鄭學東

(1.長江科學院 空間信息技術應用研究所，武漢 430010; 2.武漢市智慧流域工程技術研究中心，武漢 430010)

1 研究背景

空間信息技術(Spatial Information Technology)是20世紀60年代興起的一門新興技術，并在我國得到迅速發(fā)展?？臻g信息技術的核心包括“3S”技術，即衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感相關專業(yè)技術[1]。目前空間信息技術已不僅僅只包括傳統(tǒng)的“3S”技術，還與物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、區(qū)塊鏈、BIM(建筑信息模型)技術、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術進行有機結合，在防汛抗旱、流域生態(tài)演變、大型水利工程全生命周期管理、水利普查、河湖水庫“清四亂”、智慧流域綜合管理平臺建設、流域規(guī)劃管理等領域得到了廣泛而深入的應用。

“3S”技術包括遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)，是在對地觀測系統(tǒng)中貫穿空間信息數(shù)據(jù)獲取、分析、管理和更新全過程的重要技術。其中，遙感是通過遠程電磁波特性的觀測手段，具有可遠程探測、動態(tài)性、高分辨率和多類型傳感器的優(yōu)勢和特點。早期全球定位系統(tǒng)特指美國國防部研制的一種全天候的，空間基準的導航系統(tǒng)，由空間段、地面段和用戶段三部分組成，該系統(tǒng)已建成了覆蓋全球的衛(wèi)星，廣泛應用于軍事和民用多個領域；隨著無線電空間定位系統(tǒng)相關技術的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)已成為一個廣義定義，包括美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐盟伽利略以及我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)；目前我國自主研發(fā)的北斗定位系統(tǒng)已完成全面組網(wǎng)，并在2020年正式提供全球服務，在國土資源、氣象測報、地震預報、交通運輸?shù)阮I域發(fā)揮著重要的作用，現(xiàn)與三大系統(tǒng)并稱全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)[2]。地理信息系統(tǒng)是一個專門管理、使用地理信息數(shù)據(jù)的計算機軟件平臺，其主要特點是對地理信息數(shù)據(jù)進行分類、分級、分層管理、組合、分析、處理等，以及通過二維、三維形式進行數(shù)據(jù)展示，其優(yōu)點在于可以通過計算機將所獲取的數(shù)據(jù)進行原始映射。這項技術現(xiàn)已在水利行業(yè)各項業(yè)務中廣泛應用。

目前，以物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、區(qū)塊鏈、BIM技術、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的新興技術飛速發(fā)展，正在全球范圍內(nèi)引發(fā)新一輪科技革命。新一代信息技術在水利行業(yè)應用將帶來革命性影響，強有力地推動水利現(xiàn)代化進程。這些新興技術的發(fā)展，提升了基礎數(shù)據(jù)采集、整理、存儲、分析和共享水利多源數(shù)據(jù)和解決復雜問題的能力，并催生了水利行業(yè)發(fā)展新業(yè)態(tài)。

2 空間信息技術水利行業(yè)應用場景

流域綜合管理信息化、智慧化是當今技術發(fā)展的大趨勢?？臻g信息技術和新一代信息技術的廣泛應用，為水利行業(yè)帶來新變革。以云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、5G為代表的新技術新業(yè)態(tài)迅速興起，不斷推動水利行業(yè)發(fā)生深刻變革。

“智慧流域”是“智慧地球”的衍生概念。作為智慧地球的具體體現(xiàn)形式之一，智慧流域是流域信息化發(fā)展的高級階段。在“智慧流域”新理念、新市場、新契機和新需求的強烈沖擊下，空間信息技術以其多尺度、多維度、一站式、高效效應的優(yōu)勢將在“智慧流域”綜合管理中發(fā)揮巨大作用?？臻g信息技術與新一代信息技術融合，構建航天、低空、水面、水下、地面、地下的“空-天-水-地”多平臺、多載體水利數(shù)據(jù)獲取技術體系與框架，集成多智能化傳感器，實現(xiàn)信息技術與防洪除澇減災、防旱抗旱調(diào)度、水資源綜合配置、水環(huán)境保護和生態(tài)修復、水土保持、水利綜合管理等領域深度融合，實現(xiàn)流域信息全面實時感知、海量數(shù)據(jù)信息高效處理和可視化智能分析等，將助推水利行業(yè)新發(fā)展，為后水電時代傳統(tǒng)水利行業(yè)轉(zhuǎn)型升級注入了新動能。

