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數(shù)字孿生賦能黃河防汛 集智創(chuàng)新守護(hù)大河安瀾

時(shí)間：2025-02-18 來源：中國水利網(wǎng)

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　　日前，由黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡稱黃河設(shè)計(jì)院）申報(bào)的智慧防汛關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐項(xiàng)目，榮獲第十二屆中國技術(shù)市場(chǎng)協(xié)會(huì)金橋獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，標(biāo)志著該項(xiàng)目在技術(shù)先進(jìn)性、創(chuàng)新性和應(yīng)用價(jià)值方面得到了權(quán)威認(rèn)可。

　　金橋獎(jiǎng)是全國技術(shù)市場(chǎng)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)。黃河設(shè)計(jì)院等3家單位歷時(shí)10年聯(lián)合攻關(guān)，立足水利信息化“智慧防汛”領(lǐng)域，開展了一系列技術(shù)難題攻關(guān)，研發(fā)出小禹智慧防汛系列產(chǎn)品，取得了水工程智能感知、預(yù)報(bào)調(diào)度、智慧防汛、三維仿真平臺(tái)等創(chuàng)新成果，已得到廣泛推廣應(yīng)用，為智慧防汛工作提供了有力的技術(shù)支撐。

　　集智攻關(guān)“智慧防汛”難題

　　“開展智慧防汛關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐，加強(qiáng)新一代信息技術(shù)與流域水旱災(zāi)害防御業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新，對(duì)促進(jìn)流域管理理念和方式的變革、發(fā)展模式的升級(jí)擴(kuò)展，以及完善流域治理體系、提高流域治理能力現(xiàn)代化水平具有重要意義。”黃河設(shè)計(jì)院董事長、該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人安新代說。

　　談及項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念和研發(fā)過程，黃河設(shè)計(jì)院副總工程師郭玉松表示，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用觀測(cè)資料分析、原型試驗(yàn)、算法研究、模型及系統(tǒng)研發(fā)等手段，歷經(jīng)10余年合力攻關(guān)，在河防工程安全態(tài)勢(shì)感知能力擴(kuò)展、大流域多節(jié)點(diǎn)預(yù)報(bào)調(diào)度模型算法算力提升、國產(chǎn)化水利時(shí)空三維仿真技術(shù)構(gòu)建等領(lǐng)域開展了系統(tǒng)深入的研究。

　　當(dāng)前，該項(xiàng)目的研發(fā)成果已廣泛應(yīng)用于黃河和淮河流域、南水北調(diào)中線工程等重要堤防、水庫工程的隱患檢測(cè)，以及黃河古賢水利樞紐工程、涇河?xùn)|莊水利樞紐工程等重大工程數(shù)字化場(chǎng)景構(gòu)建，為黃河流域、河南省、深圳市防汛決策管理提供了有力支撐。

　　擴(kuò)展河防工程安全態(tài)勢(shì)感知能力

　　水利工程如果“生病”，怎樣才能快速找到堤壩內(nèi)部的“病因”而不貽誤“病情”呢？智慧防汛關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐項(xiàng)目的一大創(chuàng)新點(diǎn)是，研發(fā)出了河防工程信息感知關(guān)鍵技術(shù)與系列成套裝備，可快速檢測(cè)水利工程隱患。

　　通過構(gòu)建智能的感知系統(tǒng)，利用信息化手段為防洪工程開展“體檢”，能高效精準(zhǔn)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。“我們自主研發(fā)的小禹拖曳式電磁感應(yīng)儀，重量僅10千克，能對(duì)堤防內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行‘CT透視’檢查，巡查檢測(cè)10千米黃河堤防只需1小時(shí)，能快速及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隱患，便于精準(zhǔn)施策，及時(shí)搶護(hù)險(xiǎn)情。”郭玉松告訴記者。

　　在2021年7月河南特大暴雨災(zāi)害中，小禹拖曳式電磁感應(yīng)儀“臨危受命”，快速批量完成了鄭州市周邊140余座水庫大壩的災(zāi)后病害檢測(cè)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了小禹堤壩滲漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）傳感技術(shù)的變形感知裝備、護(hù)岸邊坡穩(wěn)定性智能感知系統(tǒng)等，構(gòu)建了從雨水情到河防工程的全方位感知體系，實(shí)現(xiàn)了從天空到地面的空間數(shù)據(jù)集建設(shè)。

