三維智慧水利

黨的十九大報告中明確提出要建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國、智慧社會，黨中央對實施網(wǎng)絡(luò)強國戰(zhàn)略做出全面部署，2018年中央一號文件明確提出實施智慧農(nóng)業(yè)林業(yè)水利工程。2019年全國水利工作會議提出，抓好智慧水利頂層設(shè)計，構(gòu)建安全實用、智慧高效的水利信息大系統(tǒng)。智慧水利是智慧社會的組成部分，是補短板、強監(jiān)管的重要抓手，是推進新時代水利現(xiàn)代化的重要舉措，也是水利信息化的發(fā)展方向。

智慧水利離不開準確的空間數(shù)據(jù)獲取與表達，飛燕遙感擁有最先進的航空攝影測量技術(shù)、設(shè)備及專業(yè)團隊，在水利空間數(shù)據(jù)獲取上，能為客戶提供大流域面積、地形、水質(zhì)、工程、斷面等空間數(shù)據(jù)。

在智慧水利應(yīng)用層面，飛燕遙感充分運用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、數(shù)字映射、數(shù)字孿生、人工智能等新一代信息技術(shù)，以物理流域為單元，強化水利業(yè)務(wù)與數(shù)字化、智能化深度融合，基于數(shù)字孿生技術(shù)，搭建數(shù)字流場，實現(xiàn)流域時空場景數(shù)字化。

一、方案總體架構(gòu)

解決方案總體架構(gòu)總體分為六層，感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、平臺層、應(yīng)用層和展現(xiàn)層。

整體架構(gòu)

感知層是平臺所需信息的智能感知和主動獲取體系，主要通過綜合運用手持設(shè)備、視頻監(jiān)控、GPS、航空遙感、衛(wèi)星遙感等技術(shù)手段，實時獲取水利基礎(chǔ)信息，并感知水利要素變化。

網(wǎng)絡(luò)層是平臺運行所依賴的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，主要包括無線和有線網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)層是平臺需要的數(shù)據(jù)類型，主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、河網(wǎng)水系數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、涉水數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)動態(tài)數(shù)據(jù)、氣象時空數(shù)據(jù)等。

平臺層是水利三維地理信息服務(wù)平臺運營的基石，主要包括運維管理平臺、地圖服務(wù)平臺和移動支撐平臺等，為應(yīng)用層提供基礎(chǔ)性架構(gòu)和運行環(huán)境。

應(yīng)用層是依托平臺層并結(jié)合用戶實際需求設(shè)計的業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括水利一張圖管理、流域一體化管理、三維配水運維管理、排污監(jiān)測管理、水質(zhì)監(jiān)測管理和氣象監(jiān)測預警等。

展示層為平臺的各項服務(wù)與應(yīng)用提供用戶操作展示界面和多種接入方式，主要采用門戶網(wǎng)站、PC端和移動端三種展示方式。

二、天空地一體化涉水時空大數(shù)據(jù)采集

水利時空大數(shù)據(jù)來源分為江河湖泊水系、水利工程設(shè)施和管理活動，其采集手段主要為地面監(jiān)測、衛(wèi)星遙感、航空遙感、互聯(lián)網(wǎng)采集及模型模擬等五類。

方案提供高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)服務(wù)，同時基于自研8.8億像素的航空集成多傳感器航攝儀、最高像素為4.5億的大幅面高精度UC系列數(shù)碼航攝儀、200萬赫茲的機載激光雷達相機、5億像素的傾斜航攝儀及無人機隊，結(jié)合云數(shù)據(jù)處理中心，構(gòu)建空天地一體化數(shù)據(jù)獲取服務(wù)，可為水利時空大數(shù)據(jù)的建設(shè)提供衛(wèi)星影像、航空影像、傾斜影像、高光譜影像、熱紅外影像和激光點云等數(shù)據(jù)采集和處理。

三、二三維水利時空數(shù)據(jù)治理

方案提供多源多形態(tài)數(shù)據(jù)綜合治理，實現(xiàn)高精度遙感解譯服務(wù)，快速生產(chǎn)江河湖庫常規(guī)4D產(chǎn)品、影像掛圖、電子地圖和三維實景模型等產(chǎn)品，建立健全江河湖庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，通過水利時空大數(shù)據(jù)云平臺實現(xiàn)遙感大數(shù)據(jù)的收集、處理與下發(fā)應(yīng)用，輔助水利相關(guān)單位快速摸清問題底數(shù)，有效解決水利“四亂”等突出問題，實現(xiàn)江河湖庫的動態(tài)實時監(jiān)管。

海岸帶正射影像圖

河湖藍線空間化

水域侵占監(jiān)測

四、智慧水利時空大數(shù)據(jù)云平臺

時空大數(shù)據(jù)云平臺是智慧水利的基礎(chǔ)支撐平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入、存儲、共享、發(fā)布及展示。云平臺依托地理信息多源數(shù)據(jù)單次同步獲取技術(shù)，融合江河湖庫基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)實時感知和互聯(lián)網(wǎng)在線抓取等數(shù)據(jù)，構(gòu)建水利大數(shù)據(jù)底座，圍繞水利相關(guān)實際需求，提供智慧應(yīng)用支撐。

