監管平臺在黔中工程水源保護區中的應用

李杰

（貴州省黔中水利樞紐工程建設管理局，貴州 貴陽 550002）

0 引言

為了落實黔中水利樞紐工程實地標明飲用水水源保護區范圍，設立飲用水水源保護區界樁、界碑及告示牌等標識，確保人民群眾飲水安全。黔中水利樞紐工程監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區實地標定及監管建設項目建議書，目的是為完成一級、二級和準保護區界碑界樁及告示牌的實地標定和安裝，利用無人機及遙感技術進行常態化的監管服務，建立基礎信息平臺，實現對監測結果的基礎性管理和分析工作。

為此，貴州省黔中水利樞紐工程建設管理局與貴州省水利水電勘測設計研究院聯合構建了貴州省黔中水利樞紐工程監管信息化GIS可視化及遙感監測預警系統監管平臺（以下簡稱：監管平臺），本文就監管平臺的開發目的、建設情況和使用中的經驗與大家共同分享。

1 工程概況

黔中水利樞紐工程位于貴州中部黔中地區，處于長江和珠江兩大流域分水嶺地帶是貴州省首個大型跨地區、跨流域長距離水利調水工程。用以解決黔中地區十多個縣（市）的農業、工業、生活、城市等用水，覆蓋面積達4711km2。年調水量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，總干渠由平寨水庫自流引水經老卜底、巖腳、龍場、馬場、玻利、水母、太平農場、黃桶后，進入桂家湖水庫，總長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，經大山哨、小王官、雙堡后，提水進入革寨水庫，再從革寨水庫提水后，經東屯、馬路、廣順農場、普貢，到凱掌水庫尾部上游馬山，總長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 監管平臺建設的目的

監管平臺建設的目的是以“一張圖、一張網”為基礎，以水源保護區遙感地圖為底圖，首先通過無人機、遙感定時、全覆蓋的獲取保護區范圍的影像數據，通過面向對象的解譯分析，對保護區范圍內的變化情況進行全覆蓋的監測和具體詳細的分析預警，建立監測分析模型，識別提取水源保護區易擾區，進行重點的監測保護。建立空間數據庫存儲數據，建設遙感監測展示分析平臺，實現對監測結果的基礎性管理和分析工作。

3 建設內容

監管平臺的建設內容主要由3大部分組成：①做好集中式飲用水水源保護區界樁、界碑及告示牌的實地標定工作。②定期通過無人機和遙感數據對不同保護區獲取不同分辨率的遙感影像。③構建貴州省黔中水利樞紐工程監管信息化GIS可視化及遙感監測預警系統監管平臺。

3.1 實地標定工程建設情況

項目工作內容主要包括一級保護區1.59km2、二級保護區52.71km2和準保護區184.93km2界樁43200個、界碑48個及告示牌165個。

3.1.1實地標定工程的平面控制

平面坐標采用2000國家坐標系[1]，高斯正形投影3度帶的平面直角坐標系，中央子午線為105°的35度帶坐標系統。首級平面控制網布置為三等GPS控制網。（C）平差計算結果應符合網中最弱點的點位中誤差不大于±5cm、控制網相鄰點邊長最弱邊相對中誤差不大于1/40000的要求

3.1.2 實地標定工程的高程控制

高程采用1985國家高程基準。聯測6個三等水準點來控制整個項目的高程。

3.1.3 保護區范圍線樁（牌）點放樣及測量

（1）采用CORS、RTK或全站儀進保護區范圍線樁（牌）點放樣。

（2）放樣測站和方向點（RTK固定站點）選擇基本控制網及以上等級的控制點，當采用全站儀在基本控制點上不能直接放樣時，采用在圖根導線點或增設支線點上進行放樣。

（3）當保護區范圍線樁（牌）點的放樣需增設控制點時，支線點不能超出2站，支線長度不宜超出300m。

（4）保護區范圍線樁（牌）點放樣前應對測站和方向點的坐標和高程進行檢核，滿足規范要求后方能進行放樣。使用全站儀放樣時邊長不宜超過300m。

（5）無水利工程（堤防護岸、攔河壩、水閘）或堤防未達標的河道（段），放樣中發現保護區范圍線樁（牌）點平面坐標與高程不相符，且高程相差20cm以上者，以滿足高程要求確定保護區范圍線樁（牌）點，然后觀測其坐標值，并以此修改該點原圖紙坐標。

保護區范圍線樁（牌）點埋設完成后應對全部界樁（牌）位置重新進行測量。測量方法采用CORS、RTK或全站儀進行。

保護區范圍線樁（牌）點放樣誤差控制：測量界樁（牌）的平面坐標X、Y觀測值與設計值的誤差均小于10cm，高程觀測值與理論值小于10cm。超過限差應應進行重新放樣及埋設，然后重新測量直至滿足限差要求為止。

全部界樁（牌）測量完成后，編制界樁（牌）成果表存檔。

3.1.4 界樁制作規格

本工程采用長方形柱體鋼筋混凝土界樁。高度1m，頂部設有倒角，最頂端橫截面長度110mm×110mm，漸變段高度為30mm，漸變段過后橫截面長均為150mm×150mm。

樁地面以上四面均按要求標注，采用凹形字，字體為隸書，面向管理范圍內立面為正面，面向管理范圍外立面為背面，內容分別為：正面標注“××級保護區”，字體為紅色，背面標注“范圍界+水源保護區簡稱+編號”，其中范圍界三個字用藍色表示，簡稱和編號用紅色字表示，左面標注“黔中水利”，字體為紅色，右面標注“嚴禁破壞”，字體為紅色（圖1）。

