山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司 喬 鵬

綜合運(yùn)用時(shí)空信息技術(shù)賦能智慧水利建設(shè)，助力水利行業(yè)實(shí)現(xiàn)水體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、非法采砂實(shí)時(shí)監(jiān)管、水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、大壩安全位移監(jiān)管等多樣的水利行業(yè)綜合應(yīng)用，以先進(jìn)理念助力水利發(fā)展及水利行業(yè)的信息化。

近年來(lái)，我國(guó)時(shí)空信息技術(shù)發(fā)展迅猛，衛(wèi)星遙感技術(shù)在對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)獲取的能力、數(shù)量和覆蓋面上也取得了跨越式發(fā)展，北斗和高分系列為代表的國(guó)家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施取得長(zhǎng)足進(jìn)步。2020年7月31日，習(xí)近平總書記宣布北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通，標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開始面向全世界提供服務(wù)。“北斗+高分”融合發(fā)展逐漸成為業(yè)界共識(shí)，并在諸多行業(yè)開始落地應(yīng)用。

自新中國(guó)成立以來(lái)，國(guó)家大力建設(shè)水利基礎(chǔ)設(shè)施，我國(guó)水利設(shè)施迅速形成了一定的規(guī)模，經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)我國(guó)建成了覆蓋農(nóng)田灌溉、供水、防汛等的完善體系。為認(rèn)真貫徹黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于水利工作的決策部署，立足防大汛、抗大旱、搶大險(xiǎn)、救大災(zāi)，抓好隱患排查，加強(qiáng)應(yīng)急保障，提升水寒災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)救援能力，依托自主可控的北斗技術(shù)輔之以各類遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)水利行業(yè)將在技術(shù)和管理層面起到重要的作用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)綜合應(yīng)用云計(jì)算、區(qū)塊鏈、衛(wèi)星導(dǎo)航和遙感等技術(shù)構(gòu)建智慧水利平臺(tái)，智慧水利平臺(tái)將河流、基礎(chǔ)設(shè)施及運(yùn)行體系融合起來(lái)，先進(jìn)創(chuàng)新融合國(guó)家、省級(jí)、區(qū)域的數(shù)據(jù)資源構(gòu)建水利大數(shù)據(jù)中心，通過(guò)匯聚統(tǒng)一時(shí)空框架進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，結(jié)合水利相關(guān)業(yè)務(wù)構(gòu)建水利專業(yè)運(yùn)營(yíng)、工程建設(shè)、資源開發(fā)、全域供水等相關(guān)領(lǐng)域的綜合系統(tǒng)，助力智慧水利平臺(tái)高效率全階段的綜合管控，為各級(jí)政府部門綜合監(jiān)管、資源調(diào)配、應(yīng)急服務(wù)提供可靠的支持，最終實(shí)現(xiàn)綠水青山，大美河湖。

1.1 建設(shè)內(nèi)容

智慧水利平臺(tái)以地面站網(wǎng)為基礎(chǔ)，以水循環(huán)為線索，引入遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，全方位監(jiān)測(cè)水利生態(tài)、水利安全、水利信息，綜合支撐多業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

（1）感知工程

借助“空天地一體化結(jié)合的手段、突破盲區(qū)”的思路，實(shí)現(xiàn)水域的全面監(jiān)測(cè)與監(jiān)管，保障大美河湖。

（2）數(shù)據(jù)中心

構(gòu)建一個(gè)海量異構(gòu)數(shù)據(jù)中心，為水利業(yè)務(wù)應(yīng)用提供計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源等基礎(chǔ)設(shè)施資源，同時(shí)圍繞水利業(yè)務(wù)構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源池，為一體化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）平臺(tái)

建設(shè)平臺(tái)開展水利數(shù)據(jù)和應(yīng)用的深度集成，為水土保持監(jiān)測(cè)、河道監(jiān)管等應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)提供支撐，為領(lǐng)導(dǎo)提供決策分析輔助。

（4）應(yīng)用

構(gòu)建覆蓋智慧防汛、水利管理、水土監(jiān)測(cè)、生態(tài)監(jiān)管、資源管理、水利執(zhí)法等綜合應(yīng)用體系，提升水域監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)化、預(yù)警的智能化、機(jī)動(dòng)化能力。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能

1.2.1 多源數(shù)據(jù)引接匯聚

根據(jù)智慧水利建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開發(fā)與自然資源、生態(tài)環(huán)境、交通等部門已有系統(tǒng)的通信鏈路和交互接口，將基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)（包括地形數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、地址數(shù)據(jù)）以及相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、外部信息化數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)的引接匯聚，為智慧水利應(yīng)用提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

1.2.2 時(shí)空數(shù)據(jù)管理

時(shí)空數(shù)據(jù)管理主要實(shí)現(xiàn)時(shí)空大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、時(shí)空查詢、數(shù)據(jù)分析、可視化、一體化應(yīng)用的功能。在時(shí)空大數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)方面，通過(guò)分析相關(guān)數(shù)據(jù)的類型及特點(diǎn)，構(gòu)建多樣式的存儲(chǔ)類型和邏輯結(jié)構(gòu)，對(duì)各式數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行統(tǒng)一加工存儲(chǔ)，存儲(chǔ)方式支持多種模式。在時(shí)空大數(shù)據(jù)搜索方面，統(tǒng)籌考慮時(shí)空數(shù)據(jù)不同類型的特征，通過(guò)對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)不同時(shí)間和不同屬性的綜合搜索查引，能夠獲取到不同類型的相關(guān)數(shù)據(jù)。在時(shí)空大數(shù)據(jù)支持方面，通過(guò)多樣式的時(shí)空數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)相互融合，能夠支持不同狀態(tài)、不同空間、不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)持續(xù)更新。

