李杰

（貴州省黔中水利樞紐工程建設(shè)管理局，貴州 貴陽(yáng) 550002）

0 引言

為了落實(shí)黔中水利樞紐工程實(shí)地標(biāo)明飲用水水源保護(hù)區(qū)范圍，設(shè)立飲用水水源保護(hù)區(qū)界樁、界碑及告示牌等標(biāo)識(shí)，確保人民群眾飲水安全。黔中水利樞紐工程監(jiān)管單位編制了黔中水利樞紐一期工程集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)實(shí)地標(biāo)定及監(jiān)管建設(shè)項(xiàng)目建議書(shū)，目的是為完成一級(jí)、二級(jí)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)界碑界樁及告示牌的實(shí)地標(biāo)定和安裝，利用無(wú)人機(jī)及遙感技術(shù)進(jìn)行常態(tài)化的監(jiān)管服務(wù)，建立基礎(chǔ)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)性管理和分析工作。

為此，貴州省黔中水利樞紐工程建設(shè)管理局與貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合構(gòu)建了貴州省黔中水利樞紐工程監(jiān)管信息化GIS可視化及遙感監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)管平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱：監(jiān)管平臺(tái)），本文就監(jiān)管平臺(tái)的開(kāi)發(fā)目的、建設(shè)情況和使用中的經(jīng)驗(yàn)與大家共同分享。

1 工程概況

黔中水利樞紐工程位于貴州中部黔中地區(qū)，處于長(zhǎng)江和珠江兩大流域分水嶺地帶是貴州省首個(gè)大型跨地區(qū)、跨流域長(zhǎng)距離水利調(diào)水工程。用以解決黔中地區(qū)十多個(gè)縣（市）的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、城市等用水，覆蓋面積達(dá)4711km2。年調(diào)水量7.41億m3。

輸配水工程包括總干渠1條、桂松干渠1條、支渠25條。其中，總干渠由平寨水庫(kù)自流引水經(jīng)老卜底、巖腳、龍場(chǎng)、馬場(chǎng)、玻利、水母、太平農(nóng)場(chǎng)、黃桶后，進(jìn)入桂家湖水庫(kù)，總長(zhǎng)63.4km，其中明渠27.869km，渡槽13.292km，隧洞21.581km，倒虹管0.658km。引水流量22.77～15.35m3，渠道斷面3.5×4.8～3.0×4.2m（寬×深）。

桂松干渠從桂家湖自流引水，經(jīng)大山哨、小王官、雙堡后，提水進(jìn)入革寨水庫(kù)，再?gòu)母镎畮?kù)提水后，經(jīng)東屯、馬路、廣順農(nóng)場(chǎng)、普貢，到凱掌水庫(kù)尾部上游馬山，總長(zhǎng)84.77km，其中渠道46.58km、渡槽4.48km、隧洞33.269km、提水管道0.443km。引水流量14.57～2.74m3；渠道斷面3.0×4.1～1.6×2.0m（寬×深）。

2 監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)的目的

監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)的目的是以“一張圖、一張網(wǎng)”為基礎(chǔ)，以水源保護(hù)區(qū)遙感地圖為底圖，首先通過(guò)無(wú)人機(jī)、遙感定時(shí)、全覆蓋的獲取保護(hù)區(qū)范圍的影像數(shù)據(jù)，通過(guò)面向?qū)ο蟮慕庾g分析，對(duì)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的變化情況進(jìn)行全覆蓋的監(jiān)測(cè)和具體詳細(xì)的分析預(yù)警，建立監(jiān)測(cè)分析模型，識(shí)別提取水源保護(hù)區(qū)易擾區(qū)，進(jìn)行重點(diǎn)的監(jiān)測(cè)保護(hù)。建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，建設(shè)遙感監(jiān)測(cè)展示分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)性管理和分析工作。

3 建設(shè)內(nèi)容

監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容主要由3大部分組成：①做好集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)界樁、界碑及告示牌的實(shí)地標(biāo)定工作。②定期通過(guò)無(wú)人機(jī)和遙感數(shù)據(jù)對(duì)不同保護(hù)區(qū)獲取不同分辨率的遙感影像。③構(gòu)建貴州省黔中水利樞紐工程監(jiān)管信息化GIS可視化及遙感監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)管平臺(tái)。

