水生态时空大数据 与智慧水务综合服务平台 北京大学数字中国研究院 北京京元数研科技有限公司 二零一八年一月 CONTENT 重点内容 目 录 建设背景 水问题的综合症 水资源短缺、水质污染、洪水、城市内涝、地下水位下降、水生物栖息地丧失 水问题 2017.10.18 九、坚持人与自然和谐共生。必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策，像对待生命一样对待生态环境，统筹山水林田湖草系统治理，实行最严格的生态环境保护制度，形成绿色发展方式和生活方式，坚定走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展倒流，建设美丽中国，为人民创造良好生产生活环境，为全球生态安全作出贡献。 十九大 智慧水务 王家耀院士 时空大数据可能实现“数据—信息—知识—决策支持”到“数据—知识—决策支持”的转变。 时空大数据在水务领域的应用，是业务逻辑与业务技术的结合，既是对水务全产业链条的宏观综合的信息测绘、画像描摹、实景构造，又是基于这些真实的业务数据的实时感知、资源调度、分析预警、辅助决策。 中国生态城市研究院 以创新为动力，以需求为导向，以整合为手段，以应用为目标，以安全为保障，加快数据整合共享和有序开放，推进水利业务与信息技术深度融合，深化大数据在水利工作中的创新应用，促进水治理体系和治理能力现代化。 水利部 国际现状 IBM的智慧水资源管理 利用水资源运营数据，预测潜在的水资源问题及长期水资源需求，协调保障水资源健康运营，促进水资源的合理及可持续利用。 通过数据分析实现预先维护和优化流程，能够前瞻性地管理水务基础架构，实现预先解决。 智慧水资源管理系统，具有多组织数据共享，以可视化方式统一展示管网、事件和预警信息，可视化的管网和设备以及信息发布等功能，从而实现了实时采集、及时发现问题、梳理管网顺序、优化调度以及跨部门的共享和促进协同。 哥伦比亚 索诺玛地区 国内现状 江苏省——2010年年初，通过“感知太湖、智慧水利”项目建设了“蓝藻湖泛智能监测及打捞车船实时调度物联网系统”。 上海——上海“智慧水网”发展以及水务信息化建设围绕上海“四个中心”建设和“安全、资源、环境”三位一体治水思路。 深圳——深圳水务统筹规划信息化建设，分别从信息采集、网络建设、数据中心建设以及数据共享交换平台建设出发，积极推动智慧水务的发展。 政策背景 建设目标 建设需求 ——王家耀院士 总体框架 针对“水十条”对我国水环境监测与水生态评估管理提出的新要求，系统整合集成智能无人航行器、航空航天遥感、自动化在线水质测量仪器等技术，构建以流域水生态环境功能分区、水质在线监测、水污染防治评估、风险管理等为核心的流域水质目标管理与水生态评价技术体系，构建流域水环境遥感监测监控业务平台，实现国家流域水环境质量管理信息化，提升国家水 生态管理的系统化、自动化、精细化和信息化 水平，健全水务科学发展的体制机制和制度体 系提供“智慧保障” 。 建设目标 重点内容 科技创新 面向统筹综合开展流域水体精准在线半自动化监测的需求，通过将卫星搭载的Hyperion、无人机载的AVIRIS高光谱成像光谱仪、高分系列卫星、Worldview等高分辨率卫星和无人机影像获取的水面光谱信息与无人船载的在线光学水质分析仪，获取到的水体pH值、溶解氧、氨氮量等参数进行融合，得到水体重要水质要素指标反演结果。针对不同水质要素，对不同传感器获取的异构信息分类研究，研究建立定量化的反演模型。分析研究多源异构数据融合方法，充分发挥卫星遥感和智能航行器的不同优势，在空天水全方位一体化协同监测大数据的基础上，依靠机器学习实现不同尺度的水质定量化水质要素自动监测。 重点内容 一、基于水面上下多传感器协同遥感数据的水质要素反演技术 针对目前水质测量工序流程繁琐、不够自动化的问题，利用无人船和无人机等智能航行器开展一体化的遥感水质综合监测。研究设计观测计划的时间空间优化策略，通过GNSS与地理信息系统实现航行器自主控制。基于激光雷达和计算机视觉技术，设计开发无人船/机避障方案。通过建立分布式的多节点多源数据并发的传输任务的业务架构体系，确保无人船的数据实时回传至综合监测系统主平台。在检测到异常或突发污染事件后，通过应急响应调度机制，可快速获得应急监测方案，对重点区域进行高密度高频次的监测。 重点内容 二、智能无人船（机）水质遥感综合监测系统设计与原型开发 建立流域水生态环境数据的收集、传输、整合、交换和集成通用标准。在线实时获取监测点光谱信息与水质参数数据，离线获取的长期遥感卫星数据，利用无人船水质遥感综合监测系统获取的数据以及其他相关地理基础数据，建立涉水多领域的大数据挖掘、汇集与融合技术，设计流域水环境的核心模型框架，完成模型之间的耦合以及与水生态大数据仓库的集成，研究包括污染物通量分析、水环境承载力、生态补偿、水质目标管理与风险预警等水生态综合评价体系。以试点示范建设，基于水生态综合评价体系研究，设计开发集水生态环境信息采集、处理、融合、分析、模拟、评价以及数字化成果输出等功能于一体的流域水生态系统健康评价系统，实现流域水生态健康信息的数字化管理。 重点内容 三、基于在线-离线综合监测大数据的流域（河湖）水生态综合评价体系 重点内容 四、水生态时空大数据平台 水生态时空大数据应包括历史的、现状的水生态基础地理信息数据和公共专题数据，智能感知数据以及空间规划数据，和这四类数据的数据引擎及管理分析系统等六部分。依托天空地一体化综合监测数据，采用全空间信息模型形成全空间，并时空化公共专题数据、智能感知数据和空间规划数据，通过管理分析系统经数据引擎实现一体化管理。