复工作提供决策依据,加强矿山开发利用项目综合管理。对通过环评审批的矿山开发利用项目进行遥感监测,掌握矿区范围、露天采场、废石场、尾矿库等坐标点位是否与环评批复一致,以及生态破坏及恢复情况。

项目以新乡市为试点,利用高分一号与高分二号数据融合分析,监测矿山开发活动。专题图示例如下图所示。

2016年5月河南省新乡市某采石场监测图

项目共发现了5个非法采点,经人工实地执法,准确率100%。同年,利用GF-2影像制作了洛阳市栾川县冷水镇钼矿的DOM影像,观测钼矿区的大小、空间位置以及尾矿坝的空间分布,希望通过对矿区周围的地质构造以及地质现象进行解译,探究钼矿的成矿条件及规律。

洛阳栾川钼矿空间分布图

3.生态环境领域

1)饮用水源地保护

高分平顶山分与河南省部分地市县环保局积极联系,通过对部分地市县环保局所提供的各级饮用水源地的经纬度坐标进行基于要处理的内业核查,展布在以高分二号影像为背景的图层中,初步检验取水口和拐点的正确性,对于不合理的勘界点进行修改,重新确定勘界区域。待勘界区域确定后,进行外业实测,获得精确的坐标数据,内业同步进行高分影像的预处理。野外实测结束后,将测量结果进行展布。为饮用水源地保护区勘界提供基础数据及决策依据。

饮用水源地保护区勘界图

2)裸露土地及未苫盖垃圾监测

秋冬季节是城市环保压力最大的时间段,为了有效的进行环境治理、监督政策落实情况,郑州市环保局加大了高科技手段在环保领域的应用,201810月与我中心合作启动了专项环保巡查项目。本次巡查主要针对辖区内的黄土裸露、建筑垃圾堆放、大车拥堵等问题,范围涵盖郑东新区、管城区、二七区、经开区、中牟县和新郑市部分乡镇等。项目组利用高分卫星生成的高精度的图像识别出巡视范围内的疑似问题区域,由航拍组携带无人机就近实地进行航拍取证。航拍作业完成后,航拍组汇总整理,并进行后期处理,将获取的图像、视频与卫星图像进行对比,准确辨别出问题区域,查看具体问题,在卫星图上进行标注,并实时计算出问题区域面积数据。

3)生态环境评价

利用高分一号、Landsat8等多颗卫星数据,对河南省南水北调中线(河南段)主干渠沿线开展生态环境影响评价。

图12015年南水北调中线(河南段)主干渠沿线生态安全等级分布图

4住房和城乡建设领域

1)城市迁建规划支持

201781日,国家发展改革委印发了《河南省黄河滩区居民迁建规划的通知》。《通知》对滩区居民迁建工作提出了加快拆旧复垦、同步推进土地流转、科学规划布局、切实抓好安置区建设等要求。我中心基于高分二号卫星影像调查居民区现状、监测旧村拆除进度、跟踪土地复垦情况、监控安置区规划和建设进度。

在高分二号卫星图像上,完好的房屋和拆除掉的房屋区分度明显,拆除掉的房屋和复垦的土地也很容易区分开来;与此同时,城市、乡村、土地、交通、电力、水利设施等清晰可辨,可以根据安置区的设计要求,直接在卫星图像上面进行安置区的选址、规划。在安置区建设过程中,项目的开工、建设、完工及配套设施的建设,都会在卫星图像上清楚地反映出来,利用不同时间获取的卫星图像,就能够监测建设进度。

黄河滩区居民迁建工程进度调查图

2)城市建筑垃圾监测

随着新型城市化建设的大力推进,建筑垃圾堆放量日益增多,不仅占用了宝贵的土地资源,而且污染环境。高效、准确、及时地对建筑垃圾堆放面积及体积进行动态监测是合理化处置与资源化利用建筑垃圾的关键基础。我中心以郑州市为例,基于高分二号卫星影像,运用决策树的方法,对城市建筑垃圾进行提取,获取其空间分布状况及占地面积信息。结果证明,高分辨率遥感技术可以有效应用于建筑垃圾监测与处置工作,助力城市规划与精细化管理。

