面对面丨余顺超：空间信息技术将“治水”变“智水”
去年12月21日，大藤峡数字孪生工程建设在珠江流域启动，这是全国水利行业首个数字孪生在建水利工程，也是珠江流域应用空间信息技术推进高质量发展的一个缩影。建设大藤峡数字孪生工程，就是通过空间信息技术创建大藤峡实体工程的孪生双胞胎——虚拟动态仿真，借助历史数据、实时数据、算法模型等，融入地理信息系统模型分析，模拟、验证、预测、控制大藤峡水利枢纽工程的全生命周期。
此前，国家“十四五”规划纲要明确提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升雨水情测报和智能调度能力”。水利部高度重视智慧水利建设，将其作为推动新阶段水利高质量发展的重要战略，提出构建数字孪生流域，并在“十四五”期间优先选择11个重点水利工程开展数字孪生水利工程建设，发挥技术攻关和示范引领作用，助力全国智慧水利建设。随着水利建设水平的加快提升，空间信息技术也在不断创新和发展，并逐渐成为水利现代化建设不可或缺的重要支撑。
基于此，《定位》杂志独家采访了水利部珠江水利委员会珠江水利科学研究院（下称珠科院）总工程师余顺超，请他为我们解答空间信息技术和水利现代化建设之间的必然联系。
创新应用，发挥多重效力
《定位》杂志：科技手段是加快水利建设水平、推进水利现代化建设的重要支撑。请问水利行业应用了哪些空间信息技术？这些空间信息技术发挥了怎样的作用呢？
余顺超：水利部和珠江水利委员会（下称珠委）高度重视空间信息技术在水利现代化建设中的应用。上世纪八十年代，珠科院成立时便组建了空间信息技术团队，长期从事空间信息技术在水利行业的技术研发和推广应用，为珠委履行流域管理职能和水利系统工程建设作出了突出贡献。
水利工程建设方面。前不久开工的西藏帕孜水利枢纽工程，在图纸设计之前，急需掌握项目区域大比例尺基础地形。珠科院紧急承担了该项任务，采用WV-3高分辨率立体观测卫星影像，利用空中三角测量技术结合少量实测控制点数据，通过卫星立体像快速获取了实地三维模型，在较短的时间内就生产出了工程设计所需的大比例地形图数据，获得了高精度DOM影像图，使得工程建设能按期顺利开展，这相比常规方法节约了大量工作经费。
洪涝灾害防御方面。珠科院利用微波卫星影像和光学卫星影像大范围、动态监测受灾区域的实时灾情状况；利用无人机开展重点灾区应急调查；利用地理信息技术管理河道、堤防、水库、蓄滞洪区、水闸、泵站、水文站，以及实时雨水情、工情、旱情等信息，结合水利专题信息开展统计分析，预演和展示洪涝风险情况，形成风险图件……在去年河南郑州“7.20”特大暴雨和2020年广州“5.22”特大暴雨灾害中，珠科院遥感与测绘地理信息团队为政府部门开展灾情处理提供了应急技术服务，及时生成并提供了受灾区域的空间分布、淹没范围、受灾情况和实时变化等第一手数据资料，为灾害的紧急决策和处置提供了基础数据，发挥了重要作用。
水土保持监管方面。珠科院研发的生产建设项目水土保持“天空地”一体化监管技术（也称信息化监管技术）被水利部采用，并在全国多个省份推广。2019年至今，水利部组织省级水利部门每年开展1～3次全国全覆盖的水土保持信息化监管工作，2019～2021年3年间，在全国共查处了11万余个未批先建、未批先变、超出防治责任范围等违法违规项目，有力促进了空间信息技术与水土保持监管业务的深度融合，全面提高了全国各级水行政主管部门的水土保持监管水平。
水资源管理方面。珠科院针对南方灌区灌溉计量率低、地形破碎和种植结构复杂等问题，构建了基于遥感技术手段的宏观区域农业灌溉用水总量估算体系，计算典型灌区用水总量，提出灌区用水总量控制对策，为灌区水资源管理的实施提供可靠的技术支持和科学依据。
河湖管理方面。珠科院针对河湖岸线的监管对象、监管问题及问题处理方法，融合了“天空地”一体化监测技术和大数据挖掘技术，提出了河湖岸线全要素动态监管模式。耦合云计算、大数据、物联网、智能感知等新技术与河湖管理深度融合，搭建了面向四级“河湖长制”的河湖岸线动态监管云服务共享平台，形成了河湖岸线全要素动态监管服务模式。
智慧水利建设方面。珠科院主要应用了卫星遥感、无人机遥感、倾斜摄影三维模型、DEM数据、GIS地图及相关空间分析等技术及成果，在构建“流域一张图”、“数字孪生流域数据底板”和支撑流域旱情分析、河湖动态监管、水土保持等方面发挥重大作用。
