李春雷，張善亮，李山羊，鄔雪松

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

1 問題的提出

黨的十九大明確提出“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國、智慧社會(huì)”的建設(shè)目標(biāo)，以信息化推進(jìn)國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化。2018年浙江省人民政府全面部署推進(jìn)政府?dāng)?shù)字化轉(zhuǎn)型工作，利用新一代信息技術(shù)，建設(shè)“數(shù)字政府”[1]。為滿足水利現(xiàn)代化發(fā)展的迫切需求，推進(jìn)“多規(guī)合一”空間管控[2]，落實(shí)水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管要求，水利規(guī)劃監(jiān)管模式亟需更新與轉(zhuǎn)變。

水利規(guī)劃是防治水旱災(zāi)害、合理開發(fā)利用水資源而制定的總體安排[3]，按類型可分為防洪排澇、水資源開發(fā)利用、水能利用規(guī)劃等，按對象可分為流域規(guī)劃、地區(qū)規(guī)劃、工程規(guī)劃等[4]，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)水網(wǎng)布局與城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)及生態(tài)布局的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)相互依存、深度融合、協(xié)同發(fā)展的格局[5]。規(guī)劃的有效合理實(shí)施是推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提升區(qū)域資源利用水平以及人民生活水平的有效保障。但當(dāng)前水利規(guī)劃數(shù)字化程度不高，坐標(biāo)系不統(tǒng)一，未能形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)以及指標(biāo)管理，監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)不一且監(jiān)管手段相對落后，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字規(guī)劃，并利用“數(shù)字化+監(jiān)管”[6]模式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型迫在眉睫。

隨著浙江省人民政府?dāng)?shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，在系統(tǒng)梳理錢塘江流域規(guī)劃監(jiān)管業(yè)務(wù)需求基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)錢塘江流域數(shù)字規(guī)劃監(jiān)管平臺(tái)的總體框架及功能場景，研究實(shí)現(xiàn)路徑及關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水利規(guī)劃數(shù)字化動(dòng)態(tài)監(jiān)管，提升流域規(guī)劃精細(xì)化管理、數(shù)據(jù)共享以及規(guī)劃監(jiān)管能力。

2 區(qū)域概況

錢塘江流域面積55 491 km2，干流長609 km，其中浙江省域內(nèi)面積44 467 km2。錢塘江兩岸分布有金衢盆地、杭嘉湖平原和蕭紹寧平原，是浙江省人口及經(jīng)濟(jì)要素聚集地。流域內(nèi)降雨時(shí)空分布不均，洪潮災(zāi)害頻發(fā)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，流域內(nèi)人口產(chǎn)業(yè)不斷集聚，下墊面硬化減弱洪水調(diào)蓄能力，加快洪水匯流，增加防洪壓力。流域防洪作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需統(tǒng)籌上下游、左右岸，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中充分考慮既加快發(fā)展又保障防洪安全，在規(guī)劃層面協(xié)調(diào)好城鎮(zhèn)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)布局和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與防洪的關(guān)系至關(guān)重要。

3 總體框架

根據(jù)規(guī)劃監(jiān)管的需求，錢塘江流域數(shù)字規(guī)劃監(jiān)管平臺(tái)主要建設(shè)內(nèi)容可概括為“1+1+3+6”，即1張數(shù)字規(guī)劃底圖、1個(gè)水利規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、3大應(yīng)用場景以及6大智能應(yīng)用?；谡憬∪嗣裾?dāng)?shù)字化轉(zhuǎn)型“四橫三縱”體系，充分利用浙江省政務(wù)網(wǎng)絡(luò)、政務(wù)云、公共數(shù)據(jù)中心以及公共應(yīng)用支撐平臺(tái)，設(shè)計(jì)錢塘江流域數(shù)字規(guī)劃監(jiān)管平臺(tái)的總體框架（見圖1）?！八臋M”分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層；“三縱”分別是政策制度體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和組織保障體系。

