新形勢(shì)下流域新型基礎(chǔ)測(cè)繪若干問(wèn)題的思考

沈清華，孫 雨，鄧神寶，王進(jìn)科，鄧?yán)硭?/p>

(中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 )

基礎(chǔ)測(cè)繪是為經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展提供地理信息的基礎(chǔ)性事業(yè)，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。2015 年 6 月國(guó)務(wù)院批復(fù)同意的《全國(guó)基礎(chǔ)測(cè)繪中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要(2015—2030年)》明確提出了構(gòu)建“全球覆蓋、海陸兼顧、聯(lián)動(dòng)更新、按需服務(wù)、開放共享”的新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系的要求，加快發(fā)展基礎(chǔ)測(cè)繪，形成新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系，對(duì)于全面建成小康社會(huì)具有重要意義。

相較于傳統(tǒng)的基礎(chǔ)測(cè)繪而言，新型基礎(chǔ)測(cè)繪的“新型”二字，主要體現(xiàn)在技術(shù)手段“新”、工作內(nèi)容“新”、成果形式“新”以及生產(chǎn)服務(wù)方式“新”，這幾個(gè)方面的“新”預(yù)示著其有著區(qū)別于傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪的顯著特征，一是技術(shù)手段上，要加強(qiáng)測(cè)繪與航空航天、衛(wèi)星導(dǎo)航、人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的融合發(fā)展和應(yīng)用；二是工作內(nèi)容上，以對(duì)現(xiàn)有地理信息成果的維護(hù)更新和重點(diǎn)區(qū)域動(dòng)態(tài)測(cè)繪為常規(guī)工作內(nèi)容；三是成果形式上，以現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系和三維數(shù)字地理空間數(shù)據(jù)為主要成果形式，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息的多尺度融合和聯(lián)動(dòng)；四是服務(wù)方式上，以滿足多樣化需求的定制服務(wù)、按需生產(chǎn)為主要生產(chǎn)服務(wù)方式。

流域基礎(chǔ)測(cè)繪是為流域規(guī)劃、建設(shè)與管理提供基礎(chǔ)性地理信息成果的前期性工作，建國(guó)以來(lái)，特別是改革開放以來(lái)，水利測(cè)繪工作者完成了一系列重要的流域?qū)用娴幕A(chǔ)性測(cè)繪工作，為實(shí)施生態(tài)流域建設(shè)、實(shí)現(xiàn)流域高質(zhì)量發(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)地理信息成果，是國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪工作的重要補(bǔ)充。

隨著中國(guó)特色社會(huì)主義建設(shè)進(jìn)入新時(shí)代，國(guó)家治水思路發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，習(xí)近平總書記明確提出了“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的十六字治水方針，為新時(shí)期治水思路指明了前進(jìn)方向，我國(guó)的治水工作重點(diǎn)也隨之轉(zhuǎn)變?yōu)椤八こ萄a(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”，同時(shí)，黨中央國(guó)務(wù)院高度重視智慧社會(huì)建設(shè)和發(fā)展，把智慧社會(huì)作為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的重要內(nèi)容，智慧水利作為智慧社會(huì)建設(shè)的重要組成部分，旨在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新一代空間信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利對(duì)象及活動(dòng)的透徹感知、全面互聯(lián)、智能應(yīng)用與泛在服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、信息采集自動(dòng)化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、信息管理集成化、業(yè)務(wù)處理智能化、政務(wù)辦公電子化”。這些都對(duì)流域基礎(chǔ)測(cè)繪工作提出了新挑戰(zhàn)，流域基礎(chǔ)測(cè)繪將面臨種類更多、質(zhì)量更高、需求量更大、應(yīng)用更廣的現(xiàn)實(shí)需求，其在實(shí)現(xiàn)流域高質(zhì)量發(fā)展中的基礎(chǔ)性作用不斷強(qiáng)化，一方面要繼續(xù)滿足傳統(tǒng)的流域規(guī)劃、建設(shè)等方面的需求，提供傳統(tǒng)的以4D產(chǎn)品為主的基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品；另一方面要滿足新時(shí)代背景下“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”、智慧水利、流域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等愈來(lái)愈多樣化、定制化的新需求，提供各種尺度的從三維實(shí)體模型到一體化場(chǎng)景的地理信息產(chǎn)品。

因此，流域?qū)用娴男滦突A(chǔ)測(cè)繪工作需要突破傳統(tǒng)思維、轉(zhuǎn)變發(fā)展模式、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，更好地服務(wù)于新時(shí)期治水工作。

