“天-空-地”监测技术在信阳市智慧河湖监管中的应用

贾智乐，郭步天，黄 伟，肖言永，王 源

（1.河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003；2.信阳市水利局，河南 信阳 464000；3.罗山县水利局，河南 信阳 464000）

1 引言

信阳市位于河南省南部，全市面积约1.90 万km2，境内河流分布众多，其中流域面积在1 000 km2以上的较大支流10条，流域面积在100 km2以上的支流49条；信阳市共有15位市级河长，共计涉及17条河流，总长度约1 700 km，其中淮河、史灌河是省级河长负责的河流。信阳市辖区内河道管理范围内滩地较多、范围较广，河湖“乱占、乱采、乱堆、乱建”问题长期以来是信阳市河长办关注的重点。

基于“天-空-地”一体化监测体系构建的信阳市河湖智慧监管的主要内容包括利用时效的高分辨卫星遥感影像进行信阳市河湖“四乱”问题的解译排查，开发移动端河湖智慧监管助手APP，并兼顾无人机航空摄影测量进行现场的“详查”，构建全过程河湖智慧监管平台，对外业核查的问题进行全流程的信息化管理，进行对“详查”后的”四乱”问题交办地方河长制工作人员借助核查APP进行现场认定“核查”，最终对认定的问题整改修复情况进行“复查”的“四查”闭环管理。

2 卫星遥感监管

2.1 高分辨卫星遥感影像的批处理

获取的原始的卫星遥感影像需要经过处理才能使用。常用的卫星遥感影像处理软件包括ENVI、ERDAS、ARCGIS 等，但基本上都是单景的处理，对影像的处理主要包括了辐射定标、大气校正、几何校正、影像融合和几何精校正等内容。在信阳智慧河湖监管中，涉及的面积较广，影像较多，其中，亚米级影像约43景。采用传统的作业模式投入的人力、物力、财力较多，效率低下。

基于ENVI 提供的二次开发语言IDL 进行编译，采用标准化的参数设置、基于特征点提取算法的几何校正实现，构建辐射定标、大气校正、几何校正、影像融合的批量处理，并通过收集河南省全境域高分辨率、高空间位置精度的影像作为基准影像，通过公司测绘项目积累的成果检验基准影像的精度，经检验，基准影像的空间位置精度优于1 个像元，可以作为基准影像来使用；通过自动配准融合后的待配准影像结合基准影像，并自动过滤中误差较大的点位，实现对融合后影像的自动几何精校正，进而实现了对多源卫星遥感影像的批量自动化全过程处理。

2.2 协同解译平台构建

卫星遥感影像特点之一是“宏观”，即单景影像覆盖的范围非常大，用于信阳智慧监管的亚米级影像覆盖面积大约400 km2，单景影像的存储空间约10 G，查看影像的情况需要专业的遥感软件方可打开，无论对于问题解译还是后续的管理应用，非常不便。为了提高解译问题效率和自动化程度，基于一个数据库构建开发协同解译平台，实现多人协同操作，常见问题类型流程化选择。协同解疑的前提是实现全部数据的网络端轻量化切片发布，同时，对河道的管理范围线数据、水利普查数据进行坐标转换，添加到协同解译平台中，保证所有的数据在一个坐标框架内。通过协同解译平台，可以自动的获取问题图斑所在的政区、详细位置信息、经纬度等信息，并对于常见的问题类型进行细分，如“乱建”问题中，细分养殖、工厂、餐饮、棚房、农房、其他等类型，便于后期按类型进行精细化管理。

协同解译平台分账号进行登录操作（图1），管理人员完成任务的分配后，各个操作人员可以看到各自的划分区域，同时，自己的划分成果可以实时的加载显示到平台中，既能避免重复，也可减少遗漏，进而提高了整个解译过程的效率和效果。

