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物联网&智慧城市创新实践|密云水库实景三维与智慧巡查关键技术应用

发布时间:2025-7-9 19:08:23   
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「为深化智慧城市建设,推广城市数字化转型先进经验,推动物联网技术与城市发展深度融合,赋能北京城市高质量发展、高效能治理与高品质生活,北京物联网智能技术应用协会、中关村智慧城市产业技术创新战略联盟、北京测绘学会在2025年全球数字经济大会物联网与智慧城市论坛期间,联合开展2025物联网与智慧城市优秀案例征集评选活动。本次活动共征集200余个案例/成果,经评审筛选,最终发布60个优秀案例/成果,并将通过多渠道进行系列展示。诚邀各界开展合作交流,详情可咨询北物联李老师(联系电话:13521200337)。」

申报单位:航天规划设计集团有限公司

所属领域:基层治理领域
  
一、案例概述

 CASE OVERVIEW

  密云水库作为亚洲最大的人工湖,也是首都北京及其京津冀区域的重要饮用水源与水资源战略储备基地,承担着保障首都水源安全与生态文明建设的重大责任。近些年来,随着南水北调及周边旅游业的快速发展,非法进入库区内游玩、捕鱼和盗采等违规违法现象频发,导致水库的正常管理运维工作难以有效进行,其中“发现难、取证难、反应慢”的三大主要痛点已成为制约管理者进行合规执法工作的关键瓶颈。

  建设目标:针对当前水库巡查执法存在的痛点和对水库保护智能化管理的迫切需求,本项目首次在水库执法领域实现全时空、全天候、全地形、全要素及全过程的“五个全”的覆盖,同时也实现了一张图、一个网络、一个数据库、一个平台及一个窗口的“五个一”的整合。其整体显著提升了库区综合管理与应急处置效率,实现了传统库区管理模式的数字化和智能化转型。

  案例特点:本项目采用地理信息建设为基础、实景三维模型为数字底座、无人机为感知平台及多传感器协同感知为数据来源,同时融合了人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术,构建了一套集地面巡查、无人机航拍与云端分析于一体的智慧巡查执法保障体系。

 1系统架构图(本系统架构为原创设计,有独立自主产权)

 

二、行业挑战

 INDUSTRY CHALLENGES

  现有许多饮用水水源水库保护和治理方式滞后于社会科学技术发展,同时由于水库多地处偏远、地形复杂,缺乏有效管护,亦广泛存在人为污染水资源乱象,水质污染日益严重,对营造优质水资源和健康水生态的新时代生态水利发展理念相违背。在国家水生态文明建设、科技保水治水思路的具体指导下,在开发水利、绿色水利、人水和谐的新时期生态水利要求下,水库型饮用水水源地在山间蓄水、提供稳定水源、营造生态空间等诸多方面均起到不可替代的作用,其水质好坏直接关系到区域经济社会发展以及居民的身体健康。因此,针对水库的高质量科学管理关系着人民生命财产安全与社会经济发展,也是我国水利资源建设发展急需解决的重大技术难题。

  目前,我国尚缺少先进科学完善的饮用水水源地型水库巡查监测技术体系,存在饮用水水源水库“违法事件发现难”、“违法事件取证难”和“执法力量反应慢”等急需解决的现实客观问题,因此迫切需要发展新的理论、方法和技术,实现饮用水水源水库智慧巡查与执法。
三、解决方案与场景

 SOLUTIONS AND SCENARIOS

  本项目采用复合翼无人机作为感知载体,在具有起飞条件的情况下能实现库区巡查执法的“全时空”覆盖;无人机同时搭载可见光相机和热红外相机,实现昼夜无差别“全天候”识别;无人机创新性开发了自适应飞控系统,创新了基于深度学习的自适应飞控系统,实现了无人机“全地形”飞行的优越性能;在系统中嵌入人、船和车等目标检测模型,实现库区执法“全要素”自动化识别与展示;系统贯穿多源数据实时感知、动态任务智能调度、智能预警研判及决策反馈的过程,实现大型水库执法巡查的“全流程”数字化管控。系统采用实景三维模型作为数字底座,集成融合IoT数据与各执法要素,构建库区综合管理“一张图”;系统采用“1+N”设计理念,“一个平台”贯穿实时感知、智能调度及智能预警等过程;系统实现“一个网络”通达逐级贯通,统一实现身份认证与数据交换;项目打造重点人员数据库,实现“一个数据库”全面管理;同时系统还设计实现“一个窗口”,统一登录窗口与问询谈话模式,规范执法流程。本项目显著提升了库区综合管理与应急处置效率,实现了库区管理模式的数字化转型,可为全国重点水源地数字化执法管控提供了可推广的成熟解决方案。