2.1 防汛抗旱減災

我國東部位于東亞季風區(qū)，受獨特地形地貌和氣候條件影響，是世界上受氣象災害影響最為嚴重的國家之一[3]。在眾多氣象災害中，洪澇和干旱是影響面最廣、損失最大的兩大類型災害。

防汛抗旱工作事關百姓生命財政安全，影響著社會經(jīng)濟健康發(fā)展。防汛抗旱部門擁有海量的相關信息數(shù)據(jù)，如雨情、水情、旱情、工情、災情、險情、氣象等實時信息，以及相關的地理基礎數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等。這些海量、多源、異構數(shù)據(jù)分散在不同業(yè)務部門，難以共享和協(xié)同化分析，導致信息資源利用率低，政府和決策部門工作效率低。

目前，空間信息技術和新一代信息技術廣泛應用于防汛抗旱減災的各個方面。同時，隨著智能水網(wǎng)等概念的提出，科研人員運用3S技術結合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等，構建了一系列防汛抗旱指揮系統(tǒng)，我國防汛抗旱減災工作步入互聯(lián)網(wǎng)+時代。

在實際應用中，基于水利部搭建的水利基礎設施云、全國水利“一張圖”、眾源地理數(shù)據(jù)以及遙感數(shù)據(jù)等基礎資源，結合衛(wèi)星通訊網(wǎng)和移動通訊網(wǎng)，構建了“數(shù)字防汛”“數(shù)字抗旱”體系，從決策支持、預案管理、洪水演進、撤離路線規(guī)劃、數(shù)據(jù)調(diào)查、災情上報、現(xiàn)場通訊等方面實現(xiàn)防汛抗旱指揮的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、即時化、互動化[4-6]。同時，在新一代信息技術的支持下，推進數(shù)據(jù)信息感知(物聯(lián)網(wǎng)技術)、數(shù)據(jù)基礎實時更新(大數(shù)據(jù)技術)、數(shù)據(jù)多維分析(數(shù)據(jù)挖掘技術)、決策支持(無人機技術)、情景精細化模擬(三維GIS)、模擬專家預測(人工智能)、水位和旱情智能識別(圖像識別技術)等，可進一步提高防汛抗旱指揮的科學化、智慧化、共享化水平。

2.2 水利工程全生命周期管理

伴隨水利業(yè)務擴展、智慧化體系推進，水利工程建設與管理工作需要不斷自我創(chuàng)新，逐步將自動化、智能化和智慧化的方向發(fā)展[7-8]。

不管在水利工程建設與管理的哪個階段，都會涉及到海量、類型繁雜的數(shù)據(jù)，且隨著工程的推進和運行時間的增長，這些數(shù)據(jù)將呈海量態(tài)勢增長，傳統(tǒng)的報表性管理方式已無法滿足現(xiàn)代化管理需求。區(qū)塊鏈技術的引入將很好地解決這一難題。區(qū)塊鏈是一種去中心化的分布式賬本，數(shù)據(jù)塊一旦經(jīng)過確認上鏈后就很難篡改，且?guī)в袝r間戳，可完整映射數(shù)據(jù)全生命過程，可信任性和安全性很高，其特性與水利工程全生命周期數(shù)據(jù)的管理與存檔需要有較高耦合性。

而云平臺、GIS、物聯(lián)網(wǎng)技術的引入與綜合應用有助于水利工程運管階段中涉及的多源要素采集和更新優(yōu)化，同時集成互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、衛(wèi)星通信等多類型通訊手段傳輸信息資源，全面有效地管理和存儲水利工程各階段的數(shù)據(jù)和信息資源，再利用云計算中心、專家智庫等進行數(shù)據(jù)動態(tài)分析，最終通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者云服務平臺等實現(xiàn)水利工程智慧化運行管理。