下图为20167月郑州市郑东新区龙湖周边区域建筑垃圾卫星遥感提取结果,其中建筑垃圾用红框标识。经GIS软件测算,该区域内建筑垃圾总面积达1376167.48㎡,折合2062.25亩。

龙湖周边区域建筑垃圾卫星遥感检测图

201610月,对2014年到2015年郑州市四港联动大道周边建筑垃圾进行了提取,如下图。

四港联动大道渣土监测图

对提取出的建筑垃圾进行面积统计,得到直方图如下

四港联动大道渣土监测统计图

通过多时相遥感影像可以监测建筑垃圾的动态变化,真实反映区域建筑垃圾的变化趋势。

3)城市建设工程监管

20167月至20177月,我中心利用多时相高分二号影像,对商都遗址建设工程、寺坡六里屯改造项目等城市建设工程的进度实施了监管,得到了监理公司的充分认可。该思路还可用于城市交通设施动态监测,如监测道路或桥梁施工进度、掌握其他建设工程对道路通达情况的影响等。

郑州商城遗址博物馆建设进度检测图

5水利领域

1)采砂监测

河南国智恒北斗科技有限公司作为河南省高分中心下属分中心,利用遥感技术手段对淮河流域信阳段采砂活动进行监测分析,即利用遥感高分一号WFV数据反演淮河流域信阳段悬浮泥沙分布情况,并结合目视解译发现疑似采沙场与存沙区分布情况;同时,利用不同时相高分二号0.8m分辨率卫星数据解译出淮河流域信阳段疑似采砂船共计1700多艘。

2)洪涝监测

20167月,由于河南南部区域普降暴雨,应信阳市有关部门的要求,利用高分一号和高分二号数据,对受暴雨影响较为严重的商城县及周边水系进行了提取分析。专题图示例如下图所示。

商城水系提取图

3)水利工程管理

为了辅助于南水北调中线工程管理工作的开展,应河南省水利勘测设计研究有限公司要求,生产覆盖南水北调干渠两侧各0.5km范围内的0.8米正射遥感影像,为南水北调工程监管运维、干渠保护区生态环境变化监测等提供高分遥感信息服务。南水北调中线干渠总长1432km,横跨河南省、河北省、天津市、北京市四个省级行政区。全覆盖监测需高分二号卫星数据数百景,融合后达到数千G数据量级。这种大型线状工程具有宽度小、长度大、跨区域、沿线生态环境复杂多样等特点,为高分辨率遥感影像处理与应用加大了难度。该数据成果的清晰度、视觉效果及定位精度得到了行业应用部门的高度肯定。


20171030日南水北调中线干渠河南省南阳市市辖区段高分二号卫星影像

2018624日南水北调中线干渠河南省安阳市市辖区段高分二号卫星影像

2018416日南水北调中线干渠河北省邯郸市磁县段高分二号卫星影像

2018年4月25日南水北调中线干渠北京市涿州市段高分二号卫星影

6交通领域

1)铁路周边环境安全监测

铁路运输是国民经济的大动脉,是联系社会生产、分配、交换、消费的纽带。而安全是铁路运输最基本的要求。20174月份,焦点访谈栏目播出了三期节目:《风景线上切莫煞风景》、《违建危及大动脉》、《好好管管“三不管”》,对京沪高铁和沪昆高铁沿线一些地方的妨碍铁路安全的违法建筑和环境脏乱差问题做了集中报道。由此可见,我国铁路沿线运行环境安全监测迫在眉睫。我中心基于高分二号卫星数据,对郑州市铁路局所辖路段两侧各50m的范围(300km²)进行了环境安全遥感监测,包括以下监测内容:树木分布及其占地面积;彩钢瓦位置、个数及面积;垃圾堆位置、个数及面积;上跨桥、上跨线位置;水体分布及水体范围。下图是京广线两侧妨碍铁路安全的彩钢瓦遥感识别结果。

铁路周边环境安全监测图

7其他领域

1)国外业务推广

2016年,由我国某进出口公司牵线搭桥,工程中心与阿尔及利亚、科特迪瓦等国达成了提供高分遥感服务的意向协议,由工程中心为这些国家提供国境内关注地区的遥感专题图。影像图示例如下。目前,已提供专题图28幅,协议甲方非常满意。在制作专题图的过程中,共使用高分二号影像11景,使用SPOT影像9景。

阿尔及尔港卫星图
























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