2026年全国水利工作会议上，水利部部长李国英发布重要讲话，针对“十五五”目标实施，提到继续完善“天空地水工”一体化监测感知系统，同时针对2026年水利重点工作，要系统谋划推进数字孪生水利体系建设，构建“天空地水工”一体化监测感知系统，加快构建水利遥感卫星应用。

　　其实早在2024年7月，水利部就印发了《数字孪生水利“天空地水工”一体化监测感知夯基提能行动方案（2024—2026年）》，其目的是要加快布设数字孪生水利一体化监测感知网，把水利对象全要素和治理管理过程进行智能化的监测感知，提供有力的算据保障，支撑构建具有“四预”功能的数字孪生水利体系。

　　接下来，我们将不定期用系列文章来分析方案中的“天空地水工”，以及各项技术的特征、场景，希望能够为大家的业务管理工作带去启发。

首先，解释一下什么是“天空地水工”。

　　数字孪生水利“天空地水工”一体化监测感知网，是应用多种监测技术装备方法，在时空、范围、精度、频次等方面协同融合，实现水利对象全要素和治理管理全过程智能监测感知的网络。

　　用白话文解释，“天空地水工”就是一个用天上、空中、地面和水下多种设备联合监测的智能网络，能够全面、实时、精准地感知水利对象所有要素和管理全过程。

今天，我们来聊聊“天空地水工”里的—“天”。

　　“天”，主要是利用光学遥感卫星、SAR（合成孔径雷达）卫星、重力卫星、气象卫星、北斗等技术装备，实现对流域下垫面、河湖水体、洪涝灾害、工程面貌等大尺度、全局性的监测感知。

　　1、遥感卫星

　　遥感卫星是搭载各类传感器（如光学相机、红外探测器、高光谱仪等），从地球轨道上对地表、大气或海洋进行非接触观测的人造地球卫星。它的原理是利用可见光、近红外、短波红外等电磁波段，被动的接收地表反射的太阳辐射，形成图像。

　　遥感卫星的技术特点如下：

　　（1）依赖光照条件，被动观测为主，只能在白天、晴天成像，容易受到云、雾、霾等天气的影响。

　　（2）具备多光谱与高光谱能力，既能快速区分水体、植被、土壤等大类地物（多光谱），又能深入分析具体物质成分，比如识别有毒藻类或污染物（高光谱），相当于既是“广角眼”，又是“显微镜”。

　　（3）高空间分辨率，高空间分辨率是指在卫星图像中，一个像素代表地面上多大的实际面积。它把可见光范围内所有光合在一起，形成一个灰度图像，可以输出分辨率极高的图像。空间分辨率越高，图像就越清晰，细节也就越丰富。在水利、城市规划、应急救灾等领域，这种能力常用于细节识别，适合堤防裂缝、桥梁结构等工程监测，是科学决策的关键基础。

　　（4）重访周期短，通过星座组网，可实现每日多次观测，让监测更及时、更高效。尤其在应对突发灾害时，时间就是信息，信息就是决策力！

　　遥感卫星是水利现代化的“天眼”，通过高频、广域、客观、定量的观测能力，为水资源管理、农业保障、灾害防控、生态保护和智慧水利等场景提供了不可替代的数据基石。相信随着“水利遥感卫星应用星座”建设推进，遥感技术将在保障国家水安全中发挥越来核心的作用。

　　2、SAR（合成孔径雷达）

　　SAR卫星是指搭载了合成孔径雷达的遥感卫星。它会主动向地面发射微波信号，然后接收地表反射回波，通过复杂计算生成高分辨率图像，就像给地球做“CT扫描”。

　　SAR卫星的技术特点：

　　（1）主动成像、全天候观测。SAR卫星自己可以发射微波（波长约1cm~1m），白天黑夜都可以工作，彻底摆脱光学卫星“只能白天拍”的限制。同时，微波可以穿透云层、雨雾、烟尘甚至部分植被，这样在台风、暴雨、沙尘暴等恶劣天气下，依然能获取清晰影像，尤其适合灾害应急。

