北京市北斗时空信息创新应用典型案例汇编（一）

智慧水利是新阶段水利高质量发展的显著标志和六大实施路径之一。十四五时期必须践行“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，加快构建智慧水利体系。面对水旱灾害频发、水资源短缺的基本水情，甘肃省水利厅信息中心联合超图软件等单位建设了甘肃智慧水利大平台，采用GIS+北斗技术，以“数字化场景、智慧化模拟、精准化决策”为路径，形成“聚、管、算、用”为一体化的大数据全生命周期服务体系，先后获得政府信息化创新成果与实践案例、2023地理信息产业优秀工程金奖等荣誉。

项目改变了传统水利信息化分建专用的建设模式，创新构建了“省级部署、三级应用”的一站式平台，大力推动资源整合与综合利用，初步实现了一数一源、一数多用、业务协同、智能管理、综合分析的智慧水利目标，解决了基层单位建设资金不足，专业技术人员不足，运维能力不足等困难，节省系统建设运维经费。

在关键技术方面，为解决监测手段单一落后、数据分析利用水平不足等难题，项目建设融合了北斗卫星、大数据GIS、三维仿真等新一代信息技术，并加强了与水利业务的深度融合。一是北斗卫星助监测，项目在白龙江干流代古寺水电站至麒麟寺水电站及白水江支流共计安装7套北斗水位监测设备，差分测量模式精度可达厘米级，水位测量数据可实时传输到数据中心。接入53个气象站、89个山洪站、6个墒情站、9个水位流量站以及4个水电站的实时监测数据，构建了天地一体的灾情监测网络。二是大数据GIS辅决策，以地理空间数据关联各类水利运行数据实现信息互通，大数据分析结果辅助水利管理者做出更为科学合理的决策。三是三维建模与仿真技术预灾情，采用水动力学模型和三维仿真技术，实现不同灾情的模拟，形成了“四预”（预报、预警、预演、预案）框架。结合数值天气预报和水利模型，可预测未来十天的极端降雨，提前12小时发出干流洪水预警。

在应用效果方面，一是打破“信息孤岛”和“数据壁垒”，实现业务系统数据共享。项目汇集、整治和共享了时空信息资源，涉及涉水组织和部门1000余个，平均每月为各水利业务系统提供图层服务超过310万次。打破了部门间的数据孤岛现象，降低了数据维护成本，显著提升了时空信息资源的综合利用效率。仅时空地理平台和GIS服务器即节约了800余万元经费，另外可为各市县节约运维费用150万/年。二是提升预报调度水平，减轻灾害损失。平台为水旱灾害防御、应急管理等部门提供灾害实时监测、预警信息，提升各级各部门之间联动、各级灾害防御部门的综合防灾减灾能力，提高灾害防御科学管理决策水平，制定更为科学合理的应急预案和管理决策，有效减少自然灾害带来的损失，保障人民生命安全。

在市场需求方面，水利工作关系国计民生，全国水利建设2024年计划在水文基础设施、智慧水利等其他项目完成投资931亿元，包括雨水情监测预报体系和数字孪生流域建设等方面。数字孪生流域是智慧水利建设的核心与关键，超图软件基于项目建设经验形成了水利数字孪生解决方案，以物理实体（流域/工程/灌区等）为单元、时空数据为底座、水利模型与知识为驱动，构建水利业务孪生场景，实现对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的数字映射、智能模拟和前瞻预演，全面赋能“2+N”水利智能业务应用，可广泛应用于水旱灾害防御、水资源管理、水生态保障和民生保障等场景。

随着社会经济、科技手段、城市规划与建设理念的发展进步，城市不仅仅是工作与生活的聚集地，而是能够兼顾居住、生活、工作、交通、环保、生态的“智慧城市、海绵城市、生态城市”。但国内城市大多需要重新规划与升级改造，会涉及到大量的“地面路网改造、地上建筑改造和地下管网改造”等工作，尤其是既有道路通行能力不足、使用年限长，重新规划与改造升级更是迫切，对地面路网改造、地上建筑改造和地下管网改造的精准施工、科学管理、安全至上、优质服务等提出更高要求。

