引言

天空地水工一體化行動重塑水利監(jiān)測新格局

2024年7月11日，水利部印發(fā)《數(shù)字孿生水利“天空地水工”一體化監(jiān)測感知夯基提能行動方案（2024-2026年）》。

該行動方案，重新定義了“天”、“空”、“地”、“水”、“工”多種監(jiān)測技術(shù)裝備方法，在時空、范圍、精度、頻次等方面協(xié)同融合。通過構(gòu)建數(shù)字孿生水利“天空地水工”一體化監(jiān)測感知網(wǎng)體系，提升水利對象全要素和水利管理全過程智能監(jiān)測感知能力，支撐構(gòu)建具有“四預(yù)”功能的數(shù)字孿生水利體系，引領(lǐng)水利高質(zhì)量發(fā)展。

1自研裝備：

補齊“天空地水工”一體化監(jiān)測感知裝備短板

“女媧星座”筑牢天基防線

快速響應(yīng)——目前“女媧星座”在軌衛(wèi)星數(shù)量已達(dá)12顆，平均重訪時間小于5.6小時，可提供全天時全天候的監(jiān)測服務(wù)，切實解決SAR數(shù)據(jù)在洪澇災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測中“用時少、不用時多”的痛點。未來，“女媧星座”114顆衛(wèi)星全部組網(wǎng)，可達(dá)分鐘級重訪，應(yīng)急響應(yīng)將更加快速。

高分辨率——分辨率最高優(yōu)于1米，支持聚束、滑聚、條帶、TopSAR等多種成像模式，可獲取1m-12m分辨率、20km-100km幅寬的微波遙感圖像數(shù)據(jù)，可清晰辨別水利工程形態(tài)結(jié)構(gòu)。

形變監(jiān)測——衛(wèi)星具備高精度干涉測量能力，對載荷特性、姿態(tài)以及軌道進(jìn)行高精度測量與高穩(wěn)定控制，可通過多次重軌對水利工程等建筑物進(jìn)行地表沉降監(jiān)測。

無人機巡查打造空域鷹眼

自研無人機——航天宏圖自主研制多型號中小型無人機平臺，包括固定翼、復(fù)合翼、傾斜旋翼、電動多旋翼和無人機集群，覆蓋航時10min-4h、作業(yè)半徑10-120km、飛行速度2-35m/s，可實現(xiàn)定期巡航、自主巡查，支撐孿生數(shù)據(jù)底板生產(chǎn)、水利工程巡檢、洪澇災(zāi)害監(jiān)測等多場景應(yīng)用。

無人機裝備集成——2024年6月3日，航天宏圖受邀參加水利部現(xiàn)代化雨水情監(jiān)測預(yù)報體系建設(shè)現(xiàn)場推進(jìn)會。會議現(xiàn)場航天宏圖使用自主研發(fā)的多旋翼無人機集成激光雷達(dá)、雷達(dá)流速儀、取水器皿、視頻實時傳輸?shù)妊b備，為會場水文斷面地形測繪、斷面測流、取水樣和現(xiàn)場視頻直播等任務(wù)保駕護(hù)航。

“多基”協(xié)同提升水文觀測能力

多基協(xié)同水文觀測——2024年航天宏圖中標(biāo)多個水文監(jiān)測設(shè)施提升工程項目。新改建水文測站基本實現(xiàn)全要素全量程全自動監(jiān)測，集成北斗定位和信息報送為主的“天基”系統(tǒng)，以無人機巡查和空中監(jiān)測為主的“空基”系統(tǒng)，以氣象、降水、蒸發(fā)裝備為主的“地基”觀測系統(tǒng)，以水位、流量、泥沙、冰情、水下觀測裝備為主的“水基”觀測系統(tǒng)，通過物聯(lián)感知、3G/4G/5G通信、光纖通信和業(yè)務(wù)平臺系統(tǒng)集成，建立了全面覆蓋的“天空地水”多基協(xié)同水文監(jiān)測體系。

多基協(xié)同保水庫安全——近年來，航天宏圖中標(biāo)多個中小型水庫雨水情監(jiān)測及大壩安全監(jiān)測項目，項目針對水庫雨水工情，集成以北斗定位與通信監(jiān)測為主的“天基”系統(tǒng)，以無人機巡查為主的“空基”系統(tǒng)，以雨水情監(jiān)測裝備為主的“地基”系統(tǒng)，以形變、測斜、滲流、滲壓等裝備監(jiān)測為主的“工基”系統(tǒng)，建立了全面覆蓋的“天空地水工”多基協(xié)同水庫監(jiān)測體系；通過水庫綜合監(jiān)管平臺實現(xiàn)監(jiān)測信息的采集、查詢、統(tǒng)計、分析應(yīng)用，以及系統(tǒng)維護(hù)與可視化，最終實現(xiàn)中小型水庫安全信息實時監(jiān)測預(yù)警與監(jiān)管。