2.3 水利工程對生態(tài)環(huán)境影響監(jiān)測與評價

我國在環(huán)境發(fā)展報告中對我國水生態(tài)環(huán)境和水利建設作出了中肯的分析，指出我國的大型水利項目導致了生態(tài)負效應[9]。因此，對水利工程全生命周期過程對生態(tài)環(huán)境的影響監(jiān)測與評估就顯得尤為重要。

全生命周期、全鏈條的水利工程環(huán)境影響監(jiān)測與評估工作對基礎信息的實時性、高效性有一定要求，空間信息技術和新一代信息技術為其提供了基本保障。

在水利工程建成投入運行后，由于大壩對河流的截流和控流，下游水量減少，水體自凈能力降低，易在回水區(qū)、庫灣發(fā)生突發(fā)水污染事件，針對這些區(qū)域應開展長期水質(zhì)監(jiān)測工作。傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測方式通常為點狀監(jiān)測，結果具有一定局限性，而基于遙感技術的水環(huán)境監(jiān)測具有大范圍、實時性強等特點，在快速分析河湖水庫水質(zhì)變化趨勢方面具有獨特優(yōu)勢，同時通過GIS技術，可開展水質(zhì)變化趨勢演變、水污染走向預測等。同樣，空間信息技術也可在岸線淤蝕變化特征分析工作發(fā)揮其優(yōu)勢。

此外，針對水電清潔能源溫室氣體減排效益評估工作中，通過常規(guī)的點狀監(jiān)測手段，無法準確評估大壩建設和水庫反周期蓄水等人類活動向水庫水體輸入碳物質(zhì)對區(qū)域溫室氣體同類時空分布模式產(chǎn)生的影響和擾動。因此，結合空間信息技術和新一代信息技術優(yōu)勢，通過遙感反演、地面觀測和原位實驗構建立體監(jiān)測系統(tǒng)，開展水庫溫室氣體源匯變化研究，從而定量評估碳物質(zhì)輸送數(shù)量與途徑。

2.4 河湖管理工作

河湖管理保護是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及上下游、左右岸、不同行政區(qū)域和行業(yè)。為維護河湖健康生命、保障國家水安全，2016年國家出臺了河長制的相關文件，河長制在全國范圍內(nèi)全面推行。

空間信息技術和新一代信息技術為基于“河(湖)長制”的河湖管理提供了新思路、新方法。多地開展了河長制管理信息平臺建設工作，將河湖管理工作與3S技術、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新時代的信息技術力量相結合，通過天上看、地上查、民眾報等形式，將河湖管理工作由線下制度管理轉(zhuǎn)為線上管理、民眾監(jiān)督的形式，借助平臺消除河湖管理盲區(qū)，打破傳統(tǒng)管護壁壘，實現(xiàn)實時性、共享化、全民參與的河湖管理模式[10-17]。

基于“3S”技術和新一代信息技術的技術優(yōu)勢，全方位為河湖管理業(yè)務提供技術支撐：①基礎信息管理，通過整合已有數(shù)據(jù)資源，匯集流域內(nèi)江河庫基礎地理數(shù)據(jù)、涉河水利工程數(shù)據(jù)、地方河湖長管理制度等，實現(xiàn)對重點河湖庫的信息查詢；②涉河湖工程項目信息管理，基于地理信息平臺和三維建模技術，實現(xiàn)重點區(qū)域涉河工程多維信息協(xié)同管理，及河湖庫岸線、劃界動態(tài)監(jiān)管；③采砂監(jiān)管，集成無人機巡河/湖、遠程視頻監(jiān)控、無線數(shù)據(jù)傳輸、遙感智能識別等技術手段，實現(xiàn)對重點河段、敏感水域的全方位智能監(jiān)視及數(shù)據(jù)傳輸，及時發(fā)現(xiàn)采砂、沿河作業(yè)船只、沿岸堆砂場等；④“清四亂”常態(tài)化監(jiān)管，通過音視頻傳輸、圖像智能識別、網(wǎng)絡輿情爬取等技術，為督查處理方案提供數(shù)據(jù)依據(jù)，提高“四亂”現(xiàn)象監(jiān)管時效性。增強河湖監(jiān)管的針對性、準確性和時效性，有效推動河湖生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善，為強監(jiān)管提供更加現(xiàn)代化、智能化、信息化的技術支撐。