为提升城市地下管网施工以及管理水平，公司研发了基于北斗系统的城市施工区域地下管网管理系统，整合了北斗地基增强技术、物联网技术，将地理信息、物联网、遥感技术与城市地下管网历史数据、施工设计图纸与当前施工阶段影像进行实时叠加与融合。在道路施工过程中，对施工的开挖、掘进等作业进行精准管控，实现了厘米级高精度的数字化施工作业。在项目实施过程中，未曾发生施工导致的既有管网的破坏，大幅提升了施工效率，减少了相关单位的协调，保证了工期与施工质量，很大程度上减少了施工作业对周边单位与居民的生产与生活的影响，并带来了良好的经济效益与示范应用效果。

公司已与中交二航局第一工程有限公司等合作参与多条城市道路改造工程，实施效果如下：

（1）项目基于北斗高精度定位技术，实现了各类测量测绘设备、施工引导设备、手持调度及巡检巡查设备等在城市复杂环境下的精确定位，确立了项目坐标基准与坐标系，并将历史资料中的不同坐标系进行了转换，既保证了施工区域内所有坐标的一致性，又提升了区域内的人、车、机械、设备等的定位精度，保证了施工作业与设计的一致性，且大幅度提升了作业效率。

（2）开发并应用了项目专用的智慧施工位置管理云平台“管网云”，将整个项目中与管网施工相关的人、车、设备、机械等全部接入云平台，对作业区域内的人员、车辆及机械等进行实时高精度位置确认、显示与管控；并可根据施工的管理、安全等要求，设置多个不同类型的电子围栏，确保施工过程中施工人员、设备、车辆、机械等在指定区域作业，提升了项目管理与调度能力；并可在云平台上灵活设置巡检巡查路线，与手持设备实时同步，确保在整个作业全周期内实现实时管控，并可进行历史信息追溯。

（3）开发了项目专用的基于安卓平台的移动端应用软件“管网通”，在移动端整合了无人机航测影像数据与地下管网基础数据，移动端软件可在不同的移动终端上使用，并可连接多种高精度测量产品、手持终端、车载高精度终端等设备。通过移动端软件与云平台相关信息与数据的互联互通，可以在施工的各个环节进行实时信息查询，确认施工作业任务，并合理安排施工作业方式。

市场需求

近年来我国城镇化发展迅速，城市安全运行风险压力增加，建筑物坍塌、燃气泄漏、洪涝、火灾、山体滑坡等各类事故灾难严重威胁人民生命财产安全，城市发展呈现出“风险社会、脆性城市”的特点。党的二十大报告明确将城市安全纳入国家安全战略体系，要求“完善风险监测预警体系”、“推动公共安全治理模式向事前预防转型”。

为保障城市安全运行，建设高密度覆盖、高频率更新的城市安全源数据站组网，按照“统一数据来源—服务能力建设—数据要素流通”的总体思路，构建“3类数据源+1个数据服务平台+N类数据产品”城市安全源数据服务平台，形成面向城市安全与精细化治理的共性服务能力。城市安全源数据站集北斗卫星导航数据与多源传感数据（温、湿、风、压、雨、角反……）于一体，结合以季度为周期的卫星雷达遥感影像作为数据源，形成星地一体城市地表位移态势感知、建（构）筑物形变精细化监测、城市短临降水分区预警、城市地基星链精准位置服务、基础设施建设运营空间参考、数字化时间同步以及市政短报文通信服务等面向城市精细化治理的数据产品。

产品技术及应用场景

具体内容如下：

（1）星地一体城市地表位移态势感知技术

综合InSAR和GNSS技术，同时获取大范围高空间分辨率+的高时间分辨率的动态连续数据，提取区域性地表位移变化信息，建立地表形变与时空信息之间的耦合关系，建立城市地表形变模型，实现点—面监测融合，在空间、时间、监测参数和功能上达到协同优势互补，以更加准确地为地质灾害隐患区域提供全面的地面位移形变信息、分析其演变规律，获取一定程度的动态预计结果，及时地掌握地质灾害对地表的影响范围，减少因地表形变导致的地质灾害对周边居民及环境的影响。可应用于地质灾害沉降监测、山区复杂环境下滑坡监测、城市基础设施区域范围地面沉降监测等城市运营场景。

