卫星遥感技术 数字孪生水利“天空地”协同监测感知的关键技术
发展水利新质生产力是建设水利强国、实现水利现代化的先决条件，数字孪生水利体系建设是培育水利新质生产力、促进水利高质量发展、确保国家水安全的重要路径。
在构建数字孪生水利体系的过程中，必不可少的便是监测感知。
2024年5月，水利部审议通过数字孪生水利一体化监测感知夯基提能行动方案，方案明确提出，通过高分辨率航天、航空遥感技术和地面水文监测技术的有机结合，推进建立流域“天空地”协同监测感知体系。
如果说，卫星无人机遥感等构建的监测体系，是感知现实世界变化的“感官”，那么，还需要高质量的“算据”协同“算法”、“算力” 构建水利高效预警机制。
这其中，遥感平台发挥着重要作用。
它能在多源海量遥感与时空数据汇聚场景下提供底座支撑能力，对数据进行统筹与管理，处理加工生产，承接算法模型，以形成高质量数据服务与个性化遥感专题产品；同时也为数据动态更新、解译分析与分发共享提供算力等资源的动态调度，通过数据底板，为水利数字孪生提供“算据”、“算法”与“算力”。
而在传统遥感模式下，在数据全生命周期各环节存在以下主要问题，
多源汇聚挑战 数据管理模式存在瓶颈：传统管理模式下，多源海量遥感数据未得到集中、标准、统一管理，不仅数据存储分散、调阅困难，同时也为后续的处理分析、分发共享带来挑战，数据受制于管理模式，无法在业务侧充分发挥效能，令整体系统效率降低，难以实现“四预”目标。
数据功能未一体化 数据渠道受阻：智慧水利要求数据渠道畅通无阻，实时快速。遥感数据的专业性，让其管理、处理、分析、应用、分发各功能环节割裂，数据功能未实现一体化，需在多软件平台、线上线下跳转处理，无法形成实时自动一体化“生产线”，令支撑数据底板的数据渠道受阻。
数据处理解译流程不畅 防洪调度时效低：传统遥感处理模式下，为应对水利防洪业务不同需求及其变化，数据需要反复预处理，图斑解译、水体变化提取等，以及上图过程复杂，需大量人工操作，算力资源无法动态分配，导致数据实时性与精度无法满足业务应用精准精细化的需求，难以支撑流域洪水防御中监测预警业务应用的时效性要求。
以上诸多难题，让关键监测数据难以满足水利数字孪生的数据底板的高标准建设要求，同时也难以支撑流域洪水防御中监测预警业务应用的时效性要求。如何让遥感大数据的流动力，推动智慧水利数字孪生这座巨大的“水车”？
时空大数据全生命周期管理 构建从“数据侧”到“业务侧”效益赋能
针对智慧水利领域遥感与时空大数据“采、产、管、用”多环节难点，数简利用自身专业深耕时空大数据全生命周期管理领域，构建面向智慧水利数字孪生的遥感平台解决方案，围绕自研时空数字基础平台与自主核心技术创新，提供涵盖多源卫星遥感、无人机影像以及多源时空数据的“统筹规划、多源汇聚、智能处理、管理分发、综合应用、服务共享”能力，面向智慧水利遥感应用需求的全域范围海量影像数据管理和发布，为“感知”提供海量数据更新提供实时“动力”，为“孪生”提供数据自动化“流水线” ，支撑水务遥感资源渠道打通、高效数字孪生水利数据底板构建。
数简智慧水利整体设计思路
同时，针对当前防洪调度对遥感信息提取的高时效性要求，数简在遥感数据处理分析与解译方面，重点优化了贯穿海量多源异构数据从处理分析到共享应用全链条，平台通过遥感智算框架、防洪解译算法模型库与数据流程自定义相结合，为影像自动化处理及分析计算提供全面支持，高效精准处理遥感数据，实时智能分析计算，实现从“数据侧”到“业务侧”效益赋能，为智慧水利数字孪生提供高质量“算据”、高精准“算法”与高性能“算力”。
方案整体实现——
一个平台统一标准化管理多源海量时空数据：一个平台统一“网盘化”管理卫星、航空飞机、无人机、雷达、科学数据集等多源空间数据，并建立统一的数据标准，构建持续性数据资源汇聚与更新机制；海量数据可通过语义与时空复合检索模式灵活查询调取，覆盖从遥感数据接收，实时解压、上传、编目、质检、入库、发布、应用全流程。
一个平台遥感数据全生命周期功能一体化：一个平台实现多源卫星遥感、无人机影像全生命周期环节与专业功能，面向智慧水利遥感应用需求的全域范围海量影像数据管理、处理、发布、分析、应用，支撑水务遥感资源渠道打通、高效数字孪生水利数据底板构建。
一个平台遥感处理智能解译流程自动化：针对流域洪水防御业务的多样化与时效性，数简遥感数据实时在线动态处理核心技术，与遥感智算框架、遥感解译算法模型库与流程编排专业模组结合，动态满足业务多样化需求，提供“数据管理-查询展示-分析计算-要素解译-资源服务”的底座支撑力。
平台内置通用与水利专业遥感解译算法库：平台算法库内置包括光学水体、雷达水体、建筑物、林地、坝体、植被等通用遥感解译功能，以及行洪障碍物图斑解译功能、淹没范围解译功能、易淹没区建筑物数量统计、水域岸线遥感监测、地表变化遥感监测等水利专业遥感算法库，与平台其他专业模组结合，实现“数据源接入 → 处理→ 分析 → 图斑→上图”流畅一体化应用，高效提取遥感信息。