3.1 實(shí)地標(biāo)定工程建設(shè)情況

項(xiàng)目工作內(nèi)容主要包括一級(jí)保護(hù)區(qū)1.59km2、二級(jí)保護(hù)區(qū)52.71km2和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)184.93km2界樁43200個(gè)、界碑48個(gè)及告示牌165個(gè)。

3.1.1實(shí)地標(biāo)定工程的平面控制

平面坐標(biāo)采用2000國(guó)家坐標(biāo)系[1]，高斯正形投影3度帶的平面直角坐標(biāo)系，中央子午線為105°的35度帶坐標(biāo)系統(tǒng)。首級(jí)平面控制網(wǎng)布置為三等GPS控制網(wǎng)。（C）平差計(jì)算結(jié)果應(yīng)符合網(wǎng)中最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不大于±5cm、控制網(wǎng)相鄰點(diǎn)邊長(zhǎng)最弱邊相對(duì)中誤差不大于1/40000的要求

3.1.2 實(shí)地標(biāo)定工程的高程控制

高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。聯(lián)測(cè)6個(gè)三等水準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)控制整個(gè)項(xiàng)目的高程。

3.1.3 保護(hù)區(qū)范圍線樁（牌）點(diǎn)放樣及測(cè)量

（1）采用CORS、RTK或全站儀進(jìn)保護(hù)區(qū)范圍線樁（牌）點(diǎn)放樣。

（2）放樣測(cè)站和方向點(diǎn)（RTK固定站點(diǎn)）選擇基本控制網(wǎng)及以上等級(jí)的控制點(diǎn)，當(dāng)采用全站儀在基本控制點(diǎn)上不能直接放樣時(shí)，采用在圖根導(dǎo)線點(diǎn)或增設(shè)支線點(diǎn)上進(jìn)行放樣。

（3）當(dāng)保護(hù)區(qū)范圍線樁（牌）點(diǎn)的放樣需增設(shè)控制點(diǎn)時(shí)，支線點(diǎn)不能超出2站，支線長(zhǎng)度不宜超出300m。

（4）保護(hù)區(qū)范圍線樁（牌）點(diǎn)放樣前應(yīng)對(duì)測(cè)站和方向點(diǎn)的坐標(biāo)和高程進(jìn)行檢核，滿足規(guī)范要求后方能進(jìn)行放樣。使用全站儀放樣時(shí)邊長(zhǎng)不宜超過(guò)300m。

（5）無(wú)水利工程（堤防護(hù)岸、攔河壩、水閘）或堤防未達(dá)標(biāo)的河道（段），放樣中發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)范圍線樁（牌）點(diǎn)平面坐標(biāo)與高程不相符，且高程相差20cm以上者，以滿足高程要求確定保護(hù)區(qū)范圍線樁（牌）點(diǎn)，然后觀測(cè)其坐標(biāo)值，并以此修改該點(diǎn)原圖紙坐標(biāo)。

保護(hù)區(qū)范圍線樁（牌）點(diǎn)埋設(shè)完成后應(yīng)對(duì)全部界樁（牌）位置重新進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量方法采用CORS、RTK或全站儀進(jìn)行。

保護(hù)區(qū)范圍線樁（牌）點(diǎn)放樣誤差控制：測(cè)量界樁（牌）的平面坐標(biāo)X、Y觀測(cè)值與設(shè)計(jì)值的誤差均小于10cm，高程觀測(cè)值與理論值小于10cm。超過(guò)限差應(yīng)應(yīng)進(jìn)行重新放樣及埋設(shè)，然后重新測(cè)量直至滿足限差要求為止。

全部界樁（牌）測(cè)量完成后，編制界樁（牌）成果表存檔。

3.1.4 界樁制作規(guī)格

本工程采用長(zhǎng)方形柱體鋼筋混凝土界樁。高度1m，頂部設(shè)有倒角，最頂端橫截面長(zhǎng)度110mm×110mm，漸變段高度為30mm，漸變段過(guò)后橫截面長(zhǎng)均為150mm×150mm。

樁地面以上四面均按要求標(biāo)注，采用凹形字，字體為隸書(shū)，面向管理范圍內(nèi)立面為正面，面向管理范圍外立面為背面，內(nèi)容分別為：正面標(biāo)注“××級(jí)保護(hù)區(qū)”，字體為紅色，背面標(biāo)注“范圍界+水源保護(hù)區(qū)簡(jiǎn)稱+編號(hào)”，其中范圍界三個(gè)字用藍(lán)色表示，簡(jiǎn)稱和編號(hào)用紅色字表示，左面標(biāo)注“黔中水利”，字體為紅色，右面標(biāo)注“嚴(yán)禁破壞”，字體為紅色（圖1）。

