山西省信息產業(yè)技術研究院有限公司 喬 鵬

綜合運用時空信息技術賦能智慧水利建設，助力水利行業(yè)實現(xiàn)水體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、非法采砂實時監(jiān)管、水資源動態(tài)監(jiān)測、大壩安全位移監(jiān)管等多樣的水利行業(yè)綜合應用，以先進理念助力水利發(fā)展及水利行業(yè)的信息化。

近年來，我國時空信息技術發(fā)展迅猛，衛(wèi)星遙感技術在對地觀測數(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家空間信息基礎設施取得長足進步。2020年7月31日，習近平總書記宣布北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通，標志著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)開始面向全世界提供服務?！氨倍?高分”融合發(fā)展逐漸成為業(yè)界共識，并在諸多行業(yè)開始落地應用。

自新中國成立以來，國家大力建設水利基礎設施，我國水利設施迅速形成了一定的規(guī)模，經過多年的建設我國建成了覆蓋農田灌溉、供水、防汛等的完善體系。為認真貫徹黨中央、國務院關于水利工作的決策部署，立足防大汛、抗大旱、搶大險、救大災，抓好隱患排查，加強應急保障，提升水寒災害應急搶險救援能力，依托自主可控的北斗技術輔之以各類遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務水利行業(yè)將在技術和管理層面起到重要的作用。

1 系統(tǒng)設計

通過綜合應用云計算、區(qū)塊鏈、衛(wèi)星導航和遙感等技術構建智慧水利平臺，智慧水利平臺將河流、基礎設施及運行體系融合起來，先進創(chuàng)新融合國家、省級、區(qū)域的數(shù)據(jù)資源構建水利大數(shù)據(jù)中心，通過匯聚統(tǒng)一時空框架進行共享，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，結合水利相關業(yè)務構建水利專業(yè)運營、工程建設、資源開發(fā)、全域供水等相關領域的綜合系統(tǒng)，助力智慧水利平臺高效率全階段的綜合管控，為各級政府部門綜合監(jiān)管、資源調配、應急服務提供可靠的支持，最終實現(xiàn)綠水青山，大美河湖。

1.1 建設內容

智慧水利平臺以地面站網(wǎng)為基礎，以水循環(huán)為線索，引入遙感監(jiān)測技術，全方位監(jiān)測水利生態(tài)、水利安全、水利信息，綜合支撐多業(yè)務的應用。

（1）感知工程

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

（2）數(shù)據(jù)中心

構建一個海量異構數(shù)據(jù)中心，為水利業(yè)務應用提供計算資源、存儲資源等基礎設施資源，同時圍繞水利業(yè)務構建多源異構數(shù)據(jù)資源池，為一體化應用提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）平臺

建設平臺開展水利數(shù)據(jù)和應用的深度集成，為水土保持監(jiān)測、河道監(jiān)管等應用系統(tǒng)建設提供支撐，為領導提供決策分析輔助。

（4）應用

構建覆蓋智慧防汛、水利管理、水土監(jiān)測、生態(tài)監(jiān)管、資源管理、水利執(zhí)法等綜合應用體系，提升水域監(jiān)測實時化、預警的智能化、機動化能力。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構圖

1.2 系統(tǒng)功能

1.2.1 多源數(shù)據(jù)引接匯聚

根據(jù)智慧水利建設標準規(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)）以及相關業(yè)務數(shù)據(jù)、外部信息化數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)的引接匯聚，為智慧水利應用提供實時準確的數(shù)據(jù)。

1.2.2 時空數(shù)據(jù)管理

時空數(shù)據(jù)管理主要實現(xiàn)時空大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、時空查詢、數(shù)據(jù)分析、可視化、一體化應用的功能。在時空大數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲方面，通過分析相關數(shù)據(jù)的類型及特點，構建多樣式的存儲類型和邏輯結構，對各式數(shù)據(jù)的類型進行統(tǒng)一加工存儲，存儲方式支持多種模式。在時空大數(shù)據(jù)搜索方面，統(tǒng)籌考慮時空數(shù)據(jù)不同類型的特征，通過對時空數(shù)據(jù)不同時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數(shù)據(jù)。在時空大數(shù)據(jù)支持方面，通過多樣式的時空數(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、不同結構的數(shù)據(jù)持續(xù)更新。