　　（2）对地表形变极其敏感。SAR卫星利用InSAR技术，通过比较两次或多次SAR图像的相位差，可以反演地表毫米级的沉降或抬升，可广泛应用于监测大坝、滑坡、地面沉降等业务。

　　（3）对水体响应强烈。自然界平静的水面就像镜子，会把微波镜面反射走，因此在SAR卫星看来，捕捉的水面图像呈纯黑色，在洪水灾区进行识别，就能够快速识别并明显区分哪些是淹没区，哪些是未淹没区，洪水识别精度极高。

　　（4）不同波段有不同穿透能力。常见的SAR波段包括X波段、C波段、L波段、P波段，这些波段的波长范围和频率范围都不一样，有的穿透力强但分辨率不高、有的分辨率高但穿透性弱，因此需要按需选择使用：

　　想要最高清图像（看清小船、裂缝），推荐选择X波段；

　　监测大范围洪水（平原、城市），推荐C波段；

　　森林、农田、冻土区监测，推荐L波段；

　　暴雨期间应急成像，推荐C或L波段；

　　长期形变监测（减少植被干扰），推荐L波段更稳定。

　　SAR卫星特别擅长在各种复杂环境下“看”地面变化，典型应用场景包括：

　　实时监测洪水淹没范围，尤其是在阴雨连绵、光学卫星“看不见”的时候；

　　监测大坝、堤防和滑坡体的微小形变，提前预警风险；

　　跟踪冰凌、海冰和冻土的变化，服务极地或高寒地区管理；

　　反演地震、火山等突发地质灾害造成的地表形变场，帮助灾后评估；

　　识别非法采砂、河道侵占等人为活动，守护河湖生态安全。

　　3、重力卫星

　　重力卫星是一种专门用于高精度测量地球重力场及其时间变化的人造地球卫星。它不拍摄图像，也不依赖电磁波反射，而是通过感知地球引力的微小变化，来反演地表以下“看不见的质量迁移”。地球上哪里水多，哪里重力就略强（如地下水蓄积、冰川增厚）；哪里水少，重力就略弱（如干旱、地下水超采），就像一个“太空秤”，能称出地球上某块区域“变重了还是变轻了”。

　　重力卫星的技术特点具体如下：

　　（1）间接测量水储量变化，通过重力反推总质量变化，能感知质量的迁移。

　　（2）空间分辨率较低，约150~300公里，相当于一个地级市范围。

　　（3）对大尺度水文过程敏感，重力卫星能监测地下水、土壤水、雪水、湖泊水库、冰川等总陆地水储量变化，对水循环高度敏感。

　　重力卫星为水利行业提供了宏观、客观且连续的“水账本”，在区域地下水超采评估、流域水储量趋势分析、干旱监测、水资源压力评估、极地冰盖质量平衡研究、海洋质量变化、洋流长期演变等方面具备典型的应用价值，为国家水安全提供不可替代的“天基标尺”。

　　4、气象卫星

　　气象卫星，又称高悬太空的自动化高级气象站，是从太空对地球大气、地表和海洋进行连续、动态、大范围观测的人造卫星，它是现代气象业务的“天基眼睛”，也是全球天气预报、气候监测和灾害预警的核心数据来源，24小时不间断的盯着地球：看云怎么走、看雨下在哪、也看台风往哪里跑。

　　气象卫星的技术特点具体如下：

　　（1）高频次观测，可实现每5~15分钟成像一次，实现对强对流、龙卷等快速演变天气的紧密跟踪。

　　（2）覆盖范围广，一颗静止星即可覆盖整个亚太，无死角监测跨境流域，并且可以进行台风全生命周期的追踪。同时气象卫星对高原、荒漠、海洋等无资料区有效覆盖，实现区域级的协同与应急联动，提升区域水安全管理效率。