圖1 錢塘江流域數(shù)字規(guī)劃監(jiān)管平臺(tái)總體框架圖

基礎(chǔ)設(shè)施層：包含物聯(lián)感知和政務(wù)云資源，是所有信息的來源和基礎(chǔ)。依托全省政務(wù)云提供的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行建設(shè)和部署。利用省、市、縣水利部門已建設(shè)的感知設(shè)備，運(yùn)用先進(jìn)的無人機(jī)航拍、衛(wèi)星遙感影像、視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控等手段，實(shí)現(xiàn)全過程的規(guī)劃監(jiān)管。

數(shù)據(jù)資源層：利用浙江省人民政府公共數(shù)據(jù)平臺(tái)與浙江省水利數(shù)據(jù)倉，分別實(shí)現(xiàn)跨廳局與行業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)共享，構(gòu)建水利規(guī)劃專題數(shù)據(jù)庫，開展數(shù)據(jù)治理，梳理數(shù)據(jù)資源目錄，提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

應(yīng)用支撐層：利用浙江省人民政府公共應(yīng)用支撐平臺(tái)資源，根據(jù)規(guī)劃監(jiān)管要求，構(gòu)建相應(yīng)的人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法庫，并建設(shè)二維、三維水利數(shù)字規(guī)劃一張圖，為水利規(guī)劃監(jiān)管應(yīng)用提供應(yīng)用支撐服務(wù)。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：梳理政府機(jī)構(gòu)職能以及業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建數(shù)字規(guī)劃、區(qū)域規(guī)劃指標(biāo)查詢、防洪影響分析、規(guī)劃實(shí)施監(jiān)管、涉水工程合規(guī)性審查、水域監(jiān)控監(jiān)管6大應(yīng)用模塊。

平臺(tái)建設(shè)實(shí)現(xiàn)路徑及技術(shù)路線見圖2。其中數(shù)字規(guī)劃數(shù)據(jù)庫作為平臺(tái)的核心，依托浙江省水利數(shù)據(jù)倉建設(shè)，主要建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、空間信息庫、規(guī)劃指標(biāo)庫、規(guī)劃目標(biāo)庫、監(jiān)管數(shù)據(jù)庫等，為規(guī)劃監(jiān)管提供全要素信息。水利規(guī)劃一張圖以浙江水利一張圖為基礎(chǔ)，整合水利規(guī)劃空間信息，共享自然資源、交通、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等數(shù)據(jù)，利用GIS+BIM集成應(yīng)用技術(shù)，建立二維、三維水利規(guī)劃數(shù)字一張圖，智能判別可行性研究、設(shè)計(jì)階段方案的合規(guī)性問題，在施工過程識(shí)別不合規(guī)行為，實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的融合以及空間拓?fù)浞治龇?wù)。

圖2 平臺(tái)建設(shè)實(shí)現(xiàn)路徑及技術(shù)路線圖

4 關(guān)鍵技術(shù)

錢塘江流域數(shù)字規(guī)劃監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)主要涉及3大關(guān)鍵技術(shù)。

（1）GIS+BIM集成應(yīng)用技術(shù)。地理信息系統(tǒng)（GIS）是綜合地球科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)的綜合應(yīng)用工程技術(shù)。采用空間信息技術(shù)可以縮短規(guī)劃周期、提高規(guī)劃效率、節(jié)約規(guī)劃成本[7]。建筑信息模型（BIM）[8]是應(yīng)用于工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具。BIM模型可應(yīng)用于工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和交付各個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的全生命周期管理[9]。GIS與BIM都具有二維、三維空間分析能力，GIS優(yōu)勢在于大數(shù)據(jù)大場景空間分析與地圖表達(dá)，而BIM模型優(yōu)勢在于精細(xì)化模型與工程全生命周期管理，BIM與GIS技術(shù)有機(jī)結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)防洪工程體系從宏觀到微觀的科學(xué)管理與決策服務(wù)。