（2）建（构）筑物形变精细化监测技术

基于城市高密度卫星导航源数据站网，利用高精GNSS卫星定位技术结合现代通讯技术、计算机技术、系统集成技术等技术手段,根据监测业务的需求将卫星天线和其他的环境传感器安装在监测物上，实时在线获得形变体上监测点高精度的三维坐标。通过对坐标变化数据的定量分析，实现对监测物表面位移状况的实时监测，精度可达毫米级。由于形变监测数据采集频次高，数据量累计快，采用云方式对采集的数据进行存储、管理、统计分析。用户可直接通过PC的网页、手机APP、微信等进行访问，并可根据业务需求建立多级、多渠道的预警方式。

（3）城市短临降水分区预警

利用GNSS信号穿过对流层的延迟量，结合地表实测环境参数可反演得到测站上空附近的大气可降水量，具有连续运行、低成本、高精度、高时空分辨率、不受天气影响等优点，适用于极端天气监测和气候变化研究等方面。本项目基于城市级高密度卫星导航源数据站网，可有效改善传统水汽观测站分布不均、数量较少、空间分辨率不高的现状。进一步应用对流层三维水汽层析技术，进行三维湿折射率和水汽密度廓线反演，以快速准确反应水汽的时空变化。针对层析建模的各个环节在现有海量算法中总结出普适性的水汽层析模型构建流程，并提出针对不同层析区域特点的自适应调整策略，减少人为干预对层析结果的影响，在保证水汽层析精度的条件下，最大限制降低特定环境因素对水汽层析结果的影响。

（4）基于北斗的城市地基星链精准位置应用

构建由星到站、自站及网、以网成链的位置蜂窝，因具有极强的网型健壮性，不会因某个基站故障而影响区域内的整体使用。从而摆脱对高精度定位算法的高度依赖性，实现大并发低计算、高可靠高冗余服务，为城市管理中各类应用场景遍布高智能化无人设备提供高可靠定位导航服务，以避免在重要工业生产场景及重要生活场景中发生安全事故。适用于智能网联汽车、城市无人机/车巡检、公交车位置监控、物流配送精细化管理等应用场景。

（5）基础设施建设运营空间参考

空间大地测量技术是现代参考框架建设与维持的主要手段，GNSS定位测量在工程上应用于控制网的建立，其平差后控制点的平面位置精度至少可达到1mm至2mm，高程精度可达到3mm，部署专业的处理软件，实现对数据自动解算处理，得到监测点为实时的毫米级坐标值。由于GNSS定位测量精度高，不易受气候影响，观测点不存在必须通视的限制条件，观测速度快等优点，使得工作的效率得到很大的提升，同时，城市级高密度卫星导航基准站网，使得控制网统一，并可重复利用。在工程测量中的应用领域很多，如铁路、公路的线路勘测和隧道、桥梁和房屋工程的建设勘测等，满足城市建设运营管理对统一时空基准的实际需求。

（6）数字化时间同步

当前，出于安全问题，很多行业内部系统均使用内网，未接通互联网，致使各系统分散、独立，未形成统一时间。经过长期运行，时间差会越来越大，这种偏差在单机中影响不太大，但随着城市运营管理的不断发展，对各系统时间的要求也越来越高，因时间不同步会引发许多意想不到的问题。本项目将通过分析卫星信号结构特性及捕获跟踪原理，对传统捕获跟踪算法的性能进行比较，解决毫秒级精度授时来源问题。针对具体应用场景，提出快速部署授时方案，输出标准时间协议的毫秒级时间源，结合工控机时间同步软件解析算法，为各类工业分布场景提供精准统一的授时服务。

（7）市政短报文通信

全国市政数字化时空底座中，基于公开的短报文通信协议，构建短报文通讯指挥监听服务体系，可以为符合系统协议的设备，提供短报文通信服务支持，包括下情上报、上令下传、指挥监听层级构建、紧急呼救报警通知等功能。便于用户根据实际需求在应急、紧急或特殊条件等情况下实现通信交互。

