卫星探漏助力供水管网漏损管控
2019-9-17 广州
北京某著名企业 总经理 沈 涛
201某省市供水排水管网智慧运维研讨会暨展览会
目录
1、卫星遥感技术概述
2、卫星探漏服务的背景及概述
3、示范项目概述
- 2 -
ALOS-2雷达卫星2014年5月24日升空，设
计寿命至2021年，L波段（1米、3米单极化、
6米4极化、10米双极化、100米）
重访：14天
轨道高度：628公里（赤道上空）
工作频率： Ghz
卫星重量：吨
卫星尺寸： x x
1、卫星遥感技术概述
2、定位卫星（GPS、北斗） 3、对地观测卫星（遥感）
三大类卫星：
1、通讯卫星
对地观测卫星拍摄模拟视频
© JAXA
利用雷达卫星影像探测地下水系
时相：2003/4/2
利用雷达卫星检测出沙下水系
图3
• 研究区域为跨越利比亚、突尼斯、阿尔及利亚3
个国家的大型克拉通内陆盆地。
• 图1影像为突尼斯境内东部国境线沙漠区 的陆
地卫星影像，图2为同一地区陆地卫星放大 影
像，图3为L波段ALOS-1雷达卫星影像。对比结
果。在雷达卫星影像中可判明、从中部到右端穿
过沙漠存在两条较大地下水系。
陆地卫星影像（放大）
图2
解析
ALOS-1雷达卫星数据特征
• 微波具有穿透土壤、砂、岩石等的特征，ALOS-1
（PALSAR）的L波段具有更强的穿透力。
陆地卫星影像（红框右测）
时相：2007/10/21
图1
- 4 -
制作洪水泛滥图制作湿地分类
湿地分类、洪水泛滥图
利用2008-2009年的ALOS-1雷达卫星观测
流域频繁发生洪水。开放水域（淡绿-深蓝）和
淹没植被的洪水区域（浅黑褐色）
利用多源卫星影像结合植被生态图并配合地形
图和洪水多发地图，制作湿地分类图
- 5 -
地震的断裂带监测分析 城市的地面沉降监测 裁定石油管道燃爆的原因
水坝的形变检测 山区的滑坡预警监测
雷达遥感技术在部分相关领域的应用概述
6
- 7 -
长波段雷达卫星（ALOS-2）的穿透性示意
ALOS-2雷达卫星可清晰的识
别出大树下面的角反射器
在几棵大树下放置角反射器（金属构架）
2、卫星探漏服务的背景及概述
传统的探漏技术主要使用听漏杆、相关仪等地面检测技术，探漏人员沿着自来水管线使用听漏
设备检测是否有漏水。这种检测方法要遍历所有的管线，费时费力。随着自来水管线的逐渐老化，
新的漏点出现速度与人工测漏修复速度呈现胶着状态，检测效率一直很难大幅改善。
- 8 -
单位：万立方米 2013 2014 2015 2016 2017
供水总量（A） 124437
售水量（B）
免费供水量
漏损水量（C） 21100
据北京水务局公开的“2017北京水务统计年鉴 ”可知，2017某省市供水总量为万立方米，漏
损水量为21100万立方米。按照住建部“城镇供水管网漏损控制及评定标准 ”计算某省市城镇公共供水管网漏
损率为%，中心城区城镇公共供水管网漏损率约为%某省市的供水管网漏损率低于全国平均水平。
每年亿吨自来水的浪费量，按照2017某省市自来水生产成本4元/吨计算2017年北京
损失亿元。 为了降低漏损率，采用新的手段改善探漏已经迫在眉睫。
中国漏损率现状
漏损率：据专业机构E20环境平台发布的数据，某省市供水管网漏损率达%，远远超过国际10%以下数值，
全年漏水量超过100亿立方米，
- 9 -
卫星普查与实地核查的结合
- 10 -
小范围
传统方法
普查：大范围的粗略掌握
卫星观测影像
核查：小范围的现场确认
优先核查已缩小的疑似范围
缩小疑似漏水的检测范围
大范围
本服务
卫星
卫星普查后的结果
每个疑似漏水点的位置报告 所有疑似漏水点的位置示意
- 11 -
传统的声学调查就像盲人摸象！
某省市几千公里的管网中 ，一步一步的探索。
采用卫星技术调查就某省市拍X片！
某省市几千公里的管网中快速找出疑似漏水点。