圖1 平寨水庫(kù)一級(jí)保護(hù)區(qū)界樁樣式

編號(hào)從平寨水庫(kù)依次編號(hào)，區(qū)分區(qū)域。例如：平寨水庫(kù)一級(jí)保護(hù)區(qū)可從1號(hào)開(kāi)始直至結(jié)束，平寨二級(jí)保護(hù)區(qū)也從1號(hào)開(kāi)始直至結(jié)束，準(zhǔn)保護(hù)區(qū)亦是如此。

界樁布設(shè)原則：城市（鎮(zhèn)）規(guī)劃區(qū)樁（牌）間距不大于100m；非城市（鎮(zhèn)）規(guī)劃區(qū)樁（牌）間距為100m；在重要下河通道（車行通道）、重要碼頭、橋梁、取水口、電站等涉河設(shè)施處、黔中水利樞紐各級(jí)范圍線拐彎（角度小于120°）處、水事糾紛和水事案件易發(fā)地段或行政界、保護(hù)區(qū)范圍界的拐點(diǎn)和縣f級(jí)行政區(qū)域邊界、工程交叉處或近村鎮(zhèn)處等復(fù)雜段應(yīng)加密布設(shè)；在黔中水利無(wú)生產(chǎn)、生活人類活動(dòng)的陡崖、荒山、森林等河段，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加大間距，峽谷段進(jìn)出口各設(shè)置一個(gè)。

3.2 無(wú)人機(jī)、遙感數(shù)據(jù)方面

對(duì)水源保護(hù)區(qū)進(jìn)行常態(tài)化的監(jiān)管服務(wù)獲取無(wú)人機(jī)[2]、遙感數(shù)據(jù)[3]是基礎(chǔ)性工作，需要分區(qū)域按重要程度定點(diǎn)定時(shí)的進(jìn)行常態(tài)化的遙感解譯監(jiān)管。一級(jí)保護(hù)區(qū)和重點(diǎn)區(qū)域通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)獲取高分辨率正射影像，周期為6個(gè)月；所有保護(hù)區(qū)每三個(gè)月獲取不同分辨率的遙感影像，通過(guò)面向?qū)ο蟮淖詣?dòng)解譯和人工解譯相結(jié)合的方式對(duì)影像進(jìn)行分割和分類并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到水源保護(hù)區(qū)的整體時(shí)空變化情況。

3.3 監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)

監(jiān)管平臺(tái)基于B/S形式開(kāi)發(fā)，結(jié)合GIS電子地圖[4]技術(shù)，采用組件化技術(shù)構(gòu)建。系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中考慮了跨多業(yè)務(wù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，要無(wú)縫對(duì)接現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)封閉的“信息孤島”問(wèn)題，以達(dá)到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一平臺(tái)、資源共享、互聯(lián)互通的目的。平臺(tái)整體采用云架構(gòu)，采取租賃數(shù)據(jù)服務(wù)的形式將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云上貴州資源平臺(tái)，數(shù)據(jù)利用4G信號(hào)傳輸于數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)管平臺(tái)調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，再反映到平臺(tái)展示相關(guān)信息，信息和手機(jī)APP平臺(tái)內(nèi)容同步。

平臺(tái)集成的數(shù)據(jù)如下：①基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)（保護(hù)區(qū)范圍線、界樁界碑告示牌位置點(diǎn)、省市縣鄉(xiāng)村五級(jí)行政界線及行政駐點(diǎn)、保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)重要地名點(diǎn)、地形地貌數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)）。②涉水要素?cái)?shù)據(jù)（水系數(shù)據(jù)、規(guī)模以上排污口數(shù)據(jù)、取水口數(shù)據(jù)、水文站分布數(shù)據(jù)、雨量站分布數(shù)據(jù)、水庫(kù)水電站分布數(shù)據(jù)，并預(yù)留環(huán)保部門(mén)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)），以圖層疊加的形式展示各數(shù)據(jù)。

平臺(tái)集成的信息系統(tǒng)包括省防辦防汛會(huì)商系統(tǒng)、水量調(diào)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括水資源調(diào)度決策系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)、水情系統(tǒng)（水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、灌區(qū)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、工情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、圖像遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)）、水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