1.2.3 時空信息數(shù)據(jù)服務

基于統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)同步、用戶管理和授權機制，通過統(tǒng)一的服務窗口，面向管理者、業(yè)務人員等提供影像、矢量、模型、監(jiān)測、監(jiān)控等數(shù)據(jù)服務，用戶可進行數(shù)據(jù)的在線瀏覽、授權下載等功能。時空信息數(shù)據(jù)服務主要包括了空間位置數(shù)據(jù)服務、二三維影像數(shù)據(jù)服務、遙感數(shù)據(jù)服務、衛(wèi)星導航數(shù)據(jù)服務、OGC標準服務及其他類型服務等內容。

1.2.4 時空一體綜合可視化服務

地理信息、三維模型、實時數(shù)據(jù)、遙感影像等通過圖層融合、疊加、圖表等方式進行直觀表達，提供強大的可視化能力和豐富的插件，能夠快速構建多維立體可視化場景，輔助用戶有效決策。

1.2.5 水資源信息監(jiān)測能力

基于地面監(jiān)測和衛(wèi)星遙感相結合的水資源立體監(jiān)測體系，實現(xiàn)水資源統(tǒng)一管理，增強水資源的調度能力、協(xié)同能力和使用效率；具備水資源動態(tài)監(jiān)測信息的實時或準實時的圖表顯示及超限信息預警能力。

1.2.6 提升行政管理能力

利用衛(wèi)星遙感技術進行監(jiān)測，實現(xiàn)對建設項目審批后監(jiān)管，水域岸線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)未批先建或不按批復要求建設等違法行為。通過視頻監(jiān)控、衛(wèi)星遙感、無人機等應用實現(xiàn)重點水域和敏感河段的河道采砂信息監(jiān)管，獲取非法采砂重點河段和敏感水域信息，提高河道采砂管理的科學性、問題的針對性和監(jiān)管的精細化水平。

1.2.7 其他功能

（1）利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測及只能分析技術，結合旱情見相冊評估模型，構建旱情監(jiān)測評估結果校核體系，實現(xiàn)旱情綜合監(jiān)測評估。

（2）通過水情和視頻、物聯(lián)網(wǎng)傳感監(jiān)測設備的集成監(jiān)控，實現(xiàn)對工程運行的監(jiān)控?？梢酝ㄟ^視頻影像智能識別獲取水位等水文信息和關鍵部位的實時工況信息。

（3）利用視頻監(jiān)控、遙感衛(wèi)星監(jiān)測等現(xiàn)代化感知手段，動態(tài)監(jiān)管重要水利工程建設各階段的安全、進度、投資、質量的全過程，逐步實現(xiàn)智能化、精細化的工程管理模式。通過高清遙感影像解譯、大數(shù)據(jù)分析以及無人機航拍等手段發(fā)現(xiàn)問題數(shù)據(jù)。

（4）結合水利基礎數(shù)據(jù)和江河湖泊、水資源、水工程、資金和政務等業(yè)務數(shù)據(jù)，建立準確發(fā)現(xiàn)問題的監(jiān)管數(shù)據(jù)指標體系，對照“問題清單”構建線索自動發(fā)現(xiàn)模型。

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

（6）通過運維監(jiān)控平臺，對智慧水利涉及的感知、網(wǎng)絡、計算、存儲、平臺、應用等對象進行全面的監(jiān)控，掌握各對象運行狀態(tài)，并進行可視化展示。

2 系統(tǒng)特點

（1）水利綜合大數(shù)據(jù)

通過綜合應用云計算、區(qū)塊鏈、衛(wèi)星導航和遙感等技術構建智慧水利數(shù)據(jù)中心，協(xié)調融合了相關水利數(shù)據(jù)信息，智慧水利數(shù)據(jù)中心提供了標準一致的數(shù)據(jù)接口，將各部門之間的協(xié)調時間大大降低，為智慧水利數(shù)據(jù)的標準統(tǒng)一提供了可靠的支撐。

（2）空天地一體化的立體感知

通過空天地一體化的立體感知構建綜合感知平臺，能夠及時有效的對各方信息（比如氣象預警、災害預警）進行獲取，從而為智慧水利的立體感知、數(shù)據(jù)服務提供支持。

（3）水利業(yè)務全覆蓋

通過對智慧水利業(yè)務數(shù)據(jù)的分析應用，將先進技術應用到該系統(tǒng)中，為各行業(yè)提供及時可靠的數(shù)據(jù)服務。

通過智慧水利系統(tǒng)的建設，實現(xiàn)水利行業(yè)多情景、多信息的分析應用，將行業(yè)不同信息進行整合，能夠推進水利大數(shù)據(jù)的服務應用，該系統(tǒng)的建設能夠實現(xiàn)水利行業(yè)管理的細致化、實時化的目標，對水利行業(yè)的合理配置及環(huán)境保護提供有效的數(shù)據(jù)支撐。