1 流域新型基礎(chǔ)測(cè)繪的主要任務(wù)

1.1 構(gòu)建現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)

在國(guó)家現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)框架的基礎(chǔ)上，構(gòu)建覆蓋流域?qū)用娴?、陸海島礁統(tǒng)一的現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)，包括與國(guó)家GNSS-C級(jí)以上控制網(wǎng)或連續(xù)運(yùn)行跟蹤站相互聯(lián)動(dòng)的GNSS-C級(jí)高精度控制網(wǎng)、三等以上精密水準(zhǔn)網(wǎng)、厘米級(jí)似大地水準(zhǔn)面精化模型以及CGCS2000坐標(biāo)分區(qū)轉(zhuǎn)換模型。以滿足流域基礎(chǔ)地理信息快速、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)更新以及全天候動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需求。

1.2 建設(shè)水陸一體化的三維基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

開展水陸一體化基礎(chǔ)地理信息采集，加強(qiáng)沿海島(礁)、國(guó)際河流、自然災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)的基礎(chǔ)地理信息獲取，建立覆蓋更全面、內(nèi)容更豐富、品種更齊全、分類更具體的多比例尺、多分辨率、多數(shù)據(jù)源、多時(shí)相、標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建重點(diǎn)區(qū)域及重大工程項(xiàng)目的精細(xì)化模型，搭建可動(dòng)態(tài)更新的數(shù)字流域地理空間框架以及智慧水利時(shí)空云信息平臺(tái)。以滿足流域規(guī)劃與設(shè)計(jì)、建設(shè)與管理、水資源配置與調(diào)度以及智慧水利等的需求。

1.3 構(gòu)建流域重點(diǎn)區(qū)域及水利設(shè)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

持續(xù)對(duì)重點(diǎn)河段、堤防、庫(kù)區(qū)等開展空間化、定量化、常態(tài)化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并形成定期報(bào)告和監(jiān)督機(jī)制，獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域和對(duì)象的清晰影像及精密點(diǎn)云模型，反映重大水利工程的實(shí)施狀況和效果，充分揭示流域自然資源及生態(tài)環(huán)境的空間分布規(guī)律，為水利設(shè)施變形分析、安全監(jiān)控、流域執(zhí)法、湖庫(kù)生態(tài)保護(hù)、水庫(kù)淤積等提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2 流域新型基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)體系建設(shè)

構(gòu)建流域新型測(cè)繪技術(shù)體系應(yīng)面向新時(shí)期治水任務(wù)對(duì)于測(cè)繪地理信息的戰(zhàn)略需求，緊跟國(guó)際測(cè)繪地理信息發(fā)展前沿，圍繞全面建成以信息化測(cè)繪、智能化測(cè)繪為主的總體思路，提升對(duì)全流域或重點(diǎn)區(qū)域的自主、全天候、多種觀測(cè)、多源數(shù)據(jù)獲取能力，構(gòu)建以測(cè)繪地理空間數(shù)據(jù)獲取、分析、應(yīng)用為主線的新型測(cè)繪技術(shù)體系。

2.1 基于船載的水陸一體化三維時(shí)空信息獲取技術(shù)

集成三維激光掃描、多波束測(cè)深、光學(xué)影像掃描和GNSS、光纖羅經(jīng)等先進(jìn)裝備和技術(shù)，解決多傳感器移動(dòng)信息采集設(shè)備集成應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多源水陸信息的融合與拼接以及移動(dòng)中的陸地、水下地形的一體化采集，獲取多種類多尺度三維地理信息，提升多種觀測(cè)、多源數(shù)據(jù)獲取能力及智能化水平，如圖1所示。

圖1 水陸一體化船載空間地理信息采集系統(tǒng)

2.2 基于機(jī)載的多傳感器無(wú)人機(jī)智能全息測(cè)繪技術(shù)

研究多平臺(tái)、多傳感器、多視角、高分辨率低空遙感信息采集與多元化處理以及多源、多時(shí)相、多尺度低空遙感數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)，以地理信息產(chǎn)品精細(xì)化、精確化、真實(shí)化、智能化為目標(biāo)，利用激光掃描、傾斜攝影等傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)從三維激光點(diǎn)云到全景照片等多樣化手段的“智能化全息測(cè)繪”，建立實(shí)體形成涵蓋采集區(qū)域高清、高精的結(jié)構(gòu)化、地理實(shí)體的矢量、三維模型數(shù)據(jù)，生成高分正射影像、高精度地形地貌模型、高分三維實(shí)景模型及360°全景圖，如圖2所示。