《定位》杂志：去年12月，我国首个数字孪生水利工程建设在珠江流域启动。请问在数字孪生水利工程上，珠委为什么是“第一个吃螃蟹的人”？这个数字孪生水利工程建设的目的和意义是什么？
余顺超：大藤峡是一个在建且信息化建设基础较好的水利工程，为先行启动数字孪生工程建设提供了前提条件。同时，大藤峡水利枢纽是一座集防洪、航运、发电、水资源配置、灌溉等综合效益于一体的控制性水利枢纽工程，对珠江流域防洪、水资源调度，保障流域和粤港澳大湾区水安全具有十分重要的作用。
《定位》杂志：除数字孪生水利工程建设外，珠委还对空间信息技术进行了哪些创新应用？这些创新应用取得了怎样的成效？
余顺超：对珠江流域而言，珠委结合智慧水利建设要求，利用空间信息技术不仅将传统水利工作提升了一个台阶，也拓展了新的应用方向。比如开展“珠江水利一张图”升级建设。通过引入地理空间大数据搜索引擎，综合运用动态服务和切片服务等地图服务组织形式，提高系统并发处理能力及扩展能力，并开发了基于河网拓扑关系的空间分析功能模块，提升水利业务的分析挖掘能力。
开展流域防洪调度演练。按照李国英部长关于强化流域防洪“四预”措施的要求，珠委充分利用空间信息手段提升洪水防御能力，通过应急通信系统连线百色水利枢纽、大藤峡水利枢纽等委直管工程，在线检验工程防汛应急抢险处置能力。基于流域防洪工程体系现状，运用地理信息数字化手段对雨水情测报、工程调度、河道及蓄滞洪区行蓄洪与受灾范围等情况进行模拟，并进行应急会商、决策部署、防洪调度、后勤保障等方面的演练。
搭建珠江流域水政执法巡查监控平台。该平台以覆盖全流域的长时序遥感影像为核心，辅以实景三维模型、全景照片、视频监控等信息，实现了针对生产建设项目、水政执法案件的闭环管理，使业务人员足不出户就能够动态掌握执法巡查情况，促进水政执法业务“内部通”、“上下通”和“横向通”，进一步提升了执法信息调取、督促检查、指挥调度和分析研判能力。
技术支撑，赋能水利建设
《定位》杂志：在推动空间信息技术赋能珠江流域建设过程中，您认为您所在单位珠科院扮演着什么角色？基于自身角色，珠科院做了哪些工作？
余顺超：我认为珠科院主要扮演的是支撑和保障者的角色。我院在推动空间信息技术赋能珠江流域建设过程中，开展了大量的基础技术研发和技术推广工作，为流域管理工作提供技术支撑和科研保障。珠科院主要工作为以下两个方面。
一是在科技突破方面，珠科院积极推进遥感智能应用创新研发，并且遥感与地理信息研究所成立了专门的协同创新团队，面向珠江流域各省份历年新增生产建设项目，采集不同项目类型的样本，并基于自主研发的深度学习云平台，构建AI识别模型库，形成了具有自主知识产权的遥感智能应用产品HydrSAI，大幅度提高了区域新增生产建设项目的识别效率和精度。目前，创新团队正在应用HydrSAI开展河湖“四乱”及河道碍洪物的遥感AI识别试验。
二是在创新应用方面，珠科院在多方面均发挥了独特的作用，我重点举以下四个业务方面的例子。水土保持方面。珠科院围绕强监管业务需求，建立了集成多尺度遥感影像、无人机、智能移动终端、便携式设备、空间定位、移动互联等技术/工具，涵盖信息采集、信息分析和信息管理于一体的“天空地”一体化监管技术，创新性提出了“核查-认定-查处-考核”协同业务新模式，夯实了水土保持监管工作，截止到2020年，珠科院承担全国累计监管面积达到了260多万平方公里。
河湖监管方面。珠科院采用卫星遥感、无人机遥感、移动APP信息采集及现场踏勘相结合的“天空地”一体化河湖监管巡查手段，构建了“巡查-详查-核查-认定-复查”的技术体系来闭合监管链条，对河湖违法违规问题进行全覆盖、全过程的立体精准监控。2019年，珠科院发现了42129个河湖水域空间范围地物对象信息，包括其类型、疑似四乱情况及其空间分布。2020年，珠科院进一步提高信息化管理手段，对监管范围进行了新一轮的动态监测，对4万多个监管对象的状态进行了更新，实现河湖“四乱”监管早发现、早处理、遏新增、减库存，助力河长制从“有名”到“有实”转换。
饮用水水源地遥感监管方面。珠科院采用水域水质遥感动态监测与陆域风险源排查相结合的思路，快速识别水源地的水质突变区及潜在风险源，辅助水源地保护、水质监测、现场抽查等工作明确问题导向，提升作业效率和监管水平。目前，这种技术模式已经应用到珠委水源地监督性监测中，针对大湾区的35个水源地持续开展了2年工作。未来会逐步扩展到全流域108个重要饮用水源地，进一步保障水质安全健康。