2.5 水土流失動態(tài)監(jiān)測

自20世紀80年代遙感、GIS、圖像識別技術被引入水土流失調(diào)查工作后，通過遙感影像開展水土流失動態(tài)監(jiān)測工作就成為了常態(tài)[18-23]。

融合地面監(jiān)測、無人機監(jiān)測、遙感影像監(jiān)測等手段，通過人機交互方式，水土流失動態(tài)監(jiān)測實現(xiàn)了年度全國范圍全覆蓋，監(jiān)測成果越來越深化、細化，空間信息技術對水土保持工作的支撐作用越來越強，監(jiān)測網(wǎng)絡建設成效持續(xù)發(fā)展。在新一代信息技術的支持下，建成了全國水土保持信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了“一級部署，五級應用”管理模式。該系統(tǒng)包含監(jiān)督管理、綜合治理和監(jiān)測評價三大子系統(tǒng)，保證了“同一張圖”上的水土保持信息資源共享和業(yè)務協(xié)同；建設了基礎地理數(shù)據(jù)庫、監(jiān)督管理數(shù)據(jù)庫、綜合治理數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測評價數(shù)據(jù)庫和遙感監(jiān)管數(shù)據(jù)庫，保證了系統(tǒng)的可持續(xù)性。為全面提升水土保持工作信息化水平，開展水土流失自動化監(jiān)測及信息化管理，水土環(huán)境脆弱地區(qū)土壤評估，水土流失情況預測等工作提供技術支撐[24-26]。

在水利信息化持續(xù)推進大背景下，“3S”、移動通信、智能終端、遙感遙測、人工智能等先進技術手段在水土保持工作中加大應用范圍，實現(xiàn)物理水土保持與數(shù)字水土保持全要素動態(tài)、實時、暢通信息交互和深度融合，大力提升水土保持工作的信息化、數(shù)字化、智能化水平，推進實現(xiàn)水土流失動態(tài)監(jiān)測、綜合治理規(guī)劃、水土流失智能防治、水土保持措施成效智慧評價等，為防治水土流失、促進生態(tài)文明建設提供了強有力的技術支撐。

3 應用研究成果

自2005年起，長江科學院空間信息技術應用研究所(后簡稱長科院空間所)就開始基于GIS、遙感、計算機、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代高新技術，探索水利業(yè)務智慧化管理模式，促進空間信息技術與水利業(yè)務多維融合。經(jīng)過多年的發(fā)展，在智慧流域信息管理與決策支持平臺研發(fā)、空天地一體化監(jiān)測體系構建、流域水旱災害監(jiān)測與應急管理等工作中取得了一系列優(yōu)秀成果。

3.1 “智慧流域”信息管理與決策支持平臺建設

從精細化、流程化、模式化、標準化需求出發(fā)，在智慧水利信息平臺研發(fā)方面開展了多項研究與實踐。通過研究智慧水利綜合業(yè)務管理框架體系，結合基于時間維度的空間信息技術，形成了新一代信息技術下的水利綜合業(yè)務信息化建設思路，建立時間和空間相結合的智慧水利綜合管理系統(tǒng)，對各類現(xiàn)狀數(shù)據(jù)以及成果數(shù)據(jù)進行組織和存儲，從而實現(xiàn)水利業(yè)務管理全過程跟蹤管理，推進了智慧水利關鍵性技術研究進展。

自主研發(fā)的流域綜合管理精細化與智能化管理平臺，水災害應急決策支持平臺，水環(huán)境管理平臺，地災預警平臺、水利大數(shù)據(jù)共享管理平臺等已實際應用于多項水利業(yè)務工作中。相關成果獲得多項省部級科技獎項，并推廣至多個水利業(yè)務管理部門，在水利綜合管理工作中發(fā)揮著重大社會經(jīng)濟效益[27-31]。