云平臺功能特點有：

?三維多源數(shù)據(jù)管理與展示

支持DOM、DEM、傾斜mesh、點云、BIM模型、衛(wèi)星遙感、高光譜等多源數(shù)據(jù)服務(wù)管理、展示及交互式瀏覽。

?三維自然場景渲染

支持日照、降雨、降雪、霧等自然場景模擬。

?空間量算

支持距離量算、面積量算、高度量算及位置拾取。

?自動瀏覽

自動飛行瀏覽及書簽自動瀏覽、自定義設(shè)置及循環(huán)播放。

?空間分析

天際線分析、限高分析、通視性分析、可視域分析、日照分析、剖面分析等。

?三維數(shù)據(jù)共享服務(wù)

實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)共享，按照三維數(shù)據(jù)范圍、時間、權(quán)限等進行共享控制。

?坐標轉(zhuǎn)換

提供互聯(lián)網(wǎng)地圖坐標、國家標準地圖坐標、本地坐標的批量轉(zhuǎn)換服務(wù)。

?其他功能

視頻終端動態(tài)接入、三維專題圖、三維動態(tài)規(guī)劃等。

五、數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)應(yīng)用

（一）水利大數(shù)據(jù)中心

水利大數(shù)據(jù)中心依托于云計算、大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)和空間信息等技術(shù)，通過整合基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、河網(wǎng)水系數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、涉水數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)動態(tài)數(shù)據(jù)、氣象時空數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)河道產(chǎn)匯流分析、水情水質(zhì)相關(guān)關(guān)系分析、水質(zhì)水量調(diào)度分析、受災(zāi)影響預測、河段水污染風險分析等功能，為水利業(yè)務(wù)決策提供科學依據(jù)。

（二）智慧水利一張圖

以水利普查、1∶10000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和第一次全國地理國情普查成果等為數(shù)據(jù)源，提取水系、地名、行政區(qū)劃等基礎(chǔ)要素，結(jié)合河道岸線、藍線和管理線等范圍線，整合水電站、排污口、監(jiān)測斷面、水文站、涉河建筑、水利工程等數(shù)據(jù)，形成水利信息完整覆蓋的一張圖基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，通過接入各類涉水的監(jiān)測信息疊加分析，實現(xiàn)區(qū)域水情監(jiān)測、險情監(jiān)控、淹沒分析、氣象分析、水質(zhì)監(jiān)測及河長制管理等功能。

（三）三維配水運維管理

在系統(tǒng)中引入BIM模型，通過三維引擎仿真渲染后，實時直觀地以三維場景展示配水運維工程，并將實時獲取的各類運行信息在三維場景中結(jié)合局部三維模型直觀展示，具有配水運維工程空間查詢、建筑信息查詢、安全監(jiān)測、運行狀態(tài)監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、視頻監(jiān)控和工程管理等功能。

（四）排污監(jiān)測管理

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信、傳感控制等信息科技手段，對各路管網(wǎng)污水排放、運行、處理等進行全程動態(tài)管控，統(tǒng)計排污總量、排污口等信息，并展示各區(qū)域內(nèi)排污治理情況。通過對污染源、管網(wǎng)、泵站、處理廠的水質(zhì)水量進行監(jiān)控，實現(xiàn)排污預警預報功能。

（五）水質(zhì)監(jiān)測管理

通過接入已有的水質(zhì)監(jiān)測站點數(shù)據(jù)，對排水泵站、污水排放口、排水管網(wǎng)監(jiān)測點的水質(zhì)進行實時監(jiān)測，監(jiān)測指標主要包括PH值、COD、SS、氨氮以及總磷等，可進行水質(zhì)查詢、水質(zhì)分布情況查詢及水質(zhì)標準查詢。

（六）氣象監(jiān)測預警

通過三維GIS技術(shù)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、區(qū)域地形、河網(wǎng)等信息，構(gòu)建氣象監(jiān)測預警系統(tǒng)。基于氣象因素動態(tài)分析，科學預測區(qū)域內(nèi)水域、水利受影響范圍及程度。針對極端天氣，例如臺風，系統(tǒng)會錄入臺風的運動軌跡與時間信息，預測臺風登陸的時間地點，適時發(fā)出預警信息。

三、項目案例

1、福建省縣級海域動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)

2、淮河數(shù)字流域建設(shè)

3、福建省河道岸線規(guī)劃服務(wù)

4、青島市入河湖排污（水）口排查

5、無人機海洋巡查

6、寧夏黃河數(shù)字航攝及正射影像圖制作

7、疏勒河數(shù)字航攝及正射影像圖制作

8、福清海岸線數(shù)字航攝

9、福建閩江流域數(shù)字航攝

10、浙江海岸線數(shù)字航攝

11、福建海岸線數(shù)字航攝

12、黑河干流河道地形圖航攝

13、九龍江河道岸線正射影像圖制作

14、河北海岸帶正射影像圖制作

15、北干流河段地形圖測繪