卫星探漏解决的问题
- 12 -
卫星探漏解决的问题
传统的声学调查 卫星引导下的声学调查
卫星探漏与传统方式的比较（国外）：
漏水检测
每人每天查的漏水
点数量
漏水检测
每个漏水点需要
每人走的公里数
季度
每月、每季度、每年
1个漏水点
<
漏水/人天
调查 时间
跨度
>
漏水/人天
公里
每人
3公里
每人
1个漏水点
1-4年
- 13 -
◇传统的音频检测手法：
测漏人员基本上是盲采，在管网上步行探漏，检测效率低下。
某省市的管网总长9000公里以上，
检测效率： 往年约50名测漏员共检测约1500个漏水点
（部分区域每年只能巡检1遍）
◇采用雷达卫星探漏：
测漏人员只需在卫星探测指定范围内探漏。
卫星1次过境拍摄后，经算法解译，可制作出每个疑似
漏水点POI报告，如右图。 测漏人员只需在每个POI的
100-200米半径范围内核查即可，
据国外统计1次（1景影像）最高可检出3000个漏点。
卫星重访14天，可每月检测1次，1年可检测12次。
卫星探漏解决的问题
- 14 -
漏水检测整体流程
客
户
卫星探漏的流程说明
卫星图像采集和分析 漏水点的报告 实地核查 标注及施
工
辐射校正
过滤建筑物及其他人造物
体的反弹、植被水文等
Web地图展示漏点
在手机和电子地图上显
示漏点位置（地址）
算法分析
先进的算法分析地下饮
用水的光谱“特征”
卫星图像采集
获取该地区的原
始卫星图像
卫星检测暗漏的服务流程
- 15 -
42 31
- 16 -
- 16 -
ALOS-2在当地拍摄时间带： 升轨深夜0点，降轨中午12点。
通过分析ALOS-2全极化或双极化图像的每个像素的介电
常数来寻找“含水量 ”，如图1。
各种介质的介电常数表如右表。其中饮用水的介电常数
为两位数（水的介电常数取决于水的盐度），其他都是
个位数。
卫星探漏的机理
真空 （作为参照标准值）
金属 无穷
气体 （在一个大气压下）
水 （0 °C） 到（100 °C）
己烷 （20 °C）
环己烷 （20 °C）
苯 （20 °C）
烃类润滑油 到（室温）
油类 介电常数
烃类
PAO
PAG
多元醇酯PAG
二酯
磷酸酯
图1.
光滑地表 粗糙地表
地表的粗糙度（记录的波长）控制散射图案
介质的介电常数（含水量）决定了反向散射的强度
ALOS-2雷达卫星的穿透性极强，可穿透云层和植被，获取土壤信息。
介质2比介质1更湿润
更湿润的介质
（1）采用雷达遥感卫星在2018某省市城区开展了自来水管道泄漏的检测示范工作。
（2）采用2期雷达卫星影像的数据分辨率为10米，每期为双极化。
雷达卫星：ALOS-2
卫星特点：不受天气影像，可穿透植被及硬质地表，获取土壤的含水量信息
*根据卫星拍摄状况，可选择使用6米全极化数据或10米双极化数据。
（3）在分析了这2期卫星影像并解译土壤中的介电常数后，找出了95处疑似漏水范围。
客户将95处疑似漏水点与管线GIS套合，制作以这些中心点为圆心、200米半径圆圈内的管网
核查图，核查人员依照此图进行了实地核查。
3、示范项目概述
- 17 -
景编号 分辨率 升/降轨 拍摄方
向
极化方式
ALOS222719
0790-180807 10M 升轨 右视 VV+VH
ALOS222926
0790-180821 10M 升轨 右视 HH+HV
ALOS-2雷达卫星数据的说明
2景卫星影像的覆盖图如右图
2景完全重叠在一起。
2景卫星影像的参数如下：
10米分辨率的每景影像面积为70公里 X 70公里。
此次对象范围只占1景影像的1/4。
- 18 -
示范区内的疑似漏水POI分布图：95个
- 19 -
1、卫星探漏及核查结果：
卫星探漏报告95个POI，经现场核查，有漏61个POI，安静34个POI，正确率64%，共检出128个漏水点。
2、卫星探漏节约水分析：
