“天-空-地”監測技術在信陽市智慧河湖監管中的應用

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責的河流。信陽市轄區內河道管理范圍內灘地較多、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注的重點。

基于“天-空-地”一體化監測體系構建的信陽市河湖智慧監管的主要內容包括利用時效的高分辨衛星遙感影像進行信陽市河湖“四亂”問題的解譯排查，開發移動端河湖智慧監管助手APP，并兼顧無人機航空攝影測量進行現場的“詳查”，構建全過程河湖智慧監管平臺，對外業核查的問題進行全流程的信息化管理，進行對“詳查”后的”四亂”問題交辦地方河長制工作人員借助核查APP進行現場認定“核查”，最終對認定的問題整改修復情況進行“復查”的“四查”閉環管理。

2 衛星遙感監管

2.1 高分辨衛星遙感影像的批處理

獲取的原始的衛星遙感影像需要經過處理才能使用。常用的衛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、大氣校正、幾何校正、影像融合和幾何精校正等內容。在信陽智慧河湖監管中，涉及的面積較廣，影像較多，其中，亞米級影像約43景。采用傳統的作業模式投入的人力、物力、財力較多，效率低下。

基于ENVI 提供的二次開發語言IDL 進行編譯，采用標準化的參數設置、基于特征點提取算法的幾何校正實現，構建輻射定標、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影像，通過公司測繪項目積累的成果檢驗基準影像的精度，經檢驗，基準影像的空間位置精度優于1 個像元，可以作為基準影像來使用；通過自動配準融合后的待配準影像結合基準影像，并自動過濾中誤差較大的點位，實現對融合后影像的自動幾何精校正，進而實現了對多源衛星遙感影像的批量自動化全過程處理。

2.2 協同解譯平臺構建

衛星遙感影像特點之一是“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的遙感軟件方可打開，無論對于問題解譯還是后續的管理應用，非常不便。為了提高解譯問題效率和自動化程度，基于一個數據庫構建開發協同解譯平臺，實現多人協同操作，常見問題類型流程化選擇。協同解疑的前提是實現全部數據的網絡端輕量化切片發布，同時，對河道的管理范圍線數據、水利普查數據進行坐標轉換，添加到協同解譯平臺中，保證所有的數據在一個坐標框架內。通過協同解譯平臺，可以自動的獲取問題圖斑所在的政區、詳細位置信息、經緯度等信息，并對于常見的問題類型進行細分，如“亂建”問題中，細分養殖、工廠、餐飲、棚房、農房、其他等類型，便于后期按類型進行精細化管理。

協同解譯平臺分賬號進行登錄操作（圖1），管理人員完成任務的分配后，各個操作人員可以看到各自的劃分區域，同時，自己的劃分成果可以實時的加載顯示到平臺中，既能避免重復，也可減少遺漏，進而提高了整個解譯過程的效率和效果。

圖1 協同解疑平臺界面圖

3 智慧監管平臺構建

3.1 智慧監管系統

智慧監管系統主要用于河長制管理部門人員通過電腦查看管轄區域內存在的問題。系統疊加了衛星遙感影像、河庫信息、道路村莊信息等。通過不同的顏色圖標來表示不同類型的問題，主界面以地圖形式展示了各個階段發現的“四亂”問題點空間分布，并用不同的字母進行標記。不同排查階段的問題點用不同的顏色進行標識，其中未排查的問題點為藍色，已排查屬實或認定有效的問題點為紅線白底，已排查不屬實或認定無效的問題點為灰色，各級用戶現場排查后，對紅線白底的點進行逐個認定，認定是有效的為紅線紅底，認定是無效的為灰色，認定有效的點進入到監管體系中，分時間進行逐步的整改，整改完成的問題點為綠色。智慧監管系統界面見圖2。

圖2 智慧監管系統界面圖

智慧監管系統是全過程的監管，從遙感影像上解譯發現疑似問題開始，到現場進行“詳查”確定，再到各個地方的河長辦專職人員對“詳查”的結果進行認定，以及對最終的認定成果整改情況“復查”等信息，均可在系統中進行查看。系統分賬號進行設置，不同的權限只能查看各自權限內的內容。通過“一張圖”的直觀展示，可以查看各個問題點的類型、現場照片、具體位置等詳細信息。系統提供了條件檢索功能，進入“問題列表”界面，用戶可以設置篩選條件檢索目標“四亂”問題，如“四亂”問題類別、政區、河流、排查與否、認定與否等條件，編輯界面分為問題排查、問題認定、問題整改三個選項卡，分別對應著“四亂”問題詳查、核查、復查，與基于遙感影像的解譯巡查共同構成“四查”手段的閉環管理。同時在該界面用戶可以批量將檢索到的問題以列表或報告形式導出。

3.2 河湖智慧監管助手APP系統

為了方便開展現場排查、認定、整改復查工作，提高工作效率，開發了移動端的河湖智慧監管助手APP（圖3）。河湖智慧監管助手APP與智慧監管系統基于一個數據庫構建，保證了數據的實時共享，分賬戶權限設置，各級用戶登錄后查看各級管轄區域的基本情況。河湖智慧監管助手APP具有導航的功能，可以便于使用者快速的導航到問題點現場，問題點的現場填報采用流程化的操作，既能避免遺漏，也可以提高效率，通過現場拍照提交后，在智慧監管系統中，可以實時查看問題點的現場點基本情況。

圖3 信陽市河湖智慧監管助手APP圖

4 信陽市智慧河湖監管成效

通過衛星遙感、無人機遙感結合信息化技術構建的信陽市智慧河湖監管，實現了“天-空-地”一體化的全流程監管，通過后臺的監管、處理、分析、統計等形成河長監管的閉環，提高問題情況的巡查效率、分析效率、審查效率，構建目標更明確、響應更高效、結果更真實、查詢更便捷、審查更方便的常態化監管體系?；緦崿F了對信陽市境內問題的摸底排查，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間、低投入的情況的下摸清家底；有助于信陽市河長辦核實縣、鄉上報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相應問題分類、推送、落實、解決。

5 結論

基于“天-空-地”一體化監測體系構建的信陽市河湖智慧監管，改變了傳統河湖監管的模式，實現了利用遙感技術結合信息化手段進一步推動河湖發現問題由隨機性向針對性、由外業調查向內業分析的兩個轉變，從技術上進一步提升了信陽市河湖管理的工作效率。利用“一張圖”構建的河湖智慧監管系統同時具有較好的可擴展性，對于區域內的重要水利工程設施、已有的攝像頭位置及信號、雨水量傳感器位置及數據等都可以集成到智慧監管系統中，進而更加智能的分析和管理轄區域內的水情，在未來數字孿生的應用場景中，均可發揮較好的作用，具有廣闊的應用前景。