（2）人工智能識(shí)別技術(shù)。2000年深度機(jī)器學(xué)習(xí)的誕生推進(jìn)人工智能研究和應(yīng)用熱潮[10]。人工智能在水利行業(yè)遙感監(jiān)測、視頻監(jiān)控等物聯(lián)感知方面已有成效。AI+遙感可以實(shí)現(xiàn)影像機(jī)器解譯、信息自動(dòng)提取[11]，智能識(shí)別不合規(guī)涉水工程。AI+視頻可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)對象的自動(dòng)識(shí)別、跟蹤以及預(yù)警[12]，極大提升監(jiān)控效率。物聯(lián)感知與人工智能深度融合可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航、智能識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警、發(fā)送信息、任務(wù)處理和反饋的全閉環(huán)智能化監(jiān)管。

（3）5G無人機(jī)巡查技術(shù)。無人機(jī)具有靈活布控、便捷巡查的特點(diǎn)，通過無人機(jī)搭載全景高清攝像機(jī)，對流域內(nèi)重點(diǎn)河道、水利設(shè)施進(jìn)行航拍監(jiān)測，利用5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬和低時(shí)延特性，實(shí)現(xiàn)全景視頻的實(shí)時(shí)回傳。5G無人機(jī)可輕松抵達(dá)傳統(tǒng)人工難以到達(dá)的區(qū)域，有效補(bǔ)充傳統(tǒng)的人工巡查和固定監(jiān)控的盲區(qū)，大大提高巡檢效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更全面的監(jiān)控。5G無人機(jī)拍攝的高清視頻實(shí)時(shí)回傳到視頻監(jiān)控中心，通過AI視頻識(shí)別技術(shù)，識(shí)別視頻中規(guī)劃管控區(qū)域內(nèi)在建工程施工違規(guī)問題，輔助管理人員及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)異常情況，有效輔助流域規(guī)劃監(jiān)管。

5 功能場景設(shè)計(jì)

根據(jù)平臺(tái)總體框架和技術(shù)路線，構(gòu)建錢塘江流域防洪規(guī)劃數(shù)字化監(jiān)管3大應(yīng)用場景、6大智能應(yīng)用（見圖3）。錢塘江流域規(guī)劃監(jiān)管平臺(tái)原型見圖4，功能場景原型見圖5。

圖3 平臺(tái)應(yīng)用層功能場景設(shè)計(jì)框架圖

圖4 錢塘江流域規(guī)劃監(jiān)管平臺(tái)原型圖

圖5 功能場景原型圖

5.1 數(shù)字規(guī)劃

規(guī)劃一張圖服務(wù)，數(shù)字規(guī)劃歸集流域綜合規(guī)劃、防洪規(guī)劃、河口規(guī)劃以及中小流域治理規(guī)劃等成果，量化規(guī)劃目標(biāo)體系、工程和非工程措施等內(nèi)容，整合水域保護(hù)控制性詳細(xì)規(guī)劃、水利工程劃界、堤防治導(dǎo)線、防洪排澇規(guī)劃等GIS空間數(shù)據(jù)，逐步解決不同規(guī)劃空間上的矛盾，理順規(guī)劃層級(jí)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)水利“多規(guī)合一”，共享流域規(guī)劃數(shù)據(jù)，提供水利規(guī)劃一張圖服務(wù)。在規(guī)劃層面實(shí)現(xiàn)對接空間規(guī)劃“三區(qū)三線”，有機(jī)納入國土空間規(guī)劃中，落實(shí)水利空間管控要求。

5.2 規(guī)劃監(jiān)管

（1）規(guī)劃實(shí)施監(jiān)管。在數(shù)字規(guī)劃基礎(chǔ)上，依托浙江省“最多跑一次”改革，連通政務(wù)服務(wù)網(wǎng)，實(shí)時(shí)獲取涉及的水利工程注冊登記信息，如水庫、堤防、閘泵等注冊登記及報(bào)廢信息，利用平臺(tái)對規(guī)劃工程與非工程措施實(shí)施進(jìn)度進(jìn)行跟蹤，根據(jù)工程實(shí)施進(jìn)展對流域存在規(guī)劃未達(dá)標(biāo)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)銷號(hào)管理，并對計(jì)劃實(shí)施的規(guī)劃項(xiàng)目在申報(bào)、投資、計(jì)劃、進(jìn)度上進(jìn)行監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃全周期監(jiān)管。

