监管平台在黔中工程水源保护区中的应用

李杰

（贵州省黔中水利枢纽工程建设管理局，贵州 贵阳 550002）

0 引言

为了落实黔中水利枢纽工程实地标明饮用水水源保护区范围，设立饮用水水源保护区界桩、界碑及告示牌等标识，确保人民群众饮水安全。黔中水利枢纽工程监管单位编制了黔中水利枢纽一期工程集中式饮用水水源保护区实地标定及监管建设项目建议书，目的是为完成一级、二级和准保护区界碑界桩及告示牌的实地标定和安装，利用无人机及遥感技术进行常态化的监管服务，建立基础信息平台，实现对监测结果的基础性管理和分析工作。

为此，贵州省黔中水利枢纽工程建设管理局与贵州省水利水电勘测设计研究院联合构建了贵州省黔中水利枢纽工程监管信息化GIS可视化及遥感监测预警系统监管平台（以下简称：监管平台），本文就监管平台的开发目的、建设情况和使用中的经验与大家共同分享。

1 工程概况

黔中水利枢纽工程位于贵州中部黔中地区，处于长江和珠江两大流域分水岭地带是贵州省首个大型跨地区、跨流域长距离水利调水工程。用以解决黔中地区十多个县（市）的农业、工业、生活、城市等用水，覆盖面积达4711km2。年调水量7.41亿m3。

输配水工程包括总干渠1条、桂松干渠1条、支渠25条。其中，总干渠由平寨水库自流引水经老卜底、岩脚、龙场、马场、玻利、水母、太平农场、黄桶后，进入桂家湖水库，总长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，渠道断面3.5×4.8～3.0×4.2m（宽×深）。

桂松干渠从桂家湖自流引水，经大山哨、小王官、双堡后，提水进入革寨水库，再从革寨水库提水后，经东屯、马路、广顺农场、普贡，到凯掌水库尾部上游马山，总长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；渠道断面3.0×4.1～1.6×2.0m（宽×深）。

2 监管平台建设的目的

监管平台建设的目的是以“一张图、一张网”为基础，以水源保护区遥感地图为底图，首先通过无人机、遥感定时、全覆盖的获取保护区范围的影像数据，通过面向对象的解译分析，对保护区范围内的变化情况进行全覆盖的监测和具体详细的分析预警，建立监测分析模型，识别提取水源保护区易扰区，进行重点的监测保护。建立空间数据库存储数据，建设遥感监测展示分析平台，实现对监测结果的基础性管理和分析工作。

3 建设内容

监管平台的建设内容主要由3大部分组成：①做好集中式饮用水水源保护区界桩、界碑及告示牌的实地标定工作。②定期通过无人机和遥感数据对不同保护区获取不同分辨率的遥感影像。③构建贵州省黔中水利枢纽工程监管信息化GIS可视化及遥感监测预警系统监管平台。

3.1 实地标定工程建设情况

项目工作内容主要包括一级保护区1.59km2、二级保护区52.71km2和准保护区184.93km2界桩43200个、界碑48个及告示牌165个。

3.1.1实地标定工程的平面控制

平面坐标采用2000国家坐标系[1]，高斯正形投影3度带的平面直角坐标系，中央子午线为105°的35度带坐标系统。首级平面控制网布置为三等GPS控制网。（C）平差计算结果应符合网中最弱点的点位中误差不大于±5cm、控制网相邻点边长最弱边相对中误差不大于1/40000的要求

3.1.2 实地标定工程的高程控制

高程采用1985国家高程基准。联测6个三等水准点来控制整个项目的高程。

3.1.3 保护区范围线桩（牌）点放样及测量

（1）采用CORS、RTK或全站仪进保护区范围线桩（牌）点放样。

（2）放样测站和方向点（RTK固定站点）选择基本控制网及以上等级的控制点，当采用全站仪在基本控制点上不能直接放样时，采用在图根导线点或增设支线点上进行放样。

（3）当保护区范围线桩（牌）点的放样需增设控制点时，支线点不能超出2站，支线长度不宜超出300m。

（4）保护区范围线桩（牌）点放样前应对测站和方向点的坐标和高程进行检核，满足规范要求后方能进行放样。使用全站仪放样时边长不宜超过300m。

（5）无水利工程（堤防护岸、拦河坝、水闸）或堤防未达标的河道（段），放样中发现保护区范围线桩（牌）点平面坐标与高程不相符，且高程相差20cm以上者，以满足高程要求确定保护区范围线桩（牌）点，然后观测其坐标值，并以此修改该点原图纸坐标。

保护区范围线桩（牌）点埋设完成后应对全部界桩（牌）位置重新进行测量。测量方法采用CORS、RTK或全站仪进行。

保护区范围线桩（牌）点放样误差控制：测量界桩（牌）的平面坐标X、Y观测值与设计值的误差均小于10cm，高程观测值与理论值小于10cm。超过限差应应进行重新放样及埋设，然后重新测量直至满足限差要求为止。

全部界桩（牌）测量完成后，编制界桩（牌）成果表存档。

3.1.4 界桩制作规格

本工程采用长方形柱体钢筋混凝土界桩。高度1m，顶部设有倒角，最顶端横截面长度110mm×110mm，渐变段高度为30mm，渐变段过后横截面长均为150mm×150mm。

桩地面以上四面均按要求标注，采用凹形字，字体为隶书，面向管理范围内立面为正面，面向管理范围外立面为背面，内容分别为：正面标注“××级保护区”，字体为红色，背面标注“范围界+水源保护区简称+编号”，其中范围界三个字用蓝色表示，简称和编号用红色字表示，左面标注“黔中水利”，字体为红色，右面标注“严禁破坏”，字体为红色（图1）。