数字孪生流域建设方面。珠科院研发了具有自主知识产权、全国产化环境、扩展性强的水利三维仿真可视化平台。平台可实现流域水系、河湖、水库以及地形等的三维可视化渲染，BIM、CIM、三维点云、倾斜摄影等三维空间模型的快速加载，监测数据、水文、水动力、调度模型等业务数据的可视化展示，支撑数字孪生珠江流域宏观场景预演和洪水风险研判，淹没区域中尺度场景洪水淹没风险分析，水工程库区微观场景库区和工程安全精细化模拟，为珠江流域“2+N”“四预”功能体系构建提供先进实用的可视化技术支撑。
余顺超：水利高质量发展的目标是提升国家的水安全保障能力。为更好服务这一总目标，珠科院未来将重点关注三种空间信息技术。
一是三维立体观测技术，突破以往只能对目标物体进行单一角度量测的局限性，将倾斜摄影测量技术生成的三维数据模型能够对真实的场景进行逼真的还原。该技术应用在水利工程勘测时，可以在实景三维模型上采集地物和地貌特征点数据，绘制大比例尺地形图，降低外业作业的劳动强度和安全风险，提高工作效率；应用在供水工程规划设计时，可以把供水线路、交通道路、渠道等信息导入到三维模型中,使实景三维与设计方案相结合，便于项目沟通交流，有效减少项目返工、专业位置冲突等现象，提高设计质量和工作效率。
二是多源遥感监测技术，遥感监测的技术手段比较多样，但无论是低空无人机遥感、卫星遥感，还是多光谱遥感、高光谱遥感、极化雷达遥感，都拓宽了我们对于地物的感知能力，推动了水利行业的发展。比如，珠科院开展水旱灾害监测时，可以利用遥感技术将实时水文信息与模型相结合，获取洪水淹没范围，准确、实时地进行洪水动态分析，为制定有效的防洪减灾措施提供准确的数据参考。同时遥感技术应用在水文水资源调查时，不仅可以实现地表水资源的动态监测，还可以通过对地形地质构造、区域重力变化和地表沉降的转换，间接反映地下水的盈缺状况。
立足形势，持续突破提升
《定位》杂志：当前各行各业进入高质量发展阶段，水利行业也不例外。请您谈谈新形势下空间信息技术在服务水利行业面临的新要求、新挑战。同时，面对新形势、新要求、新挑战，您认为空间信息行业该如何应对？
余顺超：珠科院深入落实习近平总书记提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的16字治水思路和关于治水重要讲话指示批示精神，推动新阶段水利高质量发展。从李国英部长在今年全国水利工作会议的讲话来看，新阶段水利高质量发展的问题主要有两方面。一方面，水资源水环境承载能力面临瓶颈制约，河湖生态环境问题长期累积越发凸显，流域和区域水资源情势动态演变，水旱灾害、病险水库等风险隐患带来严峻挑战；另一方面，应对经济发展风险挑战、保障经济发展稳中求进对水利的要求更高，人民群众对水旱灾害防御的安全性及良好水资源水生态水环境需求日益增长。
我认为空间信息行业可以从这几个方面开展技术创新和落地，来助力水利行业高质量发展。首先，怎么提高水旱灾害监测的预警预报水平。目前，珠科院在推动测雨雷达试点应用，想要达到超高时空分辨率短临暴雨的预警，相关的设备能不能有更高的数据采集精度。再比如，降雨预报、洪水预警与“水利一张图”等基础数据，如何通过空间信息手段进行叠加分析和深度融合，并将预警信息直达一线，直达工程管理单位，直达病险水库“三个责任人”。
其次，怎么助力农村供水工程的改造提升。农村供水，事关亿万农民群众重大民生福祉。空间信息行业在现有的技术水平上，在划定农村饮用水水源保护区或保护范围、加强水源保护和水质监测等方面可以进行积极的推广；而在供水联合调度方面，可以推进农村供水工程统一运行管理，形成区域定制、定点服务的系统平台，以规模化供水工程为重点，加强智慧应用系统建设，构建农村供水信息化管理一张图。
最后，怎么提升汛前河湖隐患排查能力。例如，在开展妨碍河道行洪突出问题排查时，理清不同空间信息采集手段的技术优势，构建“空天地”一体化的河湖监管体系，重点关注侵占河道、湖泊的违法违规建筑物、阻水障碍等突出问题，动态跟踪清理整治的全流程，确保河道行洪畅通。
撰稿/编辑 赵梓彤
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