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武汉大学孟令奎教授:水利应急遥感智能做好了,让人心里很踏实

孟令奎打造了一支在遥感防汛抗旱第一线的优秀水利遥感团队,完成了大量科研和生产任务,攻克多项技术难关。

依旧闷热的江城八月,长江水位尚未退去。在一个骤雨过后稍感清凉的早晨,记者来到了位于武汉大学信息学部的教学实验大楼,拜访了遥感信息工程学院的孟令奎教授。

孟令奎打造了一支在遥感防汛抗旱第一线的优秀水利遥感团队,完成了大量科研和生产任务,攻克多项技术难关,因此他的团队也被行业人士誉为“孟之队”。

在他的办公室里,一个奖杯吸引了记者的注意,孟令奎教授笑着解释,这是团队研发的水利应急响应遥感智能服务平台获得的2015年“大禹水利科学技术”一等奖。稍作寒暄,孟教授便与记者侃侃而谈起来。

武汉大学孟令奎教授:水利应急遥感智能做好了,让人心里很踏实

武汉大学遥感信息工程学院 孟令奎教授

家国情怀:

面对水患灾害的忧思

“多年来,尽管国家在水旱灾害防治方面做了大量工作,但是水患仍然是我们面临的最严重的自然灾害之一。今年以来全国累积降水量比常年同期明显偏多且降雨集中,局部地区受灾非常严重。”

孟令奎指着地图上今年受水灾较重的几个区域,神态凝重地向记者介绍。

“自古以来,河清海晏、水润万物是华夏万民的理想。由于自然地理、季风气候条件和河流流向影响,我国成为了各种水旱灾害多发的国家,洪涝灾害历来是中华民族的心腹之患。就经济损失来看,水旱灾害无疑是我国第一大自然灾害,其损失远超其他自然灾害的损失之和,已成为制约我国经济社会可持续发展的主要因素之一。随着全球气候变化加剧导致的极端天气事件频发多发,对国家防灾减灾能力提出了更高要求。”

那么如何治理大江大河、提高防灾减灾应急响应能力和水平呢?在孟令奎看来主要有三个方面。第一是及时全面地采集、获取大江大河的水利信息、地理信息、流域社会经济信息。习总书记曾一年内4次考察黄河,他说黄河的问题是“表象在黄河,根子在流域”,点明了江河治理的根本问题——流域内的城市为追求社会经济发展,盲目用水和开发,对河道河流、生态环境产生了不利影响。因此获取流域内的社会经济信息十分有必要。第二是搭建大数据环境,建立水利计算、遥感处理、智能分析等模型,对输入的数据信息进行快速分析和处理。第三是对模型运行结果进行综合分析,对灾情进行会商论证、选择、预警、预测,指导防灾和抗灾。

举例来说可能更好理解一点,比如将每年关于长江流域洪水的数据信息收集起来,建立一个预测模型,那么今年,将一些水位数据、地理数据输入模型,我们就知道一旦大坝决口,洪水可能会淹没哪些区域,那么相应也能够做好“引导”预案,让洪水流向人口稀疏的区域,尽量减少人员伤亡和经济损失。当然,这之前一定要做好水利工程建设,补齐水利工程短板,提前形成根据洪水等级实施不同的引导预案的方案。“实际上,这就是我们说的一种洪水管理模式。”孟令奎补充。

当前我国的江河治理距离理想化方案还有不小距离,但是现代遥感与大数据等技术的发展让一切变得皆有可能。“水利数据的传统获取方法是依靠水利系统部署的水文测站,但是你想想现在全国960万平方千米只有12万个水文站,这些测站分布不均,有的一个县也才几个,几个点的数据能代表一个县吗?显然代表性不足。用遥感技术就不一样了,它能够获取大范围的数据,初步建立模型后,再用各个水文站即各个点的数据进行反演,不断纠正模型,模型就越来越准确了。”孟令奎说。

从2003年开始,孟令奎开始主攻水利遥感研究方向,将遥感、GIS、计算机和水利深度结合,并带领打造出了一支出色的水利遥感团队。

使命在肩:

遥感技术运用于水利监测

2013年夏天,进入汛期以来,黑龙江省遭受了多次强降雨,32条河流发生超警戒水位洪水,超100年一遇的特大洪水严重威胁230万人、25万平方千米的土地。

“现在水面面积有多大?”“哪一个区域可能会决堤发生特大洪水?”这都是迫在眉睫需要解决的问题。但是黑龙江为界河,跨国界河流的地面监测能力非常薄弱,水文监测难度极大,调度手段也十分有限,形势相当严峻。此时,遥感成为唯一可行的监测手段。

在水利部信息中心精心组织和坚强领导下,水利遥感团队通过自主研发的“水利应急响应遥感智能服务平台”,及时获取并处理最新的灾情信息,对河道水体、堤防、堤防决口和堤防满溢水体持续展开连续24期监测,为灾区水情预测预报、应急抢险指挥决策和排水除涝提供了可靠的第一手资料。

险情结束后,黑龙江省防汛抗旱指挥部特发来感谢信:“这些信息为我省防汛抢险应急指挥调度、准确判断溃口发展趋势、洪水分析预报、决口处复建和排水方案编制提供了及时准确的第一手资料,为抗洪抢险工作提供了强有力的支撑,作出了重要贡献。”

