“天-空-地”監(jiān)測技術(shù)在信陽市智慧河湖監(jiān)管中的應(yīng)用

賈智樂，郭步天，黃 偉，肖言永，王 源

（1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003；2.信陽市水利局，河南 信陽 464000；3.羅山縣水利局，河南 信陽 464000）

1 引言

信陽市位于河南省南部，全市面積約1.90 萬km2，境內(nèi)河流分布眾多，其中流域面積在1 000 km2以上的較大支流10條，流域面積在100 km2以上的支流49條；信陽市共有15位市級河長，共計(jì)涉及17條河流，總長度約1 700 km，其中淮河、史灌河是省級河長負(fù)責(zé)的河流。信陽市轄區(qū)內(nèi)河道管理范圍內(nèi)灘地較多、范圍較廣，河湖“亂占、亂采、亂堆、亂建”問題長期以來是信陽市河長辦關(guān)注的重點(diǎn)。

基于“天-空-地”一體化監(jiān)測體系構(gòu)建的信陽市河湖智慧監(jiān)管的主要內(nèi)容包括利用時(shí)效的高分辨衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行信陽市河湖“四亂”問題的解譯排查，開發(fā)移動(dòng)端河湖智慧監(jiān)管助手APP，并兼顧無人機(jī)航空攝影測量進(jìn)行現(xiàn)場的“詳查”，構(gòu)建全過程河湖智慧監(jiān)管平臺，對外業(yè)核查的問題進(jìn)行全流程的信息化管理，進(jìn)行對“詳查”后的”四亂”問題交辦地方河長制工作人員借助核查APP進(jìn)行現(xiàn)場認(rèn)定“核查”，最終對認(rèn)定的問題整改修復(fù)情況進(jìn)行“復(fù)查”的“四查”閉環(huán)管理。

2 衛(wèi)星遙感監(jiān)管

2.1 高分辨衛(wèi)星遙感影像的批處理

獲取的原始的衛(wèi)星遙感影像需要經(jīng)過處理才能使用。常用的衛(wèi)星遙感影像處理軟件包括ENVI、ERDAS、ARCGIS 等，但基本上都是單景的處理，對影像的處理主要包括了輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正、影像融合和幾何精校正等內(nèi)容。在信陽智慧河湖監(jiān)管中，涉及的面積較廣，影像較多，其中，亞米級影像約43景。采用傳統(tǒng)的作業(yè)模式投入的人力、物力、財(cái)力較多，效率低下。

基于ENVI 提供的二次開發(fā)語言IDL 進(jìn)行編譯，采用標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)設(shè)置、基于特征點(diǎn)提取算法的幾何校正實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正、影像融合的批量處理，并通過收集河南省全境域高分辨率、高空間位置精度的影像作為基準(zhǔn)影像，通過公司測繪項(xiàng)目積累的成果檢驗(yàn)基準(zhǔn)影像的精度，經(jīng)檢驗(yàn)，基準(zhǔn)影像的空間位置精度優(yōu)于1 個(gè)像元，可以作為基準(zhǔn)影像來使用；通過自動(dòng)配準(zhǔn)融合后的待配準(zhǔn)影像結(jié)合基準(zhǔn)影像，并自動(dòng)過濾中誤差較大的點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)對融合后影像的自動(dòng)幾何精校正，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對多源衛(wèi)星遙感影像的批量自動(dòng)化全過程處理。