圖2 無(wú)人機(jī)空間地理信息采集系統(tǒng)

2.3 基于陸?？仗煲惑w化的近海島礁測(cè)繪技術(shù)

研究基于似大地水準(zhǔn)面精化模型的陸海高程基準(zhǔn)統(tǒng)一、基于高等級(jí)GNSS定位及CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型的陸海坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一以及大面積海域精密潮汐模型構(gòu)建等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)陸海島礁時(shí)空基準(zhǔn)的統(tǒng)一及傳遞。利用GNSS配合機(jī)載及船載三維激光掃描技術(shù)從不同視角獲取島礁全方位三維地理信息，研究多源、異構(gòu)、多維地理空間數(shù)據(jù)的融合建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)陸?？仗煲惑w化近海島礁三維信息化測(cè)繪。

圖3 空間地理信息大數(shù)據(jù)云處理平臺(tái)

2.4 基于多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)

面向不同監(jiān)測(cè)種類、不同監(jiān)測(cè)方法、不同監(jiān)測(cè)裝備、多種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和不同監(jiān)測(cè)對(duì)象等獲取的多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合處理及線性回歸分析關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)成果的實(shí)時(shí)處理、智能分析和信息化反饋，并形成標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程。

2.5 基于云平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用技術(shù)

面向多源、異構(gòu)、多維、多尺度的陸?？仗煲惑w化的海量空間地理信息，構(gòu)建基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高性能、高效的空間地理信息大數(shù)據(jù)云處理平臺(tái)，提升海量數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化和智能化水平。同時(shí)，利用4S技術(shù)在云計(jì)算平臺(tái)上開展大數(shù)據(jù)信息的深度挖掘和分析利用，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的再利用，發(fā)揮更大的利用價(jià)值，如圖3所示。

3 新型測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用案例

3.1 概況

采用多傳感器無(wú)人機(jī)智能測(cè)繪技術(shù)對(duì)位于珠江流域的某大型水利樞紐主要施工區(qū)域進(jìn)行周期性航攝及三維實(shí)景建模，為水利樞紐全生命建設(shè)周期的設(shè)計(jì)過(guò)程、施工組織、形象進(jìn)度展示、工程量復(fù)核、庫(kù)區(qū)違建巡查以及安全監(jiān)控等智慧管理提供了重要的空間地理信息支撐，如圖4—5所示。

圖4 重點(diǎn)施工區(qū)三維實(shí)景模型

圖5 基于三維點(diǎn)云模型的方量計(jì)算

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

案例屬于面向需求的新型測(cè)繪項(xiàng)目，融合多傳感器的地理空間信息獲取技術(shù)，建立地理實(shí)體的矢量、三維模型數(shù)據(jù)，形成涵蓋工程區(qū)域高清、高精的結(jié)構(gòu)化實(shí)體三維地理數(shù)據(jù)，研究地理實(shí)體結(jié)構(gòu)信息的智能提取，生成包括三維實(shí)景模型、精細(xì)化三維點(diǎn)云模型、高分正射影像圖、360°全景視頻等多尺度、多類型的新型地理信息產(chǎn)品，為工程建設(shè)智慧管理提供智能化的空間地理信息服務(wù)。

4 思考與建議

(1)流域新型基礎(chǔ)測(cè)繪既是新生事物，又是必然趨勢(shì)，是流域測(cè)繪地理信息事業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和跨越發(fā)展的新追求和落腳點(diǎn)。隨著數(shù)字流域、智慧水利建設(shè)的不斷推進(jìn)，新型基礎(chǔ)地理信息成果的本底作用、數(shù)據(jù)支撐功能將更加重要，需要適時(shí)有針對(duì)性地推進(jìn)流域新型基礎(chǔ)測(cè)繪工作。

(2)流域新型基礎(chǔ)測(cè)繪開展之初，并沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)，需要加強(qiáng)相關(guān)方面的頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)攻關(guān)和組織保障，積極探索與總結(jié)，健全質(zhì)量保證體系，加強(qiáng)作業(yè)過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，制定與空間地理信息采集手段相適應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)書及工作流程，制定與不同地理信息產(chǎn)品相適應(yīng)的質(zhì)量保證措施和質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化在流域新型基礎(chǔ)測(cè)繪中的引領(lǐng)作用。