2自主可控：

掌握從數(shù)據(jù)采集到智慧決策的時空融合技術(shù)

三級數(shù)據(jù)底板構(gòu)建能力

全國地形級數(shù)據(jù)場景——基于國產(chǎn)化自主研發(fā)的PIE-MAP軟件，支撐基于女媧星座SAR衛(wèi)星的L1級1：25000和1：50000比例尺數(shù)字孿生流域中低精度DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)。

重點流域級數(shù)據(jù)場景——基于國產(chǎn)化自主研發(fā)的PIE-Lidar激光點云數(shù)據(jù)處理軟件，支撐L2級數(shù)字孿生流域重點區(qū)域精細(xì)建模，主要包括重點區(qū)域的傾斜攝影影像/激光點云、水下地形等數(shù)據(jù)。

工程部件級數(shù)據(jù)場景——基于國產(chǎn)化自主研發(fā)的PIE-TDModel實景三維模型制作與發(fā)布系統(tǒng)軟件，支撐L3級數(shù)字孿生流域重要實體場景建模，主要包括重要水利工程相關(guān)范圍的高分辨率DOM、高精度DEM、傾斜攝影影像/激光點云、水下地形、BIM等數(shù)據(jù)。

多源數(shù)據(jù)智能融合管理

云原生多源數(shù)據(jù)管理——基于云原生技術(shù)研發(fā)的多源數(shù)據(jù)管理平臺PIE Engine Server，可提供持續(xù)在線更新的PB級地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)，平臺具備專業(yè)制圖與智能分析能力，支持?jǐn)?shù)字孿生流域數(shù)據(jù)資源的高效管理與業(yè)務(wù)場景應(yīng)用。

多源數(shù)據(jù)可視化管理——針對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、地面監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等“天空地水工”一體化監(jiān)測數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)編目、存儲、查詢、處理、下載、發(fā)布、可視化制圖及共享。

智能計算分析與可視化

水文水動力模擬計算——基于PIE-Engine Factory、PIE-Hydr開發(fā)數(shù)字孿生流域模型平臺，具備組件管理、流程編排、模型資源目錄等功能，支持水文水動力模擬計算。

二三維可視化——基于國產(chǎn)化二三維GIS引擎（PIE-Earth Meta）和可視化模型組件，完成防汛“四預(yù)”業(yè)務(wù)系統(tǒng)搭建，實現(xiàn)從“數(shù)據(jù)匯聚-模型分析-知識決策-業(yè)務(wù)應(yīng)用”全流程的技術(shù)應(yīng)用可視化。

水利知識圖譜決策支持

水利專業(yè)知識平臺——基于PIE-Engine Knowledge完成流域數(shù)據(jù)知識圖譜設(shè)計，包括流域水利對象、數(shù)據(jù)資源和預(yù)報模型等，支持水利專業(yè)分析。

水利知識圖譜——基于流域單元的空間拓?fù)浜退Y源業(yè)務(wù)的知識圖譜搭建，支持水利分析決策。

水利遙感SaaS云支撐

海量數(shù)據(jù)——開放160+國內(nèi)外遙感數(shù)據(jù)及各類專題數(shù)據(jù)集，包括6PB+、900萬景+數(shù)據(jù)。

智能提取——集成Tensorflow、Pytorch等主流深度學(xué)習(xí)框架、及豐富的專利遙感專題分析和機器學(xué)習(xí)算法，支持智能提取水體、自動提取土地利用分類信息、提供變化檢測能力等。

開放能力——提供算法模型標(biāo)準(zhǔn)化接口，開放化服務(wù)能力。

結(jié)語

從自研裝備到自主可控技術(shù)，航天宏圖以“天空地水工”一體化監(jiān)測感知夯基提能為核心，構(gòu)筑起智慧水利的數(shù)字防線。未來，公司將繼續(xù)以科技創(chuàng)新為引擎，助力水利行業(yè)邁向“全要素感知、全業(yè)務(wù)智能、全周期協(xié)同”的新范式，為守護(hù)江河安瀾、保障國家水安全貢獻(xiàn)宏圖力量。