济世救民,“孟之队”不止于此——

2014年8月3日下午,云南鲁甸,6.5级地震造成牛栏江红石岩电站上游形成堰塞湖,严重威胁着下游安全。地震发生后,水利遥感团队立即综合灾前多期遥感影像、水利工程分布、地形地貌、行政区划等,通过跨部门间信息共享获取的地震烈度分布图进行快速分析,迅速获取了震区不同影响范围内的水利设施分布状况并锁定重点关注对象,及时提供给国家防汛抗旱总指挥部和水利部;

2016年夏天,武汉鲁湖在一夜暴雨后,面积由40平方千米变成80平方千米。为了避免分洪给当地渔民带来损失,水利遥感团队结合高分一号影像数据与历史数据叠加,提取出了鱼塘位置,为分洪提供决策依据;

2018年,雅鲁藏布江峡谷发生山体滑坡,形成最宽0.7千米、长1.6千米的堰塞体。水利遥感团队完成了灾区卫星影像接收、加工处理、堰塞湖信息提取、堰塞湖变化分析、时序演变、专题图制作及灾害影响评估等工作,为抗洪救灾、灾后重建和恢复生产提供了重要信息支持。

武汉大学孟令奎教授:水利应急遥感智能做好了,让人心里很踏实2014年6月25日

武汉大学孟令奎教授:水利应急遥感智能做好了,让人心里很踏实2014年8月5日

武汉大学孟令奎教授:水利应急遥感智能做好了,让人心里很踏实2014年10月9日

2014年8月3日云南鲁甸,通过遥感影像获取堰塞湖水域面积、堰塞体面积。以上是鲁甸地震前、后,堰塞湖变化情况

据介绍,除了这些应急监测业务之外,团队工作还包括其他两方面,一个是日常业务化监测,利用全国地面监测站点获取水、雨情和墒情信息,利用卫星遥感技术获取全国范围的遥感影像,进行长时间序列的数据分析,当发现疑似旱情或洪涝时,利用更高分辨率的遥感影像进行重点监测,并做好风险预测评估。

另一个是对“乱占、乱采、乱堆、乱建”问题利用遥感和区块链技术来进行监测排查,第一通过中低分辨率的遥感影像来进行大规模巡查,查看全国哪些河湖存在“四乱”问题,第二应用高分辨率卫星影像或者无人机针对可疑目标进行详查,第三核查锁定的目标是否符合规定;第四复查违规问题是否解决。

十几年辛勤耕耘,硕果累累,其中最突出的成绩是团队创新了水利应急管理模式。过去,水利部门在地震发生后,通常会采取地毯式人工排查的方法,去观察、搜索水利设施是否有损坏。现在利用遥感和GIS技术分析可能受影响的水利工程设备设施及其空间分布,将地毯式人工巡查和自下而上逐级上报的传统应急模式转变为自动分析检查和自上而下主动排查这种新型应急模式,实现了事后应急向事前预警转变、被动接受向主动服务转变,极大地提高了水利应急科学决策水平和效率。

培养人才:

把论文写在祖国大地上

孟令奎办公室的隔壁是一大间机房,稍显空旷。他告诉记者,学生们都分散在外地,有的常驻北京,就在水利部大楼内做一些项目,有的在实地做土壤含水量测量。

这实际上是武汉大学遥感学院与水利部信息中心共同探讨、摸索出的一种新的培养模式——建立产教融合联合培养基地。校内导师引导学术方向,校外导师负责基地日常管理、实践指导、新技术引导。双方发挥各自优势,促进水利信息化技术的科学研究与技术创新,在实践中培养高层次专业人才。

“像刚才我谈到的一些应急监测业务,金沙江和雅鲁藏布江的堰塞湖监测,我的学生们就是在水利部的基地做出来的!”

产教深度融合、科研实践并重可以说是这种培养模式的最大特色。“我经常和我的学生说,不能光写空文章,只有来源于实践的论文才经得起时间的考验。”孟令奎说。也正是因为取之于实践,用之于实际,他们的研发成果实现了零环节转化。

自2005年以来,基地培养了35名博士、100多名硕士,已毕业近120人,多数已成为技术骨干和中坚力量。

孟令奎翻出好多张照片,一一为记者介绍,“这个学生是我们学院第一个在全球权威遥感期刊《环境遥感》上发表论文的博士生;这个同学2015年获得了全国第二届‘工程硕士实习实践优秀成果获得者’称号,全国40个工程领域共评选出89人,她是全国测绘工程领域唯一一位获得者;你看,还有这个硕士,他毕业直接去了中国资源卫星应用中心……”提起自己的学生,孟令奎眉飞色舞、滔滔不绝。

在他的办公室里还挂着一张学生们穿着军装合影的大照片,孟令奎说那是他在2016年组织近30名研究生前往井冈山接受红色革命传统教育,他认为研究生社会责任和奉献精神的培育与熏陶是一项带有根本性、方向性的重要工作。“尤其我们做水利工作,关系国计民生,更需要端正思想和方向。”

“习总书记在全国科技创新大会上说过,广大科技工作者要把论文写在祖国的大地上,我们的研究生培养亦要如此。”

“每一次经历这种应急的防灾减灾工作都加深了他们的家国情怀。”孟令奎说,“做水利相关的工作是功德无量的事情,把这个做好心里面会感觉特别踏实”。

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