（2）涉水工程合規(guī)性審查。實(shí)現(xiàn)對水利工程、涉水建設(shè)工程等項(xiàng)目進(jìn)行合規(guī)性審查。在數(shù)字規(guī)劃基礎(chǔ)上，工程施工前提交設(shè)計(jì)圖紙，利用GIS+BIM三維空間分析能力，識(shí)別構(gòu)筑物屬性，分析構(gòu)筑物與水域控制線的拓?fù)潢P(guān)系，判斷水域占用情況，分析防洪影響，一鍵導(dǎo)出規(guī)劃符合性查詢報(bào)告，為涉水審批及后續(xù)監(jiān)管提供決策依據(jù)。

（3）水域監(jiān)控監(jiān)管。利用衛(wèi)星遙感、視頻、無人機(jī)航拍、人工智能等技術(shù)，對非法侵占水域行為進(jìn)行監(jiān)控[13]，保障水域行洪排澇安全。基于人工智能技術(shù)，通過深度學(xué)習(xí)算法，對不同時(shí)期的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，以歷年水域變化監(jiān)測調(diào)查成果為樣本進(jìn)行訓(xùn)練，完成人工智能識(shí)別模型構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別疑似違規(guī)占用水域圖斑，利用GIS空間分析功能與空間管控信息進(jìn)行疊加分析，判別合規(guī)與否，提交人工審查，及時(shí)查處侵占和破壞水域岸線、非法占用水域等違法行為，有效解決阻礙行洪問題。

5.3 規(guī)劃服務(wù)

（1）工程防洪影響分析。針對過江隧道、管道、橋梁等涉水工程，分析構(gòu)筑物埋深是否滿足最小沖刷、平均沖刷要求，利用工程的BIM模型，通過平臺(tái)三維空間分析工具，基于已有水下地形數(shù)據(jù)，分析最小埋深，并與規(guī)劃驗(yàn)證指標(biāo)進(jìn)行比對分析，為工程實(shí)施提供快速評價(jià)依據(jù)。

（2）區(qū)域規(guī)劃指標(biāo)查詢。提交查詢區(qū)域范圍，自動(dòng)獲取區(qū)域內(nèi)水利規(guī)劃指標(biāo)，通過接口方式提供服務(wù)，為區(qū)域的發(fā)展規(guī)劃、空間規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、交通規(guī)劃等不同層級(jí)不同專題的規(guī)劃提供指標(biāo)查詢功能，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域“多規(guī)合一”提供數(shù)據(jù)指標(biāo)支撐。

6 結(jié) 語

水利規(guī)劃監(jiān)管方式從傳統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)字化+監(jiān)管”的模式，是政府?dāng)?shù)字化轉(zhuǎn)型以及新一代信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。錢塘江流域數(shù)字規(guī)劃監(jiān)管平臺(tái)總體框架以及功能場景設(shè)計(jì)充分利用浙江省人民政府已建及在建平臺(tái)，歸集整合水利規(guī)劃數(shù)字化資源，規(guī)避信息化重復(fù)建設(shè)。研究利用GIS和BIM技術(shù)，建立錢塘江流域水利規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，融合人工智能、遙感、視頻監(jiān)控、5G無人機(jī)巡查等新技術(shù)，構(gòu)建3大應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)6大智能應(yīng)用，解決規(guī)劃停留在“紙面”上，數(shù)據(jù)、指標(biāo)、監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)不一以及監(jiān)管手段落后等問題，為實(shí)現(xiàn)流域規(guī)劃系統(tǒng)管理及動(dòng)態(tài)監(jiān)管，提供有效的解決方案和技術(shù)手段。