監(jiān)管平臺在黔中工程水源保護區(qū)中的應(yīng)用

李杰

（貴州省黔中水利樞紐工程建設(shè)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(qū)范圍，設(shè)立飲用水水源保護區(qū)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(jiān)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(qū)實地標定及監(jiān)管建設(shè)項目建議書，目的是為完成一級、二級和準保護區(qū)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(shù)進行常態(tài)化的監(jiān)管服務(wù)，建立基礎(chǔ)信息平臺，實現(xiàn)對監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)性管理和分析工作。

為此，貴州省黔中水利樞紐工程建設(shè)管理局與貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院聯(lián)合構(gòu)建了貴州省黔中水利樞紐工程監(jiān)管信息化GIS可視化及遙感監(jiān)測預警系統(tǒng)監(jiān)管平臺（以下簡稱：監(jiān)管平臺），本文就監(jiān)管平臺的開發(fā)目的、建設(shè)情況和使用中的經(jīng)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(qū)，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(qū)、跨流域長距離水利調(diào)水工程。用以解決黔中地區(qū)十多個縣（市）的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、城市等用水，覆蓋面積達4711km2。年調(diào)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(jīng)老卜底、巖腳、龍場、馬場、玻利、水母、太平農(nóng)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(jīng)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(jīng)東屯、馬路、廣順農(nóng)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(jiān)管平臺建設(shè)的目的

監(jiān)管平臺建設(shè)的目的是以“一張圖、一張網(wǎng)”為基礎(chǔ)，以水源保護區(qū)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(qū)范圍的影像數(shù)據(jù)，通過面向?qū)ο蟮慕庾g分析，對保護區(qū)范圍內(nèi)的變化情況進行全覆蓋的監(jiān)測和具體詳細的分析預警，建立監(jiān)測分析模型，識別提取水源保護區(qū)易擾區(qū)，進行重點的監(jiān)測保護。建立空間數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，建設(shè)遙感監(jiān)測展示分析平臺，實現(xiàn)對監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)性管理和分析工作。

3 建設(shè)內(nèi)容

監(jiān)管平臺的建設(shè)內(nèi)容主要由3大部分組成：①做好集中式飲用水水源保護區(qū)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(shù)據(jù)對不同保護區(qū)獲取不同分辨率的遙感影像。③構(gòu)建貴州省黔中水利樞紐工程監(jiān)管信息化GIS可視化及遙感監(jiān)測預警系統(tǒng)監(jiān)管平臺。

3.1 實地標定工程建設(shè)情況

項目工作內(nèi)容主要包括一級保護區(qū)1.59km2、二級保護區(qū)52.71km2和準保護區(qū)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(tǒng)。首級平面控制網(wǎng)布置為三等GPS控制網(wǎng)。（C）平差計算結(jié)果應(yīng)符合網(wǎng)中最弱點的點位中誤差不大于±5cm、控制網(wǎng)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(lián)測6個三等水準點來控制整個項目的高程。

3.1.3 保護區(qū)范圍線樁（牌）點放樣及測量

（1）采用CORS、RTK或全站儀進保護區(qū)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(wǎng)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(shè)支線點上進行放樣。

（3）當保護區(qū)范圍線樁（牌）點的放樣需增設(shè)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(qū)范圍線樁（牌）點放樣前應(yīng)對測站和方向點的坐標和高程進行檢核，滿足規(guī)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(fā)現(xiàn)保護區(qū)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(qū)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(qū)范圍線樁（牌）點埋設(shè)完成后應(yīng)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(qū)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(shè)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(yīng)應(yīng)進行重新放樣及埋設(shè)，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(guī)格

本工程采用長方形柱體鋼筋混凝土界樁。高度1m，頂部設(shè)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(nèi)立面為正面，面向管理范圍外立面為背面，內(nèi)容分別為：正面標注“××級保護區(qū)”，字體為紅色，背面標注“范圍界+水源保護區(qū)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(qū)界樁樣式

編號從平寨水庫依次編號，區(qū)分區(qū)域。例如：平寨水庫一級保護區(qū)可從1號開始直至結(jié)束，平寨二級保護區(qū)也從1號開始直至結(jié)束，準保護區(qū)亦是如此。

界樁布設(shè)原則：城市（鎮(zhèn)）規(guī)劃區(qū)樁（牌）間距不大于100m；非城市（鎮(zhèn)）規(guī)劃區(qū)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(shè)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(fā)地段或行政界、保護區(qū)范圍界的拐點和縣f級行政區(qū)域邊界、工程交叉處或近村鎮(zhèn)處等復雜段應(yīng)加密布設(shè)；在黔中水利無生產(chǎn)、生活人類活動的陡崖、荒山、森林等河段，可根據(jù)實際情況適當加大間距，峽谷段進出口各設(shè)置一個。