典型案例分述如下：

(1)廣州市增城區(qū)水利信息化綜合管理平臺。以現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字流域、云平臺、大數(shù)據(jù)、地理信息工程等技術手段為基礎，研發(fā)了增城區(qū)水利綜合管理平臺。平臺整合增城區(qū)水務局內(nèi)外資源，提升了不同子信息系統(tǒng)利用效率；集成的三維地形展示和實時視頻傳輸功能，實現(xiàn)了跨網(wǎng)絡網(wǎng)頁端在線播放，提高了視頻監(jiān)控管理能力；配備的移動APP，構建了移動端互聯(lián)網(wǎng)+水利信息化的管理模式，有效地提升了日常工作效率、降低了行政管理成本。

(2)長江流域野外觀測數(shù)據(jù)共享平臺。長江流域野外觀測站數(shù)據(jù)共享平臺是新一代野外觀測數(shù)據(jù)共享門戶，平臺致力于消除野外觀測數(shù)據(jù)管理中存在的孤島現(xiàn)象，解決信息不對稱造成的數(shù)據(jù)獲取困難。該平臺系統(tǒng)可提供對長江流域野外觀測數(shù)據(jù)集的目錄發(fā)布、數(shù)據(jù)共享及信息獲取功能，為長江流域及其他水利行業(yè)的數(shù)據(jù)管理提供基礎平臺支撐和數(shù)據(jù)互操作理論支持。

(3)洞庭湖防洪蓄洪系統(tǒng)。首次將激光LiDAR(激光探測及測距)技術引入水利行業(yè)。通過激光LiDAR采集該區(qū)域基礎地理數(shù)據(jù)，結合已有的工程、人口、社會經(jīng)濟、土地利用等數(shù)據(jù)，建立“數(shù)字洞庭湖”示范系統(tǒng)，實現(xiàn)三維場景下的圍垸各類數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析；系統(tǒng)集成洪水演進模型，實現(xiàn)了試點區(qū)域分洪淹沒風險分析，災情評估和制定災民撤退方案制定，為洞庭湖防洪蓄洪提供可視化決策支持。

(4)水利工程建管系統(tǒng)。利用遙感、計算機網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術，為鄂北水資源配置工程建設與管理局構建了項目建設管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以水利工程建設管理相關規(guī)程規(guī)范為基礎，基于Web的水利工程建設全過程管理標準信息庫，類似成果成功運用到云南省阿崗水庫工程建設管理信息系統(tǒng)建設工作中。

3.2 空天地一體化監(jiān)測

“空天地一體化”監(jiān)測是融合衛(wèi)星遙感技術、無人機技術、人工作業(yè)、信息平臺等多元監(jiān)測、信息整合手段的“立體監(jiān)測”系統(tǒng)。

長科院空間所綜合運用衛(wèi)星遙感、無人機、無人船、機載/車載LiDAR等新技術構建“空天地水”立體感知體系。深入研究了時空連續(xù)多元信息獲取途徑分析、時空連續(xù)多元信息傳輸體系、數(shù)據(jù)組織索引模型、數(shù)據(jù)分析應用與軟件平臺研發(fā)、無人機傾斜攝影及三維建模、移動式水質(zhì)多參數(shù)傳感器監(jiān)測設備等內(nèi)容，提出了消費級無人機傾斜攝影及三維建模技術，自主研發(fā)了全要素水文監(jiān)測智能無人船裝備與技術，針對水土流失的遙感動態(tài)監(jiān)測方法，以及水庫水體溫室氣體源匯變化監(jiān)測方法等，形成了從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)生產(chǎn)、信息系統(tǒng)、模型計算到結果評估的完整解決方案。在三江源區(qū)生態(tài)環(huán)境調(diào)查、小流域山洪災害調(diào)查、水土保持監(jiān)測、移民實物指標調(diào)查、水庫遙感執(zhí)法與監(jiān)測、河湖庫岸線巡查、大比例尺地形圖測繪、水利設施三維建模、水資源調(diào)查、河湖庫水質(zhì)遙感監(jiān)測、水土流失動態(tài)監(jiān)測、水庫溫室氣體源匯變化監(jiān)測等領域均取得了很好的應用效果[19,23,32-41]。