创新性

（1）构建全球首创的面向城市服务的高密度北斗地基星链站网，具有极强的网型健壮性，在城市范围内精准位置服务整体可靠性提升1000倍。（2）形成国内首个周期性自动化位移态势感知数据产品和首个面向城市的大规模即装即用毫米级监测数据产品。（3）建成国际领先、全球首创城市级短临降水监测预报体系，解决传统手段存在的地面分布不均匀、观测不连续、时间分辨率低、数据质量良莠不齐等问题。（4）创新数据要素交易流通新模式，形成面向城市安全与精细化治理数据要素流通的用户侧“数据盒子”，形成数据要素交易流通新模式。

应用效果

本案例建成了首个基于北斗的城市安全数据要素流通服务平台，将数字技术赋能城市安全与精细化治理，通过环境、时间、空间、遥感影像等多源信息感知、分析、反馈，为城市运营、应急管理等领域带来管理体系重塑。针对城市级安全运营监管提供定制化的产品和解决方案，提供给政府部门、企事业使用，可为包括政府管理、城市路桥、住建、河流、公交、人防、文物保护、市政环卫、绿化环保、市政管网、轨道交通、应急救援、共享出行、物流配送、消费电子等不少于15个领域提供可应用的城市安全源数据服务产品。具体来看，建筑物安全监测方面，可为城市老旧、超高、大跨度及高后果公共安全建构筑物健康情况提供历史趋势回溯、即装即用监测、形变预警等指标监测与分析数据服务；城市地表沉降监测方面，可提供特定地点、线路、区域的毫米级精度、季度更新、六年回溯、按需提取和自动识别的地表位移监测数据，及时发现地表较大位移、不均匀沉降、异常抬升等情况并预警；极端降水监测方面，可为排水管网用户提供分区域、分钟级可降水与已降水数据监测、模型仿真与预警，为抢排力量精准调度、预先部署和降水监控提供支撑。

首个落地城市为北京市，按照主城区5公里站间距，全市不超过10公里站间距设置，已建成238座城市安全源数据站。并在中国联通、北京气象数据中心、首通智城等单位开展了不同程度的落地应用。与首通智城公司就通州区地表位移态势感知、短临降水分区预警、地基星链精准位置数据服务、建构筑物形变精细化监测应用开展了技术对接，已提供部分用例数据并进行数据测试应用，调通了数据服务接口。为中国联通高精度定位采集手持终端设备提供城市地基星链精准位置数据服务，在北京市西城区西单地铁站附近，经过多点位、多设备重复对比测试，本平台提供的城市地基星链精准位置数据服务，其服务质量、定位精度、初始化时间均能达到用户要求。同时与北京燃气、北京排水、北京自来水、北京热力、北控城市发展、北京市首都公路等用户单位进行了合作洽谈，为推动平台在北京市政更多应用场景落地；以北京市为典型案例模板，上海、浙江、重庆等省市也同步推进合作意向中，扩大城市安全源数据服务平台市场。

近年来我国城镇化发展迅速，城市安全运行风险压力增加，随着燃气管线不断老化，泄漏风险累积增加，传统检测方式手段少、分辨率差、效率低，是燃气行业面临的普遍共性难题。燃气数智化转型成为行业发展的必然趋势，同时基于数据要素的融合应用优势，燃气安全管理对数字化时空信息、导航定位服务的需求日益迫切，精准时空数据已成为加强城镇燃气安全风险隐患排查治理的重要因素。

北斗精准燃气泄漏检测系统是基于北斗厘米级精准定位服务，通过集成多传感器，结合专家模型，将燃气泄漏感知、传输、智能分析、快速判断及综合评估云端一体化整合，能够实时检测甲烷和乙烷浓度，在高于60km/h检测速度下，实现3秒钟内精准判别燃气泄漏范围，检测精度达ppb级（10亿分之一），检测路线两侧150米半径覆盖，支持完全本地存储，满足用户随时随地查看和调用检测数据的需求，并在结束检测后快速生成报告，巡检人员可根据报告数据精准评估本次检测区域的泄漏状况，将燃气泄漏检测覆盖范围、甄别能力和巡检效率提升到新高度。