將貴州省黔中水利樞紐工程建設(shè)管理局會(huì)商室作為展示存儲(chǔ)監(jiān)管信息系統(tǒng)的平臺(tái)，結(jié)合寬帶網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)和新一代視頻會(huì)議技術(shù)，通過(guò)把會(huì)議電視終端、視音頻輸入輸出等設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成，形成一套完整的會(huì)商系統(tǒng)，以滿足日常預(yù)報(bào)會(huì)商需要，以及召開(kāi)各類行政會(huì)議和舉辦各類業(yè)務(wù)培訓(xùn)，最大限度地發(fā)揮現(xiàn)代化會(huì)商系統(tǒng)的效率。

4 監(jiān)管平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)及不足之處

監(jiān)管平臺(tái)運(yùn)用現(xiàn)代監(jiān)管手段，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面處理提高了黔中水利樞紐工程綜合監(jiān)管水平。①應(yīng)用遙感和無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行常態(tài)化的監(jiān)管服務(wù)，按每6個(gè)月進(jìn)行一次水源一級(jí)保護(hù)區(qū)無(wú)人機(jī)航測(cè)，每3個(gè)月一次遙感影像采集，分區(qū)域按重要程度定點(diǎn)定時(shí)進(jìn)行常態(tài)化的遙感解譯監(jiān)管，實(shí)時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)性管理和分析工作，基于“一張圖”影像和實(shí)際巡查的圖形化“清四亂”臺(tái)賬，針對(duì)“四亂”問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)一管理。②通過(guò)對(duì)照遙感影像和現(xiàn)場(chǎng)照片、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人機(jī)圖片等手段，對(duì)問(wèn)題和相應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行逐一核對(duì)、修改和補(bǔ)漏，確認(rèn)每一處問(wèn)題及對(duì)應(yīng)坐標(biāo)，初步建立了黔中水利樞紐工程集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)“一張圖”，實(shí)現(xiàn)了問(wèn)題動(dòng)態(tài)監(jiān)管。利用遙感遙測(cè)信息管理系統(tǒng)，精確顯示每個(gè)問(wèn)題的位置、尺寸及所屬管轄單位（河段）信息，通過(guò)和本底影像及數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，精確描述問(wèn)題區(qū)域的動(dòng)態(tài)變化信息，分類顯示已整改、未整改“四亂”信息，可選擇顯示不同時(shí)間段整改對(duì)象信息，也可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各類“四亂”信息，為跟蹤、排查、整改、銷號(hào)等工作及分析、會(huì)商提供了高效的圖形化支撐。③利用手機(jī)APP監(jiān)管平臺(tái)，對(duì)工程質(zhì)量、安全、水政執(zhí)法、水質(zhì)保護(hù)等巡查內(nèi)容在系統(tǒng)平臺(tái)展示，日常人員巡查時(shí)也能對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)上傳至手機(jī)并同步更新云端監(jiān)管平臺(tái)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源一體化管理。

監(jiān)管平臺(tái)與“透徹感知、全面互聯(lián)、智能應(yīng)用”[5]的要求存在一定差距：①數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)量較小并不全，缺少生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)、水資源數(shù)據(jù)、氣象、國(guó)土、社會(huì)數(shù)據(jù)、平寨水庫(kù)工情等數(shù)據(jù)。遙感影像精度無(wú)法滿足目前應(yīng)用需要，數(shù)據(jù)覆蓋面太窄。②數(shù)據(jù)處理方面，傳感設(shè)備智能化水平不高，而且成本偏高，高技術(shù)含量的多依靠進(jìn)口，嚴(yán)重限制了智慧水利建設(shè)的發(fā)展。③遙感影像自動(dòng)處理距離實(shí)用差距大，圖像自動(dòng)識(shí)別智能化程度低，編譯處理能力不強(qiáng)。④目前監(jiān)管平臺(tái)手機(jī)APP功能單一、兼容性差、系統(tǒng)不穩(wěn)定等，應(yīng)用普及率低。

5 結(jié)語(yǔ)

黔中水利樞紐工程監(jiān)管信息化GIS可視化及遙感監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)管平臺(tái)通過(guò)建立從遙感（天）、無(wú)人機(jī)（空）、視頻監(jiān)控（地）三個(gè)層面和監(jiān)視范圍、監(jiān)視種類兩個(gè)方面對(duì)飲用水水源保護(hù)區(qū)的運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)視，形成了種類齊全、覆蓋完整的實(shí)時(shí)信息監(jiān)控體系，為水源保護(hù)區(qū)的監(jiān)督管理和水資源調(diào)度提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。