　　提高防汛管理智能化智慧化水平

　　“打個(gè)比方，只有大腦發(fā)出指令，人體骨骼軀干才能與大腦聯(lián)動(dòng)發(fā)揮作用。那么，智慧防汛中的‘大腦’就是一個(gè)個(gè)模型。”黃河設(shè)計(jì)院規(guī)劃院副總工李榮容說，“該項(xiàng)目的另一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是，建立了‘水庫—河道—滯洪區(qū)’多節(jié)點(diǎn)預(yù)報(bào)調(diào)度動(dòng)態(tài)耦聯(lián)技術(shù)與智慧防汛系統(tǒng)。”

　　“這項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建了干支流水庫—滯洪區(qū)分級(jí)攔蓄、河道—灘區(qū)多情景模擬的黃河中下游實(shí)時(shí)調(diào)度模型，模型算法可以達(dá)到秒級(jí)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)度方案的實(shí)時(shí)滾動(dòng)生成，大幅度提升了防汛會(huì)商決策的效率。”規(guī)劃院防汛技術(shù)骨干王鵬介紹道。

　　項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)的小禹智慧防汛系統(tǒng)更是顯著提高了防汛指揮決策的效率。2021年黃河秋汛期間，黃河設(shè)計(jì)院應(yīng)用預(yù)報(bào)調(diào)度耦合模型，支撐了50立方米每秒誤差的精準(zhǔn)調(diào)度。同時(shí)，應(yīng)用小禹智慧防汛系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤雨水情勢(shì)、分析不同量級(jí)洪水河道演進(jìn)時(shí)間，為高密度防汛會(huì)商提供及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)度信息。

　　2022年以來，小禹智慧防汛系統(tǒng)相關(guān)核心技術(shù)成功推廣至三門峽水利樞紐工程、廣東省水利廳、深圳市水務(wù)局，研發(fā)了三門峽智慧防汛機(jī)器人、小粵防汛機(jī)器人、大鵬防汛機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了雨水情勢(shì)的實(shí)時(shí)跟蹤、防汛信息的快速精準(zhǔn)查詢、汛情智能分析推送，大大提高了工作效率。

　　除“小禹”外，近年來，通過實(shí)踐應(yīng)用，黃河設(shè)計(jì)院持續(xù)迭代優(yōu)化完善“水庫—河道—滯洪區(qū)”多節(jié)點(diǎn)預(yù)報(bào)調(diào)度模型、雨洪沙相似事件智慧分析模型、分布式模型并行處理新方法等數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建起支撐黃河防汛決策的“智慧大腦”。

　　創(chuàng)新國產(chǎn)化水利時(shí)空三維仿真技術(shù)

　　三維仿真平臺(tái)是精細(xì)化模擬的底座。當(dāng)前，仿真引擎、智能分析與可視化仿真模型的構(gòu)建，多依賴于國外的開源技術(shù)或平臺(tái)。為擺脫該領(lǐng)域核心技術(shù)對(duì)國外軟件的依賴，黃河設(shè)計(jì)院創(chuàng)新多源時(shí)空異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)與高效加載模式，自主研發(fā)了支持流域復(fù)雜三維場(chǎng)景推演與交互的仿真引擎技術(shù)，創(chuàng)建了多源水利時(shí)空仿真平臺(tái)——“云河地球”，為水利場(chǎng)景可視化和仿真引擎國產(chǎn)化帶來了新突破。

　　據(jù)介紹，“云河地球”是數(shù)字孿生黃河建設(shè)的重要載體，可通過模型預(yù)演，預(yù)報(bào)降雨可能會(huì)影響的區(qū)域，并將其可視化地呈現(xiàn)出來。“‘云河地球’場(chǎng)景初始化渲染響應(yīng)時(shí)間不超過3秒，加載效率是其他主流產(chǎn)品的1.5倍，提高了同類技術(shù)及軟件平臺(tái)的國產(chǎn)化水平。”據(jù)云河（河南）信息科技有限公司執(zhí)行董事侯紅雨介紹，目前正在開展的數(shù)字孿生黃河建設(shè)以該平臺(tái)為基礎(chǔ)底座，融合構(gòu)建了黃河流域、重點(diǎn)河段、道點(diǎn)工程L1~L3級(jí)全要素場(chǎng)景，提供了宏大場(chǎng)景渲染和高效模擬仿真服務(wù)，有效支撐數(shù)字孿生黃河數(shù)據(jù)底板建設(shè)。

　　2025年，黃河設(shè)計(jì)院將繼續(xù)圍繞防汛管理決策實(shí)戰(zhàn)需要，持續(xù)探索新一代信息技術(shù)與水旱災(zāi)害防御業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新，深耕、細(xì)耕智慧防汛領(lǐng)域，為確保黃河防洪安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。