2.2 協(xié)同解譯平臺構(gòu)建

衛(wèi)星遙感影像特點(diǎn)之一是“宏觀”，即單景影像覆蓋的范圍非常大，用于信陽智慧監(jiān)管的亞米級影像覆蓋面積大約400 km2，單景影像的存儲空間約10 G，查看影像的情況需要專業(yè)的遙感軟件方可打開，無論對于問題解譯還是后續(xù)的管理應(yīng)用，非常不便。為了提高解譯問題效率和自動(dòng)化程度，基于一個(gè)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建開發(fā)協(xié)同解譯平臺，實(shí)現(xiàn)多人協(xié)同操作，常見問題類型流程化選擇。協(xié)同解疑的前提是實(shí)現(xiàn)全部數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)端輕量化切片發(fā)布，同時(shí)，對河道的管理范圍線數(shù)據(jù)、水利普查數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，添加到協(xié)同解譯平臺中，保證所有的數(shù)據(jù)在一個(gè)坐標(biāo)框架內(nèi)。通過協(xié)同解譯平臺，可以自動(dòng)的獲取問題圖斑所在的政區(qū)、詳細(xì)位置信息、經(jīng)緯度等信息，并對于常見的問題類型進(jìn)行細(xì)分，如“亂建”問題中，細(xì)分養(yǎng)殖、工廠、餐飲、棚房、農(nóng)房、其他等類型，便于后期按類型進(jìn)行精細(xì)化管理。

協(xié)同解譯平臺分賬號進(jìn)行登錄操作（圖1），管理人員完成任務(wù)的分配后，各個(gè)操作人員可以看到各自的劃分區(qū)域，同時(shí)，自己的劃分成果可以實(shí)時(shí)的加載顯示到平臺中，既能避免重復(fù)，也可減少遺漏，進(jìn)而提高了整個(gè)解譯過程的效率和效果。

圖1 協(xié)同解疑平臺界面圖

3 智慧監(jiān)管平臺構(gòu)建

3.1 智慧監(jiān)管系統(tǒng)

智慧監(jiān)管系統(tǒng)主要用于河長制管理部門人員通過電腦查看管轄區(qū)域內(nèi)存在的問題。系統(tǒng)疊加了衛(wèi)星遙感影像、河庫信息、道路村莊信息等。通過不同的顏色圖標(biāo)來表示不同類型的問題，主界面以地圖形式展示了各個(gè)階段發(fā)現(xiàn)的“四亂”問題點(diǎn)空間分布，并用不同的字母進(jìn)行標(biāo)記。不同排查階段的問題點(diǎn)用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)識，其中未排查的問題點(diǎn)為藍(lán)色，已排查屬實(shí)或認(rèn)定有效的問題點(diǎn)為紅線白底，已排查不屬實(shí)或認(rèn)定無效的問題點(diǎn)為灰色，各級用戶現(xiàn)場排查后，對紅線白底的點(diǎn)進(jìn)行逐個(gè)認(rèn)定，認(rèn)定是有效的為紅線紅底，認(rèn)定是無效的為灰色，認(rèn)定有效的點(diǎn)進(jìn)入到監(jiān)管體系中，分時(shí)間進(jìn)行逐步的整改，整改完成的問題點(diǎn)為綠色。智慧監(jiān)管系統(tǒng)界面見圖2。

圖2 智慧監(jiān)管系統(tǒng)界面圖

智慧監(jiān)管系統(tǒng)是全過程的監(jiān)管，從遙感影像上解譯發(fā)現(xiàn)疑似問題開始，到現(xiàn)場進(jìn)行“詳查”確定，再到各個(gè)地方的河長辦專職人員對“詳查”的結(jié)果進(jìn)行認(rèn)定，以及對最終的認(rèn)定成果整改情況“復(fù)查”等信息，均可在系統(tǒng)中進(jìn)行查看。系統(tǒng)分賬號進(jìn)行設(shè)置，不同的權(quán)限只能查看各自權(quán)限內(nèi)的內(nèi)容。通過“一張圖”的直觀展示，可以查看各個(gè)問題點(diǎn)的類型、現(xiàn)場照片、具體位置等詳細(xì)信息。系統(tǒng)提供了條件檢索功能，進(jìn)入“問題列表”界面，用戶可以設(shè)置篩選條件檢索目標(biāo)“四亂”問題，如“四亂”問題類別、政區(qū)、河流、排查與否、認(rèn)定與否等條件，編輯界面分為問題排查、問題認(rèn)定、問題整改三個(gè)選項(xiàng)卡，分別對應(yīng)著“四亂”問題詳查、核查、復(fù)查，與基于遙感影像的解譯巡查共同構(gòu)成“四查”手段的閉環(huán)管理。同時(shí)在該界面用戶可以批量將檢索到的問題以列表或報(bào)告形式導(dǎo)出。