图1 协同解疑平台界面图

3 智慧监管平台构建

3.1 智慧监管系统

智慧监管系统主要用于河长制管理部门人员通过电脑查看管辖区域内存在的问题。系统叠加了卫星遥感影像、河库信息、道路村庄信息等。通过不同的颜色图标来表示不同类型的问题，主界面以地图形式展示了各个阶段发现的“四乱”问题点空间分布，并用不同的字母进行标记。不同排查阶段的问题点用不同的颜色进行标识，其中未排查的问题点为蓝色，已排查属实或认定有效的问题点为红线白底，已排查不属实或认定无效的问题点为灰色，各级用户现场排查后，对红线白底的点进行逐个认定，认定是有效的为红线红底，认定是无效的为灰色，认定有效的点进入到监管体系中，分时间进行逐步的整改，整改完成的问题点为绿色。智慧监管系统界面见图2。

图2 智慧监管系统界面图

智慧监管系统是全过程的监管，从遥感影像上解译发现疑似问题开始，到现场进行“详查”确定，再到各个地方的河长办专职人员对“详查”的结果进行认定，以及对最终的认定成果整改情况“复查”等信息，均可在系统中进行查看。系统分账号进行设置，不同的权限只能查看各自权限内的内容。通过“一张图”的直观展示，可以查看各个问题点的类型、现场照片、具体位置等详细信息。系统提供了条件检索功能，进入“问题列表”界面，用户可以设置筛选条件检索目标“四乱”问题，如“四乱”问题类别、政区、河流、排查与否、认定与否等条件，编辑界面分为问题排查、问题认定、问题整改三个选项卡，分别对应着“四乱”问题详查、核查、复查，与基于遥感影像的解译巡查共同构成“四查”手段的闭环管理。同时在该界面用户可以批量将检索到的问题以列表或报告形式导出。

3.2 河湖智慧监管助手APP系统

为了方便开展现场排查、认定、整改复查工作，提高工作效率，开发了移动端的河湖智慧监管助手APP（图3）。河湖智慧监管助手APP与智慧监管系统基于一个数据库构建，保证了数据的实时共享，分账户权限设置，各级用户登录后查看各级管辖区域的基本情况。河湖智慧监管助手APP具有导航的功能，可以便于使用者快速的导航到问题点现场，问题点的现场填报采用流程化的操作，既能避免遗漏，也可以提高效率，通过现场拍照提交后，在智慧监管系统中，可以实时查看问题点的现场点基本情况。

图3 信阳市河湖智慧监管助手APP图

4 信阳市智慧河湖监管成效

通过卫星遥感、无人机遥感结合信息化技术构建的信阳市智慧河湖监管，实现了“天-空-地”一体化的全流程监管，通过后台的监管、处理、分析、统计等形成河长监管的闭环，提高问题情况的巡查效率、分析效率、审查效率，构建目标更明确、响应更高效、结果更真实、查询更便捷、审查更方便的常态化监管体系。基本实现了对信阳市境内问题的摸底排查，形成了清晰的电子台账和信息化问题管理，有助于信阳市河长办在短时间、低投入的情况的下摸清家底；有助于信阳市河长办核实县、乡上报问题的具体处理情况；有助于信阳市河长办向主要成员单位根据相应问题分类、推送、落实、解决。

5 结论

基于“天-空-地”一体化监测体系构建的信阳市河湖智慧监管，改变了传统河湖监管的模式，实现了利用遥感技术结合信息化手段进一步推动河湖发现问题由随机性向针对性、由外业调查向内业分析的两个转变，从技术上进一步提升了信阳市河湖管理的工作效率。利用“一张图”构建的河湖智慧监管系统同时具有较好的可扩展性，对于区域内的重要水利工程设施、已有的摄像头位置及信号、雨水量传感器位置及数据等都可以集成到智慧监管系统中，进而更加智能的分析和管理辖区域内的水情，在未来数字孪生的应用场景中，均可发挥较好的作用，具有广阔的应用前景。