在整体数据流程环节上，平台对多业务场景的支持也更为灵活智能，在卫星数据统筹规划流程中，可针对日常监测与防汛应急需求，进行星基与空基一体化多类型监测规划；在卫星数据接入环节，支持基于国产卫星资多分辨率卫星全覆盖的常规接入与定制接入；在智能解译环节，支持水土保持、河湖监管等多业务目标的遥感智能解译与人工交互相结合；在服务分发环节，实现数据服务的业务化按需生产与成果快速共享。
那么，针对智慧水利中的“数据底板”与“防洪调度”两大重点，数简遥感平台如何提供流程自动化高效解决方案？
数字孪生水利数据底板构建 → 多源海量时空数据集中管理 灵活分发
数据底板是水利数字孪生的基底，是以数据模型为核心进行数据关联和融合，形成基础数据统一、监测数据汇集、二三维一体化、跨层级、跨业务共享的基础数据体系，构建全流域范围数据资源的一体化管理机制与多层次的数据服务体系，保障“四预”业务的高效运转。
面向水利全要素的时空“数字孪生”，数据底板通过汇聚遥感空间、地理和水文等多源多类型数据资源，进行加工、处理与专题服务生产，并与模型平台、知识平台集成，实现业务数据标准化，形成具备持续性更新能力的数据支撑体系。
此时，遥感平台在数据底板中就担当起统一接收统筹多源卫星数据资源、一体化管理实时与静态数据、自动按需处理加工生产、快速灵活分发共享数据服务的重要职责。
为了让数据底板能够支撑水利“数字孪生”实时精准“映射”，数简充分发挥自研时空数字基础平台全生命周期管理的优势，进一步面向水利系统的多源海量时空数据汇聚场景，提供标准集约化的遥感影像数据管理系统，形成从数据采集与整编、多源异构数据汇聚、多维多尺度数据融合、模型数据标准化、业务信息资源库、场景式流域底板专题图、数据资源共享管理平台、数据标准整体流程的底座支撑能力。
平台实现从源头打通卫星数据渠道，支持国内主要光学载荷、雷达载荷、卫星数据国产多分辨率、多类型影像实时接入，对接入数据和现有数据进行统一编目，将卫星数据的采集时间、产品号、景号、产品级别、卫星星座、传感器、轨道号等各类信息编目入库；兼容静态与动态多类卫星数据的统合管理，支持管理原始影像和成果影像两种类型数据，打通多源异构数据进入数据底板的管道；同时基于分布式技术，实现海量多源异构卫星数据查询的快速响应和定制化分发。
多源、多类型遥感数据统一管理模式，为智慧水利在海量多源时空汇聚场景下提供了统筹治理能力，适应《水利部办公厅关于印发《河湖管理范围内地物遥感解译技术规范(试行)》的通知》中，关于“四查”技术支撑机制与资料收集要求，实现数据资源“三结合”：多源遥感数据相结合，满足日常全局业务与汛期应急业务需求；多分辨率遥感数据相结合，满足多级场景解译需求；原始影像与成果影像相结合，满足数据稳定、持续供应能力。
在整体数据管理上，除遥感数据外，平台同时提供矢量数据、流式数据（气象&网格）等多源异构数据专业管理平台，可在线融合构建洪涝灾害防御、洪水预报预警、调度管理等更为多元化的水利业务应用。
在数据查询检索方面，数简基于复合时空索引核心技术，结合分布式技术，提供海量多源异构卫星数据的语义&空间复合检索、秒级响应与全分辨率在线浏览能力，可基于输入经纬度、行政区域、绘图勾画矩形或多边形等空间交互检索；同时也可根据卫星/传感器、采集时间、生产时间、分辨率、轨道号、产品级别、接收站、云覆盖度、图像质量等进行进一步筛选或精确查询。
系统可对检索数据结果按照业务目标进行实时预处理、动态转换、个性化呈现与实时分析，处理结果快速发布为标准OGC WMTS服务，支持ArcMap和SuperMap桌面端加载；同时支持常见终端QGIS、 Leaflet、Openlayers、 Cesuim等。以上自动化处理模式同样支持将高程数据发布为地形服务、颜色表实时渲染，以及在终端的三维可视化显示，实现洪涝灾害风险分布图、行洪障碍物产品、洪水范围分布图等水利遥感专题产品的业务化按需生产、可视化模型实时加载，支持接入数字孪生平台、单独应用或被其他平台灵活调用。
流域洪水防御 → 数据处理与解译流程实时自动化
卫星遥感在流域性洪水监测、防洪调度中已成为重要手段。防洪预警对遥感地物信息提取，如防洪要素图斑解译、水体识别等，提出了极高的时效性要求，防洪业务需求也在动态变化，如何在保证数据应用全流程实时自动化的基础上，灵活定制数据处理与解译流程？
数简基于时空数据实时动态服务自主核心技术，结合自研遥感智算框架，其内置了多项通用与专业遥感解译算法，并可对多节点算力进行动态适配，保证数据输入、遥感算法模型运行与成果输出流畅稳定；对于机器解译图斑，数简提供矢量在线协同编辑与标绘工具，支持智能解译与人工交互相结合的检验模式，全面支撑“数据接入-处理-分析-图斑-上图”的流程自动化、便捷化。
数简自研流程编排平台，支持用户根据动态变化的业务应用需求，对数据处理任务进行自定义调度，为流程变更提供了便捷适配的能力。
数简通过关键技术攻关与平台开发，构建水利遥感应用技术体系，搭建了面向国产卫星遥感数据、国产基础设施、国产遥感处理算法的全国产化平台，实现卫星遥感影像从接收、处理、信息提取到应用服务的“全链条”流程化应用。
了解更多：数简智慧水利解决方案 —— 面向数字孪生流域数据底板与防洪“四预”的遥感水利一体化方案，时空大数据驱动水利智能化管理。