3.2 無人機、遙感數(shù)據(jù)方面

對水源保護區(qū)進行常態(tài)化的監(jiān)管服務(wù)獲取無人機[2]、遙感數(shù)據(jù)[3]是基礎(chǔ)性工作，需要分區(qū)域按重要程度定點定時的進行常態(tài)化的遙感解譯監(jiān)管。一級保護區(qū)和重點區(qū)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(qū)每三個月獲取不同分辨率的遙感影像，通過面向?qū)ο蟮淖詣咏庾g和人工解譯相結(jié)合的方式對影像進行分割和分類并進行統(tǒng)計分析，得到水源保護區(qū)的整體時空變化情況。

3.3 監(jiān)管平臺的建設(shè)

監(jiān)管平臺基于B/S形式開發(fā)，結(jié)合GIS電子地圖[4]技術(shù)，采用組件化技術(shù)構(gòu)建。系統(tǒng)建設(shè)過程中考慮了跨多業(yè)務(wù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，要無縫對接現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)封閉的“信息孤島”問題，以達到統(tǒng)一標準、統(tǒng)一平臺、資源共享、互聯(lián)互通的目的。平臺整體采用云架構(gòu)，采取租賃數(shù)據(jù)服務(wù)的形式將數(shù)據(jù)存儲在云上貴州資源平臺，數(shù)據(jù)利用4G信號傳輸于數(shù)據(jù)庫，監(jiān)管平臺調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析處理，再反映到平臺展示相關(guān)信息，信息和手機APP平臺內(nèi)容同步。

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

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

將貴州省黔中水利樞紐工程建設(shè)管理局會商室作為展示存儲監(jiān)管信息系統(tǒng)的平臺，結(jié)合寬帶網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)和新一代視頻會議技術(shù)，通過把會議電視終端、視音頻輸入輸出等設(shè)備進行系統(tǒng)集成，形成一套完整的會商系統(tǒng)，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(yè)務(wù)培訓，最大限度地發(fā)揮現(xiàn)代化會商系統(tǒng)的效率。

4 監(jiān)管平臺的優(yōu)點及不足之處

監(jiān)管平臺運用現(xiàn)代監(jiān)管手段，對數(shù)據(jù)進行全面處理提高了黔中水利樞紐工程綜合監(jiān)管水平。①應(yīng)用遙感和無人機航測技術(shù)進行常態(tài)化的監(jiān)管服務(wù)，按每6個月進行一次水源一級保護區(qū)無人機航測，每3個月一次遙感影像采集，分區(qū)域按重要程度定點定時進行常態(tài)化的遙感解譯監(jiān)管，實時對監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)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(tǒng)一管理。②通過對照遙感影像和現(xiàn)場照片、現(xiàn)場無人機圖片等手段，對問題和相應(yīng)坐標進行逐一核對、修改和補漏，確認每一處問題及對應(yīng)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(qū)“一張圖”，實現(xiàn)了問題動態(tài)監(jiān)管。利用遙感遙測信息管理系統(tǒng)，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(shù)據(jù)庫對比，精確描述問題區(qū)域的動態(tài)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(tǒng)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(jiān)管平臺，對工程質(zhì)量、安全、水政執(zhí)法、水質(zhì)保護等巡查內(nèi)容在系統(tǒng)平臺展示，日常人員巡查時也能對發(fā)現(xiàn)問題及時上傳至手機并同步更新云端監(jiān)管平臺內(nèi)容，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源一體化管理。

監(jiān)管平臺與“透徹感知、全面互聯(lián)、智能應(yīng)用”[5]的要求存在一定差距：①數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量較小并不全，缺少生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)、水資源數(shù)據(jù)、氣象、國土、社會數(shù)據(jù)、平寨水庫工情等數(shù)據(jù)。遙感影像精度無法滿足目前應(yīng)用需要，數(shù)據(jù)覆蓋面太窄。②數(shù)據(jù)處理方面，傳感設(shè)備智能化水平不高，而且成本偏高，高技術(shù)含量的多依靠進口，嚴重限制了智慧水利建設(shè)的發(fā)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(jiān)管平臺手機APP功能單一、兼容性差、系統(tǒng)不穩(wěn)定等，應(yīng)用普及率低。

5 結(jié)語

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