3.2 河湖智慧監(jiān)管助手APP系統(tǒng)

為了方便開展現(xiàn)場排查、認(rèn)定、整改復(fù)查工作，提高工作效率，開發(fā)了移動(dòng)端的河湖智慧監(jiān)管助手APP（圖3）。河湖智慧監(jiān)管助手APP與智慧監(jiān)管系統(tǒng)基于一個(gè)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享，分賬戶權(quán)限設(shè)置，各級用戶登錄后查看各級管轄區(qū)域的基本情況。河湖智慧監(jiān)管助手APP具有導(dǎo)航的功能，可以便于使用者快速的導(dǎo)航到問題點(diǎn)現(xiàn)場，問題點(diǎn)的現(xiàn)場填報(bào)采用流程化的操作，既能避免遺漏，也可以提高效率，通過現(xiàn)場拍照提交后，在智慧監(jiān)管系統(tǒng)中，可以實(shí)時(shí)查看問題點(diǎn)的現(xiàn)場點(diǎn)基本情況。

圖3 信陽市河湖智慧監(jiān)管助手APP圖

4 信陽市智慧河湖監(jiān)管成效

通過衛(wèi)星遙感、無人機(jī)遙感結(jié)合信息化技術(shù)構(gòu)建的信陽市智慧河湖監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)了“天-空-地”一體化的全流程監(jiān)管，通過后臺的監(jiān)管、處理、分析、統(tǒng)計(jì)等形成河長監(jiān)管的閉環(huán)，提高問題情況的巡查效率、分析效率、審查效率，構(gòu)建目標(biāo)更明確、響應(yīng)更高效、結(jié)果更真實(shí)、查詢更便捷、審查更方便的常態(tài)化監(jiān)管體系?；緦?shí)現(xiàn)了對信陽市境內(nèi)問題的摸底排查，形成了清晰的電子臺賬和信息化問題管理，有助于信陽市河長辦在短時(shí)間、低投入的情況的下摸清家底；有助于信陽市河長辦核實(shí)縣、鄉(xiāng)上報(bào)問題的具體處理情況；有助于信陽市河長辦向主要成員單位根據(jù)相應(yīng)問題分類、推送、落實(shí)、解決。

5 結(jié)論

基于“天-空-地”一體化監(jiān)測體系構(gòu)建的信陽市河湖智慧監(jiān)管，改變了傳統(tǒng)河湖監(jiān)管的模式，實(shí)現(xiàn)了利用遙感技術(shù)結(jié)合信息化手段進(jìn)一步推動(dòng)河湖發(fā)現(xiàn)問題由隨機(jī)性向針對性、由外業(yè)調(diào)查向內(nèi)業(yè)分析的兩個(gè)轉(zhuǎn)變，從技術(shù)上進(jìn)一步提升了信陽市河湖管理的工作效率。利用“一張圖”構(gòu)建的河湖智慧監(jiān)管系統(tǒng)同時(shí)具有較好的可擴(kuò)展性，對于區(qū)域內(nèi)的重要水利工程設(shè)施、已有的攝像頭位置及信號、雨水量傳感器位置及數(shù)據(jù)等都可以集成到智慧監(jiān)管系統(tǒng)中，進(jìn)而更加智能的分析和管理轄區(qū)域內(nèi)的水情，在未來數(shù)字孿生的應(yīng)用場景中，均可發(fā)揮較好的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。