　　（3）多通道探测，气象卫星可搭载可见光、红外、水汽、微波等多种传感器，典型的静止卫星有14个光谱通道，覆盖：

　　可见光（0.47μm），可以看云的结构；

　　近红外（0.87μm），能够识别雾、雪；

　　红外窗区（10.8μm）， 测云顶/地表温度；

　　水汽通道（6.7μm），追踪高空湿气输送；

　　闪电成像仪，实时捕捉雷暴活动。

　　（4）定量降水估计，气象卫星不仅能拍云图，还能反演降水率、大气温湿廓线（垂直分布）、地表温度、海表温度、气溶胶和臭氧浓度等。

　　气象卫星的典型场景，主要应用于台风路径与强度的监测，强对流、暴雨、暴雪等极端天气预警，支撑洪水预报的流域面雨量估算，用于干旱监测的地表温度、蒸散发反演，以及冰雪覆盖与融雪径流预测。同时，气象卫星在水利全链条中发挥不可替代作用，它是水利行业的“天气哨兵”和“水循环引擎”，不仅告诉你雨下在哪，还驱动着洪水预报、抗旱调度、工程安全的每一项关键决策，是智慧水利不可或缺的“天基基石”。

　　5、北斗卫星

　　北斗卫星导航系统，简称北斗，是我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统（GNSS），与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟Galileo并列为全球四大卫星导航系统。它就像一个覆盖全球的“太空灯塔网络”，通过接收多颗卫星信号，手机、车辆、水文站等设备就能知道自己在哪、朝哪走、现在几点，精度可达厘米级别。

　　北斗卫星的技术特点如下：

　　（1）高精度定位能力，北斗卫星开放的服务里，全球水平定位精度优于5米，亚太地区优于2.5米。在增强的服务里，实时动态定位可达厘米级别（1~3cm），精密单点定位可达分米级，无需基准站。水利工程变形监测、无人机巡河均等依赖此能力。

　　（2）独有的短报文通信功能，北斗GEO和IGSO卫星支持双向短报文通信！用户终端可在无手机信号、无互联网区域，直接通过卫星发送文字信息（如位置、水位、告警），单次可发560比特（约30~70个汉字），北斗三号升级后支持语音、图片传输。

　　（3）高精度授时，精度优于10纳秒，支撑电力、金融、通信、水利自动化系统的时间同步。

　　（4）广覆盖、高可用，北斗采用三频信号（B1/B2/B3），比GPS双频更抗电离层干扰，尤其在中国及周边地区性能优于GPS，能够提供系统完好性信息，确保高安全场景的可用性（如大坝监测）。

　　北斗卫星的典型应用场景包括：交通、农业、应急救灾、公共安全、大众应用、水利水务等。在智慧水利体系中，北斗已成为智慧水利“天空地一体化”感知体系中的关键一环。

　　北斗卫星不仅是“定位工具”，更是水利行业的“通信生命线”和“安全守护者”，它让每一条河流、每一座水库、每一位巡河员，在无网之地也能被看见、被连接、被保护。

最后，概括一下这五类卫星：

　　光学遥感卫星，看得清地表水体与变化，利用其高分辨率监测河湖水域、洪涝淹没、水华藻类，支撑日常监管与生态评估。

　　SAR卫星，全天候透视灾害与形变，即使在暴雨黑夜中也能精准提取洪水范围，实现毫米级监测，保障大坝、堤防等工程安全。

　　重力卫星，可以反演流域地下水、土壤水等总水储量的变化，评估干旱、超采与水资源的长期趋势。

　　气象卫星，可以高频次提供面雨量、台风路径、冰雪覆盖等信息，是洪水预报、抗旱调度的核心输入。

　　北斗卫星，无网也能定位通信，通过短报文回传偏远地区的水文数据，实现厘米级定位，支撑工程形变监测，保障应急人员安全联络。

　　五星闪耀与协同，共筑智慧水利天基感知网！咨询热线：13306023759

　　“天空地水工”一体化监测感知网——“天”

　　“天空地水工”一体化监测感知网—“空”之一

　　“天空地水工”一体化监测感知网—“空”之二

　　“天空地水工”一体化监测感知网—“空”之三