圖1 平寨水庫一級保護區界樁樣式

編號從平寨水庫依次編號，區分區域。例如：平寨水庫一級保護區可從1號開始直至結束，平寨二級保護區也從1號開始直至結束，準保護區亦是如此。

界樁布設原則：城市（鎮）規劃區樁（牌）間距不大于100m；非城市（鎮）規劃區樁（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、電站等涉河設施處、黔中水利樞紐各級范圍線拐彎（角度小于120°）處、水事糾紛和水事案件易發地段或行政界、保護區范圍界的拐點和縣f級行政區域邊界、工程交叉處或近村鎮處等復雜段應加密布設；在黔中水利無生產、生活人類活動的陡崖、荒山、森林等河段，可根據實際情況適當加大間距，峽谷段進出口各設置一個。

3.2 無人機、遙感數據方面

對水源保護區進行常態化的監管服務獲取無人機[2]、遙感數據[3]是基礎性工作，需要分區域按重要程度定點定時的進行常態化的遙感解譯監管。一級保護區和重點區域通過無人機航測獲取高分辨率正射影像，周期為6個月；所有保護區每三個月獲取不同分辨率的遙感影像，通過面向對象的自動解譯和人工解譯相結合的方式對影像進行分割和分類并進行統計分析，得到水源保護區的整體時空變化情況。

3.3 監管平臺的建設

監管平臺基于B/S形式開發，結合GIS電子地圖[4]技術，采用組件化技術構建。系統建設過程中考慮了跨多業務系統體系結構，要無縫對接現有業務系統和數據，避免出現封閉的“信息孤島”問題，以達到統一標準、統一平臺、資源共享、互聯互通的目的。平臺整體采用云架構，采取租賃數據服務的形式將數據存儲在云上貴州資源平臺，數據利用4G信號傳輸于數據庫，監管平臺調用相關數據進行分析處理，再反映到平臺展示相關信息，信息和手機APP平臺內容同步。

平臺集成的數據如下：①基礎地理信息數據（保護區范圍線、界樁界碑告示牌位置點、省市縣鄉村五級行政界線及行政駐點、保護區范圍內重要地名點、地形地貌數據、交通數據）。②涉水要素數據（水系數據、規模以上排污口數據、取水口數據、水文站分布數據、雨量站分布數據、水庫水電站分布數據，并預留環保部門監測數據），以圖層疊加的形式展示各數據。

平臺集成的信息系統包括省防辦防汛會商系統、水量調度監測系統，包括水資源調度決策系統及應用軟件系統、水情系統（水庫水文自動測報系統、灌區水文自動測報系統、工情監測系統、圖像遠程監視系統）、水質在線監測系統。

將貴州省黔中水利樞紐工程建設管理局會商室作為展示存儲監管信息系統的平臺，結合寬帶網絡接入技術和新一代視頻會議技術，通過把會議電視終端、視音頻輸入輸出等設備進行系統集成，形成一套完整的會商系統，以滿足日常預報會商需要，以及召開各類行政會議和舉辦各類業務培訓，最大限度地發揮現代化會商系統的效率。

4 監管平臺的優點及不足之處

監管平臺運用現代監管手段，對數據進行全面處理提高了黔中水利樞紐工程綜合監管水平。①應用遙感和無人機航測技術進行常態化的監管服務，按每6個月進行一次水源一級保護區無人機航測，每3個月一次遙感影像采集，分區域按重要程度定點定時進行常態化的遙感解譯監管，實時對監測結果的基礎性管理和分析工作，基于“一張圖”影像和實際巡查的圖形化“清四亂”臺賬，針對“四亂”問題進行統一管理。②通過對照遙感影像和現場照片、現場無人機圖片等手段，對問題和相應坐標進行逐一核對、修改和補漏，確認每一處問題及對應坐標，初步建立了黔中水利樞紐工程集中式飲用水水源保護區“一張圖”，實現了問題動態監管。利用遙感遙測信息管理系統，精確顯示每個問題的位置、尺寸及所屬管轄單位（河段）信息，通過和本底影像及數據庫對比，精確描述問題區域的動態變化信息，分類顯示已整改、未整改“四亂”信息，可選擇顯示不同時間段整改對象信息，也可自動統計各類“四亂”信息，為跟蹤、排查、整改、銷號等工作及分析、會商提供了高效的圖形化支撐。③利用手機APP監管平臺，對工程質量、安全、水政執法、水質保護等巡查內容在系統平臺展示，日常人員巡查時也能對發現問題及時上傳至手機并同步更新云端監管平臺內容，實現了數據資源一體化管理。

監管平臺與“透徹感知、全面互聯、智能應用”[5]的要求存在一定差距：①數據庫數據量較小并不全，缺少生態環境數據、水資源數據、氣象、國土、社會數據、平寨水庫工情等數據。遙感影像精度無法滿足目前應用需要，數據覆蓋面太窄。②數據處理方面，傳感設備智能化水平不高，而且成本偏高，高技術含量的多依靠進口，嚴重限制了智慧水利建設的發展。③遙感影像自動處理距離實用差距大，圖像自動識別智能化程度低，編譯處理能力不強。④目前監管平臺手機APP功能單一、兼容性差、系統不穩定等，應用普及率低。

5 結語

黔中水利樞紐工程監管信息化GIS可視化及遙感監測預警系統監管平臺通過建立從遙感（天）、無人機（空）、視頻監控（地）三個層面和監視范圍、監視種類兩個方面對飲用水水源保護區的運行情況實現全方位的監視，形成了種類齊全、覆蓋完整的實時信息監控體系，為水源保護區的監督管理和水資源調度提供堅實的數據支撐。