1.2.3 時(shí)空信息數(shù)據(jù)服務(wù)

基于統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)同步、用戶管理和授權(quán)機(jī)制，通過(guò)統(tǒng)一的服務(wù)窗口，面向管理者、業(yè)務(wù)人員等提供影像、矢量、模型、監(jiān)測(cè)、監(jiān)控等數(shù)據(jù)服務(wù)，用戶可進(jìn)行數(shù)據(jù)的在線瀏覽、授權(quán)下載等功能。時(shí)空信息數(shù)據(jù)服務(wù)主要包括了空間位置數(shù)據(jù)服務(wù)、二三維影像數(shù)據(jù)服務(wù)、遙感數(shù)據(jù)服務(wù)、衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)服務(wù)、OGC標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)及其他類型服務(wù)等內(nèi)容。

1.2.4 時(shí)空一體綜合可視化服務(wù)

地理信息、三維模型、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、遙感影像等通過(guò)圖層融合、疊加、圖表等方式進(jìn)行直觀表達(dá)，提供強(qiáng)大的可視化能力和豐富的插件，能夠快速構(gòu)建多維立體可視化場(chǎng)景，輔助用戶有效決策。

1.2.5 水資源信息監(jiān)測(cè)能力

基于地面監(jiān)測(cè)和衛(wèi)星遙感相結(jié)合的水資源立體監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)水資源統(tǒng)一管理，增強(qiáng)水資源的調(diào)度能力、協(xié)同能力和使用效率；具備水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息的實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的圖表顯示及超限信息預(yù)警能力。

1.2.6 提升行政管理能力

利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目審批后監(jiān)管，水域岸線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)未批先建或不按批復(fù)要求建設(shè)等違法行為。通過(guò)視頻監(jiān)控、衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)等應(yīng)用實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)水域和敏感河段的河道采砂信息監(jiān)管，獲取非法采砂重點(diǎn)河段和敏感水域信息，提高河道采砂管理的科學(xué)性、問(wèn)題的針對(duì)性和監(jiān)管的精細(xì)化水平。

1.2.7 其他功能

（1）利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)及只能分析技術(shù)，結(jié)合旱情見相冊(cè)評(píng)估模型，構(gòu)建旱情監(jiān)測(cè)評(píng)估結(jié)果校核體系，實(shí)現(xiàn)旱情綜合監(jiān)測(cè)評(píng)估。

（2）通過(guò)水情和視頻、物聯(lián)網(wǎng)傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備的集成監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程運(yùn)行的監(jiān)控。可以通過(guò)視頻影像智能識(shí)別獲取水位等水文信息和關(guān)鍵部位的實(shí)時(shí)工況信息。

（3）利用視頻監(jiān)控、遙感衛(wèi)星監(jiān)測(cè)等現(xiàn)代化感知手段，動(dòng)態(tài)監(jiān)管重要水利工程建設(shè)各階段的安全、進(jìn)度、投資、質(zhì)量的全過(guò)程，逐步實(shí)現(xiàn)智能化、精細(xì)化的工程管理模式。通過(guò)高清遙感影像解譯、大數(shù)據(jù)分析以及無(wú)人機(jī)航拍等手段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題數(shù)據(jù)。

（4）結(jié)合水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和江河湖泊、水資源、水工程、資金和政務(wù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建立準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的監(jiān)管數(shù)據(jù)指標(biāo)體系，對(duì)照“問(wèn)題清單”構(gòu)建線索自動(dòng)發(fā)現(xiàn)模型。

（5）抽取整合和綜合利用水資源供需分析、水資源調(diào)度配置模型、洪水/干旱的精細(xì)化預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、城鄉(xiāng)供水安全分析與預(yù)測(cè)等智能應(yīng)用的成果，構(gòu)建全流域江河水系及水利工程的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，為江河調(diào)度智能決策的輔助支撐，提升江河調(diào)度的綜合智能決策能力。

（6）通過(guò)運(yùn)維監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)智慧水利涉及的感知、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、平臺(tái)、應(yīng)用等對(duì)象進(jìn)行全面的監(jiān)控，掌握各對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行可視化展示。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）水利綜合大數(shù)據(jù)

通過(guò)綜合應(yīng)用云計(jì)算、區(qū)塊鏈、衛(wèi)星導(dǎo)航和遙感等技術(shù)構(gòu)建智慧水利數(shù)據(jù)中心，協(xié)調(diào)融合了相關(guān)水利數(shù)據(jù)信息，智慧水利數(shù)據(jù)中心提供了標(biāo)準(zhǔn)一致的數(shù)據(jù)接口，將各部門之間的協(xié)調(diào)時(shí)間大大降低，為智慧水利數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一提供了可靠的支撐。

（2）空天地一體化的立體感知

通過(guò)空天地一體化的立體感知構(gòu)建綜合感知平臺(tái)，能夠及時(shí)有效的對(duì)各方信息（比如氣象預(yù)警、災(zāi)害預(yù)警）進(jìn)行獲取，從而為智慧水利的立體感知、數(shù)據(jù)服務(wù)提供支持。

（3）水利業(yè)務(wù)全覆蓋

通過(guò)對(duì)智慧水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用，將先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到該系統(tǒng)中，為各行業(yè)提供及時(shí)可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)。

通過(guò)智慧水利系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)水利行業(yè)多情景、多信息的分析應(yīng)用，將行業(yè)不同信息進(jìn)行整合，能夠推進(jìn)水利大數(shù)據(jù)的服務(wù)應(yīng)用，該系統(tǒng)的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)水利行業(yè)管理的細(xì)致化、實(shí)時(shí)化的目標(biāo)，對(duì)水利行業(yè)的合理配置及環(huán)境保護(hù)提供有效的數(shù)據(jù)支撐。