系统由载具（车）、气体分析仪、超声风速风向仪、北斗高精度定位终端、边缘计算终端、云端数据解算平台及相关配件组成。其中前端设备基于国产化快速甲、乙烷组分分析仪，集成超声风速仪和北斗精准定位模块，通过激光可调谐吸收光谱技术对检漏车辆周围的可燃气体组分浓度进行实时分析计算，判别泄漏气体性质（天然气、沼气）和疑似泄漏点来源范围。同时，将检测数据、精确行驶轨迹数据和风速数据上传到云服务平台，利用先进的算法和模型对泄漏检测数据与其它管网状态数据进行异构融合，形成燃气泄漏风险云图，支撑燃气安全与管理。

本系统可精准、高效、快速地完成大面积城市管网泄漏检测任务，包括应用于燃气企业泄漏检测、管线巡检、隐患排查、供应安全监测、管道维护管理等日常生产运行场景；亦可用于燃气事故应急响应、重要活动保障、灾后快速巡查评估等安全应急和重点保障场景；还可为政府行业管理部门提供快速精准燃气管线"体检报告"，助力城市燃气态势感知，以最少的资源、集约高效地提高燃气安全管理水平。本系统曾多次承担中非合作论坛北京峰会、新中国成立70周年、中国共产党成立100周年、北京冬奥会等重大国内国际活动安全保障工作并圆满完成任务。目前，其应用已覆盖全国30个省/直辖市/自治区，400余座城市，检测管网里程超过100万公里，检测任务超过2000个，为全国超200家燃气企业提供检测支撑。

本项目面向智能网联汽车“车-路-云-图”融合发展需求，以数据、算法和算力为核心，汇聚静、动态时空地理信息，突破高精度地图采集、生产、发布、更新等关键技术，构建北斗高精度电子地图生产系统和数据库，在现有基础地图中融合北斗高精度位置与高程信息，为用户提供位置服务。建设智能网联车道级导航服务平台，实现高精度定位时空环境中的导航信号动态处理，为智能网联汽车产业赋能。

项目已完成亚米级北斗高精度电子地图数据库建设，建成境内外总计道路里程超12000公里，数据范围涉及“北京、杭州、河北、天津、海南、台湾、日本等地区，数据内容含车道级路网及高精度属性。建成基于高精度电子地图数据库的车道级导航应用平台，平台主要包括“车道级导航系统”、“高精度地图云服务平台”两部分。其中“车道级导航系统”已实现RTK高精度定位、地图车道级显示、车道级导航等示范应用，已完成北斗高精导航终端2000套的生产交付。

由于智能网联车端性能和数据安全问题，高精地图不宜离线存储于车端，因此需要通过路侧将高精地图分发给车辆，并解决在分发过程中的地图要素、范围、播发周期、延迟等问题。项目针对目前静态和动态高精地图的地图要素在内容、范围、周期、延迟等方面的问题，基于在公路运行环境下地图的安全、高效分发关键技术，重点突破了车云协同过程基于设备固有频率不间断播发、多种类消息混合分发的问题，地图的融合处理、自动化成图、分发机制等核心难题，实现高精地图在车路协同中的位置协同应用。融合SD、ADAS、AVP、HD地图，打造四图合一的高质量地图一张图，基于接收的V2X动态交通信息，以及二三维联动的车道级定位、车道级路径规划和车道级导航系列算法，实现人机共驾导航与预警提醒。

截至目前，项目已实现在北京、天津、无锡、广州等区域的示范应用，实现了亚米级定位、车道级规划及显示等智能驾驶辅助功能，解决了目前车载导航系统准确度低、粒度粗的问题，同时更好的支撑了高级辅助驾驶（ADAS系统）和自动驾驶系统对安全性、舒适性、经济性的需求。与一汽解放青岛汽车有限公司、辽宁智塔云联科技有限公司、宁夏原创和工贸有限公司等单位开展智慧公路示范应用，在智能网联运营监控、路网感知、防撞预警、智慧养护及交通事故应急救援等方面发挥了显著的效果，推动了智能网联汽车产业发展。未来，北斗精准可靠的时空信息服务将成为智能网联汽车发展的推动力，为新时代的车联网带来更好的体验，推动整个智能网联汽车进入全新格局。