典型案例分述如下：

(1)衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)測水政執(zhí)法。綜合應用衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)和GPS測量技術等開展水政執(zhí)法遙感動態(tài)監(jiān)測試點工作，同步研發(fā)了“長江流域衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”平臺。建立了新型水政監(jiān)察工作模式，推動水行政執(zhí)法業(yè)務工作的現(xiàn)代化、網(wǎng)絡化、自動化等方面進行了有益的探索，對推進依法治水，對加快流域水資源嚴格管理及加大水行政執(zhí)法能力等方面具有非常重大的意義。

(2)湖庫溫室氣體立體監(jiān)測。聚焦湖庫溫室氣體源匯變化重大問題開展了一系列的科學研究，開展了湖庫溫室氣體觀測工作，積累了大量寶貴的原位觀測資料，建立了基于衛(wèi)星遙感與室內(nèi)試驗相結合湖庫溫室氣體立體監(jiān)測體系。在三峽水庫溫室氣體源匯通量變化分析、清江流域梯級水庫溫室氣體源匯變化機理與高原河流湖泊碳物質(zhì)輸送遷移轉(zhuǎn)化機制等方面取得了豐碩成果，為厘清以三峽水庫為代表的長江流域梯級水庫溫室氣體源匯變化基本規(guī)律、水電清潔能源可持續(xù)發(fā)展、高原河湖氣候變化響應機制等方面提供了支撐。

(3)水環(huán)境立體監(jiān)測研究及應用?；谶b感技術，在巢湖、武漢東湖、丹江口水庫、漢江中下游重點河段和可可西里區(qū)域高原湖泊群開展了水環(huán)境立體監(jiān)測工作及湖泊面積變化遙感監(jiān)測工作，評估了大型湖泊水環(huán)境、重點水庫、河流水質(zhì)狀況，湖泊、河流岸線變化情況，為及時了解湖泊、水庫水體污染狀況，岸線變化趨勢，為預防和控制水體富營養(yǎng)化的發(fā)生和發(fā)展提供必要依據(jù)，為河湖庫岸線整治工作做輔助支撐，為無資料高原區(qū)域采集了寶貴的基礎資料。

3.3 流域水旱災害監(jiān)測與應急管理

空間信息技術對于重大自然災害的監(jiān)測與評估具有特殊的優(yōu)勢和潛力，尤其是對水旱災害監(jiān)測評估與應急管理。長科院空間所運用數(shù)值模擬、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、機器視覺等技術，開展流域水旱災害監(jiān)測與應急管理相關技術研究。形成了洪水快速模擬技術，有效解決了基于TB級海量地形數(shù)據(jù)洪水演進快速計算問題；提出了GIS支持下的一二維耦合水污染擴散模擬方法與技術，實現(xiàn)了復雜水系下的水污染擴散精細化仿真；提出了云GIS環(huán)境下數(shù)學模型調(diào)用與共享服務方法，實現(xiàn)了數(shù)學模型在GIS框架下的數(shù)據(jù)存儲、物理實現(xiàn)和消息通信，解決了異構環(huán)境下的模型共享與服務技術難題；提出了適宜于長江流域的多源遙感干旱監(jiān)測與評估技術體系，為流域中尺度的防汛抗旱工作提供了精確及時的數(shù)據(jù)資料和決策支持依據(jù)[42-48]。

典型案例分述如下：

(1)流域干旱監(jiān)測與評估?；陂L江流域水資源循環(huán)特點，構建了長江流域干旱過程動態(tài)遙感監(jiān)測預警評估體系，為流域中尺度的防汛抗旱工作提供了精確及時的數(shù)據(jù)資料和決策支持依據(jù)。為南方濕潤地區(qū)復雜下墊面環(huán)境下的水利抗旱減災工作提供有效技術保障。實現(xiàn)從被動抗旱向主動防旱的轉(zhuǎn)變，為區(qū)域防旱抗旱能力的提升提供了科技支撐，可極大降低干旱災害造成的工農(nóng)業(yè)損失。

(2)洪水演進快速精細化模擬?；诰毘叨鹊暮樗榫胺治隼碚撆c方法，引入突變理論，以解決洪水風險影響指標不確定性問題，實現(xiàn)基于精細尺度的洪水風險等級區(qū)劃。建立了一套基于情景分析和突變理論的蓄滯洪區(qū)洪水風險評估模型，為洪水風險的精細化、定量化評估提供技術支撐。

