基于时空信息技术的智慧水利建设

2022-03-21版权声明我要投稿

  综合运用时空信息技术赋能智慧水利建设,助力水利行业实现水体生态环境监测、非法采砂实时监管、水资源动态监测、大坝安全位移监管等多样的水利行业综合应用,以先进理念助力水利发展及水利行业的信息化。

  近年来,我国时空信息技术发展迅猛,卫星遥感技术在对地观测数据获取的能力、数量和覆盖面上也取得了跨越式发展,北斗和高分系列为代表的国家空间信息基础设施取得长足进步。2020年7月31日,习近平总书记宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通,标志着北斗卫星导航系统开始面向全世界提供服务。“北斗+高分”融合发展逐渐成为业界共识,并在诸多行业开始落地应用。

  自新中国成立以来,国家大力建设水利基础设施,我国水利设施迅速形成了一定的规模,经过多年的建设我国建成了覆盖农田灌溉、供水、防汛等的完善体系。为认真贯彻党中央、国务院关于水利工作的决策部署,立足防大汛、抗大旱、抢大险、救大灾,抓好隐患排查,加强应急保障,提升水寒灾害应急抢险救援能力,依托自主可控的北斗技术辅之以各类遥感卫星数据服务水利行业将在技术和管理层面起到重要的作用。

1系统设计

  通过综合应用云计算、区块链、卫星导航和遥感等技术构建智慧水利平台,智慧水利平台将河流、基础设施及运行体系融合起来,先进创新融合国家、省级、区域的数据资源构建水利大数据中心,通过汇聚统一时空框架进行共享,实现数据的互联互通,结合水利相关业务构建水利专业运营、工程建设、资源开发、全域供水等相关领域的综合系统,助力智慧水利平台高效率全阶段的综合管控,为各级政府部门综合监管、资源调配、应急服务提供可靠的支持,最终实现绿水青山,大美河湖。

  1.1建设内容

  智慧水利平台以地面站网为基础,以水循环为线索,引入遥感监测技术,全方位监测水利生态、水利安全、水利信息,综合支撑多业务的应用。

  (1)感知工程

  (2)数据中心

  构建一个海量异构数据中心,为水利业务应用提供计算资源、存储资源等基础设施资源,同时围绕水利业务构建多源异构数据资源池,为一体化应用提供数据支撑。

  (3)平台

  建设平台开展水利数据和应用的深度集成,为水土保持监测、河道监管等应用系统建设提供支撑,为领导提供决策分析辅助。

  (4)应用

  构建覆盖智慧防汛、水利管理、水土监测、生态监管、资源管理、水利执法等综合应用体系,提升水域监测实时化、预警的智能化、机动化能力。如图1所示。

  1.2系统功能

  1.2.1多源数据引接汇聚

  根据智慧水利建设标准规范,开发与自然资源、生态环境、交通等部门已有系统的通信链路和交互接口,将基础空间数据(包括地形数据、工程数据、地址数据)以及相关业务数据、外部信息化数据、实时监测数据等多源数据的引接汇聚,为智慧水利应用提供实时准确的数据。

  1.2.2时空数据管理

  时空数据管理主要实现时空大数据的统一存储、时空查询、数据分析、可视化、一体化应用的功能。在时空大数据统一存储方面,通过分析相关数据的类型及特点,构建多样式的存储类型和逻辑结构,对各式数据的类型进行统一加工存储,存储方式支持多种模式。在时空大数据搜索方面,统筹考虑时空数据不同类型的特征,通过对时空数据不同时间和不同属性的综合搜索查引,能够获取到不同类型的相关数据。在时空大数据支持方面,通过多样式的时空数据和传统数据相互融合,能够支持不同状态、不同空间、不同结构的数据持续更新。

  1.2.3时空信息数据服务

  基于统一的元数据同步、用户管理和授权机制,通过统一的服务窗口,面向管理者、业务人员等提供影像、矢量、模型、监测、监控等数据服务,用户可进行数据的在线浏览、授权下载等功能。时空信息数据服务主要包括了空间位置数据服务、二三维影像数据服务、遥感数据服务、卫星导航数据服务、OGC标准服务及其他类型服务等内容。

  1.2.4时空一体综合可视化服务

  地理信息、三维模型、实时数据、遥感影像等通过图层融合、叠加、图表等方式进行直观表达,提供强大的可视化能力和丰富的插件,能够快速构建多维立体可视化场景,辅助用户有效决策。

  1.2.5水资源信息监测能力

  基于地面监测和卫星遥感相结合的水资源立体监测体系,实现水资源统一管理,增强水资源的调度能力、协同能力和使用效率;具备水资源动态监测信息的实时或准实时的图表显示及超限信息预警能力。

  1.2.6提升行政管理能力

  利用卫星遥感技术进行监测,实现对建设项目审批后监管,水域岸线监测,及时发现未批先建或不按批复要求建设等违法行为。通过视频监控、卫星遥感、无人机等应用实现重点水域和敏感河段的河道采砂信息监管,获取非法采砂重点河段和敏感水域信息,提高河道采砂管理的科学性、问题的针对性和监管的精细化水平。1.2.7其他功能

  (1)利用卫星遥感监测及只能分析技术,结合旱情见相册评估模型,构建旱情监测评估结果校核体系,实现旱情综合监测评估。

  (2)通过水情和视频、物联网传感监测设备的集成监控,实现对工程运行的监控。可以通过视频影像智能识别获取水位等水文信息和关键部位的实时工况信息。

  (3)利用视频监控、遥感卫星监测等现代化感知手段,动态监管重要水利工程建设各阶段的安全、进度、投资、质量的全过程,逐步实现智能化、精细化的工程管理模式。通过高清遥感影像解译、大数据分析以及无人机航拍等手段发现问题数据。

  (4)结合水利基础数据和江河湖泊、水资源、水工程、资金和政务等业务数据,建立准确发现问题的监管数据指标体系,对照“问题清单”构建线索自动发现模型。

  (5)抽取整合和综合利用水资源供需分析、水资源调度配置模型、洪水/干旱的精细化预测预报、城乡供水安全分析与预测等智能应用的成果,构建全流域江河水系及水利工程的联合优化调度模型,为江河调度智能决策的辅助支撑,提升江河调度的综合智能决策能力。

  (6)通过运维监控平台,对智慧水利涉及的感知、网络、计算、存储、平台、应用等对象进行全面的监控,掌握各对象运行状态,并进行可视化展示。

2系统特点

  (1)水利综合大数据

  通过综合应用云计算、区块链、卫星导航和遥感等技术构建智慧水利数据中心,协调融合了相关水利数据信息,智慧水利数据中心提供了标准一致的数据接口,将各部门之间的协调时间大大降低,为智慧水利数据的标准统一提供了可靠的支撑。

  (2)空天地一体化的立体感知

  通过空天地一体化的立体感知构建综合感知平台,能够及时有效的对各方信息(比如气象预警、灾害预警)进行获取,从而为智慧水利的立体感知、数据服务提供支持。

  (3)水利业务全覆盖

  通过对智慧水利业务数据的分析应用,将先进技术应用到该系统中,为各行业提供及时可靠的数据服务。

  通过智慧水利系统的建设,实现水利行业多情景、多信息的分析应用,将行业不同信息进行整合,能够推进水利大数据的服务应用,该系统的建设能够实现水利行业管理的细致化、实时化的目标,对水利行业的合理配置及环境保护提供有效的数据支撑。

作者:乔鹏 单位:山西省信息产业技术研究院有限公司

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