基于時空信息技術的智慧水利建設

山西省信息產業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，助力水利行業實現水體生態環境監測、非法采砂實時監管、水資源動態監測、大壩安全位移監管等多樣的水利行業綜合應用，以先進理念助力水利發展及水利行業的信息化。

近年來，我國時空信息技術發展迅猛，衛星遙感技術在對地觀測數據獲取的能力、數量和覆蓋面上也取得了跨越式發展，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星導航系統正式開通，標志著北斗衛星導航系統開始面向全世界提供服務?！氨倍?高分”融合發展逐漸成為業界共識，并在諸多行業開始落地應用。

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星數據服務水利行業將在技術和管理層面起到重要的作用。

1 系統設計

通過綜合應用云計算、區塊鏈、衛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，先進創新融合國家、省級、區域的數據資源構建水利大數據中心，通過匯聚統一時空框架進行共享，實現數據的互聯互通，結合水利相關業務構建水利專業運營、工程建設、資源開發、全域供水等相關領域的綜合系統，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管、資源調配、應急服務提供可靠的支持，最終實現綠水青山，大美河湖。

1.1 建設內容

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

（1）感知工程

借助“空天地一體化結合的手段、突破盲區”的思路，實現水域的全面監測與監管，保障大美河湖。

（2）數據中心

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

（3）平臺

建設平臺開展水利數據和應用的深度集成，為水土保持監測、河道監管等應用系統建設提供支撐，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、水土監測、生態監管、資源管理、水利執法等綜合應用體系，提升水域監測實時化、預警的智能化、機動化能力。如圖1所示。

圖1 系統架構圖

1.2 系統功能

1.2.1 多源數據引接匯聚

根據智慧水利建設標準規范，開發與自然資源、生態環境、交通等部門已有系統的通信鏈路和交互接口，將基礎空間數據（包括地形數據、工程數據、地址數據）以及相關業務數據、外部信息化數據、實時監測數據等多源數據的引接匯聚，為智慧水利應用提供實時準確的數據。

1.2.2 時空數據管理

時空數據管理主要實現時空大數據的統一存儲、時空查詢、數據分析、可視化、一體化應用的功能。在時空大數據統一存儲方面，通過分析相關數據的類型及特點，構建多樣式的存儲類型和邏輯結構，對各式數據的類型進行統一加工存儲，存儲方式支持多種模式。在時空大數據搜索方面，統籌考慮時空數據不同類型的特征，通過對時空數據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據。在時空大數據支持方面，通過多樣式的時空數據和傳統數據相互融合，能夠支持不同狀態、不同空間、不同結構的數據持續更新。

1.2.3 時空信息數據服務

基于統一的元數據同步、用戶管理和授權機制，通過統一的服務窗口，面向管理者、業務人員等提供影像、矢量、模型、監測、監控等數據服務，用戶可進行數據的在線瀏覽、授權下載等功能。時空信息數據服務主要包括了空間位置數據服務、二三維影像數據服務、遙感數據服務、衛星導航數據服務、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、實時數據、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 水資源信息監測能力

基于地面監測和衛星遙感相結合的水資源立體監測體系，實現水資源統一管理，增強水資源的調度能力、協同能力和使用效率；具備水資源動態監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

利用衛星遙感技術進行監測，實現對建設項目審批后監管，水域岸線監測，及時發現未批先建或不按批復要求建設等違法行為。通過視頻監控、衛星遙感、無人機等應用實現重點水域和敏感河段的河道采砂信息監管，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、問題的針對性和監管的精細化水平。

1.2.7 其他功能

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

（2）通過水情和視頻、物聯網傳感監測設備的集成監控，實現對工程運行的監控。可以通過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）利用視頻監控、遙感衛星監測等現代化感知手段，動態監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、大數據分析以及無人機航拍等手段發現問題數據。

（4）結合水利基礎數據和江河湖泊、水資源、水工程、資金和政務等業務數據，建立準確發現問題的監管數據指標體系，對照“問題清單”構建線索自動發現模型。

（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合優化調度模型，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）通過運維監控平臺，對智慧水利涉及的感知、網絡、計算、存儲、平臺、應用等對象進行全面的監控，掌握各對象運行狀態，并進行可視化展示。

2 系統特點

（1）水利綜合大數據

通過綜合應用云計算、區塊鏈、衛星導航和遙感等技術構建智慧水利數據中心，協調融合了相關水利數據信息，智慧水利數據中心提供了標準一致的數據接口，將各部門之間的協調時間大大降低，為智慧水利數據的標準統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、數據服務提供支持。

（3）水利業務全覆蓋

通過對智慧水利業務數據的分析應用，將先進技術應用到該系統中，為各行業提供及時可靠的數據服務。

通過智慧水利系統的建設，實現水利行業多情景、多信息的分析應用，將行業不同信息進行整合，能夠推進水利大數據的服務應用，該系統的建設能夠實現水利行業管理的細致化、實時化的目標，對水利行業的合理配置及環境保護提供有效的數據支撐。