该市管网总长度9000公里，2017年漏水浪费亿吨，按照国际标准平均每4公里有1个漏水点计算
【 20-35 failures / 100 Km / year (MacKellar 2006) 某省市约有2200个漏水点，可算出每个漏水点平均浪费水
万吨，
此次查出的128个漏水点共节约1216万吨，按4元/吨的生产水的成本计算，1年可节约 4,864万元。
3、时间效率：
卫星2次过境拍摄花费2周（14天重访），数据分析约2周 → 1个月内提交报告
95个POI范围，核查用时约21个工作日，查出128个漏水 → 1个月内现场核查
2个月内可完成卫星探漏的全流程，大大提高探漏的时间效率。
→ 如果按照传统查漏的话，这128个漏点将会在1年内找到，大约会持续约10个月的漏水。
卫星探漏可在1-2个月内找到漏点，可某省市自来水的浪费。
若采用6米分辨率雷达卫星影像，可缩短疑似漏水点半径为100米，使得核查时间从1个月缩短到1周。
示范项目实施总结
- 20 -
核查出的1个漏点的现场视频
- 21 -
POI – 1 发现1处漏水（经核实为暗漏）
当场用相关仪检测出漏水点的位置
POI –2 发现3处漏水
- 23 -
POI –3 发现漏水（经核实为暗漏）
当场用相关仪检测出漏水点的位置
78
POI –4 发现2处漏水（经核实确定是漏水）
- 25 -
POI –5 发现2处漏水（经核实确定是漏水）
听漏很辛苦发现漏水
POI – 5 （核实为2个漏点）
黄色圈为200米半径
1、卫星探漏的优势
（1）大范围、短时间、快速找漏。
（2）缩小探漏的范围，方便听漏。
（3）可找到很难听漏的初始小漏，早期识别漏水点。
（4）不受天气、管材、地质环境的影响（雨季、PE管材、柏油、5米深度均可探漏）。
（5）卫星重访拍摄14天。卫星探漏可做到每个月拍摄一次并出一个探漏报告，可实现快速的找出漏水点，可显著 地降
低漏损率。
2、卫星探漏能找出漏水点，但不能1次拍摄就找出全部的漏水点
由于雷达卫星的拍摄有一定的角度，地面上的遮挡物（如汽车、堆放物）会影响卫星对漏水点信息的获取，1次卫星拍摄
只能找出部分的漏水点。如果多次拍摄（如每1-3个月拍摄1次），则可获取更多的地面信息，从而可提升漏水点的捡漏准
确度和漏水点数量。
3、卫星探漏能提高探漏的效率，但不能替代传统的探漏
误区：希望卫星探漏能够把疑似漏水点的范围精准到一个点、或一个井盖！
说明： 由于卫星分辨率精度的限制，在现有技术条件下，卫星探漏只能提供疑似漏水点
的范围，如100米半径范围内，或者几条线路，无法精准到一个点（如3米范围内）。
今后随着太空科技的不断发展，雷达卫星的精度会提升，卫星探漏的范围会不断缩小。
目前国外在利用管线信息辅助解译时，卫星探漏范围可准确到50米半径范围以内。
总 结
- 28 -
5、卫星探漏可保证管网的性
管网资料属于数据，主管部门的，不得交给涉密单位以外的单位和人员。
但由于传统听漏监测的需要，不得已把涉密资料提交给探漏单位的现象时有发生，虽然签署协议，但失密问题依然严 重，
给水司等涉密单位带来极大的安全隐患。
卫星探漏不需要管网资料，卫星拍摄一次就可以找出疑似漏水点，并将疑似漏水点信息交给水司或测漏单位，不涉
及管网资料的性，为水司提供了安全保障。
4、卫星探漏的合法性
卫星探漏需要调用国外的雷达卫星对中国境内进行拍摄，因此，卫星探漏服务公司要具备对卫星数据的拍摄和分发
资格。
卫星探漏处理后的疑似漏水点POI需要以经纬度的形式提供给现场核查单位，因此，卫星探漏服务公司要具备测绘资
质。
总结
- 29 -
北京某著名企业 总经理
地址某省市朝阳区阜通东大街望京SOHO中
心T2-A座-1803室
沈 涛
清华大学
中科院空天信息研究院
中国遥感应用协会
中国地理信息产业协会
琉球大学
计算机学士
遥感硕士
理事
常务理事
客座研究员