  为此,本项目以无人机巡查为先导、地理信息建设为基础、实景三维为底座及多传感器协同感知为数据来源,同时融合了人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术,构建了一套集地面巡查、无人机航拍与云端分析于一体的智慧巡查执法保障体系。首先设计了以“人--云”协同巡查机制,融合多源数据共享和实时数据传输,依托地理信息模型,构建了“水陆空一体化”系统管理平台;其次研发了E6A型垂直起降固定翼无人机,解决了无人机续航、夜间成像及实时回传等“全时空、全天候”的技术瓶颈;基于三维GIS引擎与深度学习语义分割技术,构建了“一张图”总览下的实景三维与数字孪生一体化平台,实现了道路、水体及堤坝等地理要素的自动提取与三维可视化呈现。最后在智慧巡检系统中集成AI目标检测与分级预警模块,从而保障了从事件发现到取证响应的闭环执行,实现了智能巡查自动化、预警响应快速化与执法取证实时化。切实加强了水源保护工作,革新库区管理模式,提升库区综合管理水平,以实现提质增效降本的目的。经在密云水库试点与正式应用,系统监测误报率得到了有效降低,并显著缩短了预警响应时延。

 2“一张图”总览(本系统为原创设计,本图片有独立自主产权)

图表 3实景三维模型—执法站(本系统为原创设计,本图片有独立自主产权)

图表 4实景三维模型—村庄(本系统为原创设计,本图片有独立自主产权)
四、成效及价值总结

 SUMMARY OF EFFECTIVENESS  AND VALUE

  本案例针对于大型水库人工巡查存在效率低、覆盖范围有限、安全风险高等问题,构建了空地一体化的智能网络感知方法,通过平台融合、网络融合、通信融合等关键技术手段,将无人机以及巡查资源和相关业务流、数据流和管理流相互融合,形成“一张网”的综合感知与全链条协同巡查解决方案,平均巡查库区重点区域时间由10小时下降至1.5小时,且完成全库区重点区域水库巡查仅需4小时,将全库区巡查效率提升数倍。

  本案例针对于大型水库管理中存在预警机制缺失、风险识别滞后、指挥效率低等问题,开发基于数字孪生的智能预警及调度平台,构建了集实时监测、风险评估、自动预警与辅助决策于一体的全流程智能管理系统,满足对大型水库的全面感知与异常事件预警及精准调度,实现事后执法向事前预防的转型,应急决策时间显著提升。

  密云水库智慧巡查系统交付至今共计立案373起,其中违法钓鱼222起,违法捕鱼31起,在一级保护区内从事可能污染饮用水体的行为104起,排放污水3起,在一级保护区内游泳2起,随意倾倒、抛洒或堆放垃圾10起。

  本案列的建设增强了水库执法的精准导向性。通过严格执法,有效减少非法捕捞和破坏水生生态的行为,保护鱼类、鸟类及水生植被的生存栖息环境,从而促进水域生态系统的可持续发展和生物多样性的提升;通过依法监管,有效及时预防环境污染事故,保障水源环境的安全与稳定,保护人民群众的饮用水源安全;通过全面严格执法,提升了水库整体运行的安全稳定性,保障了首都地区经济发展的基础与国家安全的战略。

  本案列跨专业结合了新型测绘技术、无人机技术、物联网技术与大数据分析等关键技术,打造了水资源型水库大场景智慧巡查平台,实现了水资源生态涵养的保护与可持续发展,具有显著积极的示范效应。未来优化升级后可在自然资源相关领域持续推进与应用,如矿山巡查、森林草地保护、国家公园珍稀动植物保护等方面进行应用;同时对于扩大、增强和推广测绘新兴技术与物联网技术的社会影响力和社会生产提质发展具有示范指导作用,为推动测绘科学技术的持续进步提供坚实的助力。

5北京卫视报道—全方位统筹数据智慧巡查系统立体化保护密云水库

北京卫视报道—水陆空搭建数字模型 科技保水实现水库全区域巡查

  

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