图1 平寨水库一级保护区界桩样式

编号从平寨水库依次编号，区分区域。例如：平寨水库一级保护区可从1号开始直至结束，平寨二级保护区也从1号开始直至结束，准保护区亦是如此。

界桩布设原则：城市（镇）规划区桩（牌）间距不大于100m；非城市（镇）规划区桩（牌）间距为100m；在重要下河通道（车行通道）、重要码头、桥梁、取水口、电站等涉河设施处、黔中水利枢纽各级范围线拐弯（角度小于120°）处、水事纠纷和水事案件易发地段或行政界、保护区范围界的拐点和县f级行政区域边界、工程交叉处或近村镇处等复杂段应加密布设；在黔中水利无生产、生活人类活动的陡崖、荒山、森林等河段，可根据实际情况适当加大间距，峡谷段进出口各设置一个。

3.2 无人机、遥感数据方面

对水源保护区进行常态化的监管服务获取无人机[2]、遥感数据[3]是基础性工作，需要分区域按重要程度定点定时的进行常态化的遥感解译监管。一级保护区和重点区域通过无人机航测获取高分辨率正射影像，周期为6个月；所有保护区每三个月获取不同分辨率的遥感影像，通过面向对象的自动解译和人工解译相结合的方式对影像进行分割和分类并进行统计分析，得到水源保护区的整体时空变化情况。

3.3 监管平台的建设

监管平台基于B/S形式开发，结合GIS电子地图[4]技术，采用组件化技术构建。系统建设过程中考虑了跨多业务系统体系结构，要无缝对接现有业务系统和数据，避免出现封闭的“信息孤岛”问题，以达到统一标准、统一平台、资源共享、互联互通的目的。平台整体采用云架构，采取租赁数据服务的形式将数据存储在云上贵州资源平台，数据利用4G信号传输于数据库，监管平台调用相关数据进行分析处理，再反映到平台展示相关信息，信息和手机APP平台内容同步。

平台集成的数据如下：①基础地理信息数据（保护区范围线、界桩界碑告示牌位置点、省市县乡村五级行政界线及行政驻点、保护区范围内重要地名点、地形地貌数据、交通数据）。②涉水要素数据（水系数据、规模以上排污口数据、取水口数据、水文站分布数据、雨量站分布数据、水库水电站分布数据，并预留环保部门监测数据），以图层叠加的形式展示各数据。

平台集成的信息系统包括省防办防汛会商系统、水量调度监测系统，包括水资源调度决策系统及应用软件系统、水情系统（水库水文自动测报系统、灌区水文自动测报系统、工情监测系统、图像远程监视系统）、水质在线监测系统。

将贵州省黔中水利枢纽工程建设管理局会商室作为展示存储监管信息系统的平台，结合宽带网络接入技术和新一代视频会议技术，通过把会议电视终端、视音频输入输出等设备进行系统集成，形成一套完整的会商系统，以满足日常预报会商需要，以及召开各类行政会议和举办各类业务培训，最大限度地发挥现代化会商系统的效率。

4 监管平台的优点及不足之处

监管平台运用现代监管手段，对数据进行全面处理提高了黔中水利枢纽工程综合监管水平。①应用遥感和无人机航测技术进行常态化的监管服务，按每6个月进行一次水源一级保护区无人机航测，每3个月一次遥感影像采集，分区域按重要程度定点定时进行常态化的遥感解译监管，实时对监测结果的基础性管理和分析工作，基于“一张图”影像和实际巡查的图形化“清四乱”台账，针对“四乱”问题进行统一管理。②通过对照遥感影像和现场照片、现场无人机图片等手段，对问题和相应坐标进行逐一核对、修改和补漏，确认每一处问题及对应坐标，初步建立了黔中水利枢纽工程集中式饮用水水源保护区“一张图”，实现了问题动态监管。利用遥感遥测信息管理系统，精确显示每个问题的位置、尺寸及所属管辖单位（河段）信息，通过和本底影像及数据库对比，精确描述问题区域的动态变化信息，分类显示已整改、未整改“四乱”信息，可选择显示不同时间段整改对象信息，也可自动统计各类“四乱”信息，为跟踪、排查、整改、销号等工作及分析、会商提供了高效的图形化支撑。③利用手机APP监管平台，对工程质量、安全、水政执法、水质保护等巡查内容在系统平台展示，日常人员巡查时也能对发现问题及时上传至手机并同步更新云端监管平台内容，实现了数据资源一体化管理。

监管平台与“透彻感知、全面互联、智能应用”[5]的要求存在一定差距：①数据库数据量较小并不全，缺少生态环境数据、水资源数据、气象、国土、社会数据、平寨水库工情等数据。遥感影像精度无法满足目前应用需要，数据覆盖面太窄。②数据处理方面，传感设备智能化水平不高，而且成本偏高，高技术含量的多依靠进口，严重限制了智慧水利建设的发展。③遥感影像自动处理距离实用差距大，图像自动识别智能化程度低，编译处理能力不强。④目前监管平台手机APP功能单一、兼容性差、系统不稳定等，应用普及率低。

5 结语

黔中水利枢纽工程监管信息化GIS可视化及遥感监测预警系统监管平台通过建立从遥感（天）、无人机（空）、视频监控（地）三个层面和监视范围、监视种类两个方面对饮用水水源保护区的运行情况实现全方位的监视，形成了种类齐全、覆盖完整的实时信息监控体系，为水源保护区的监督管理和水资源调度提供坚实的数据支撑。