4 總結與展望

空間信息技術和新一代信息技術的發(fā)展快速推進水利現(xiàn)代化目標實現(xiàn)。精細化、智能化是當今水利行業(yè)發(fā)展的大趨勢，結合新時代水利高質(zhì)量發(fā)展要求，在提高流域智慧化、智能化管理，大型水利工程全生命周期、全鏈條精細化管理，維護河湖庫健康生態(tài)、水旱災害立體監(jiān)測、評估與精準預測，水旱災害應急響應與決策支持等方面開展系統(tǒng)的、多維的科學研究，整體提升水利科研水平，力求推進后水電時代傳統(tǒng)水利行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。今后應大力開展如下方面工作：

(1)開展水利全要素五維感知研究。結合大力推進水利信息化基礎建設大背景，深入開展“天-空-地-網(wǎng)-人”五維立體感知體系構建、水利感知網(wǎng)總體邏輯架構與體系研究。開展水利專用衛(wèi)星研制及組網(wǎng)，地面監(jiān)測站組網(wǎng)互聯(lián)、信息傳輸，互聯(lián)網(wǎng)資源信息深度爬取收集、智能辨析，開展異構環(huán)境下的數(shù)據(jù)同化分析、模型構建等關鍵技術研究工作，構建衛(wèi)星遙感、航空遙感、地面監(jiān)測、互聯(lián)網(wǎng)采集、人工智能/模型模擬的立體監(jiān)測體系，擴大江河湖庫全要素感知范圍，構建數(shù)據(jù)匯集、服務與共享平臺，提升感知智能水平，從而實現(xiàn)實時、連續(xù)、宏觀精準的水利整體態(tài)勢及多角度、多維度局部狀態(tài)的準確認知和管理。

(2)提高水利大數(shù)據(jù)綜合利用率。水利大數(shù)據(jù)是智慧水利建設的基礎，數(shù)據(jù)獲取、存儲、傳輸、分析及利用管理能力是提高水利大數(shù)據(jù)綜合利用率的關鍵。在新一代傳感網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、5G傳輸?shù)燃夹g支持下，同時結合信息化基礎設施建設工作，開展多元水利數(shù)據(jù)感知、匯集、處理分析、融合管理等關鍵技術研究。優(yōu)化水利大數(shù)據(jù)采集方式和分析能力，深度挖掘水利數(shù)據(jù)之間的潛在關系；加強區(qū)塊鏈技術在水利大數(shù)據(jù)管理中應用，解決水利行業(yè)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)冗余和信息孤島問題，優(yōu)化水利大數(shù)據(jù)管理模式；結合實際業(yè)務需求，建立不同業(yè)務場景的水利數(shù)據(jù)知識圖譜，細化水利數(shù)據(jù)解讀方法；建設水利大數(shù)據(jù)服務平臺，以水利一張圖為基礎、為窗口，整合分布水利數(shù)據(jù)資源，通過互聯(lián)網(wǎng)技術、平臺等為水利業(yè)務需求提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)；研制覆蓋水利大數(shù)據(jù)全生命周期的標準化體系和安全體系，保證數(shù)據(jù)的持續(xù)生命力和全鏈條安全性。

(3)加大人工智能與水利業(yè)務深度融合研究。目前在人工智能降雨預報、洪水預報預警等方面得到了應用，并具有很好的應用前景。拓展人工智能在水利業(yè)務中的應用深度與廣度，開展基于人工智能AI的水利大數(shù)據(jù)挖掘、信息融合、數(shù)字孿生、模擬分析和AI深度學習等關鍵技術研究，構建水利全要素透徹感知與全網(wǎng)互聯(lián)體系，完善水利專家?guī)?、業(yè)務模型池，建設水利業(yè)務深度學習方法庫、算法庫、機器認知庫、知識圖譜庫共享平臺，面向江河調(diào)度、政府監(jiān)管、工程運行保障、綜合決策和公共服務等水利業(yè)務全方位應用需求，建立融合高效、智能分析、主動服務的智能化應用。