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數(shù)字孿生賦能黃河防汛 集智創(chuàng)新守護大河安瀾

時間：2025-02-18 來源：中國水利網(wǎng)

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　　日前，由黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司（以下簡稱黃河設(shè)計院）申報的智慧防汛關(guān)鍵技術(shù)研究與實踐項目，榮獲第十二屆中國技術(shù)市場協(xié)會金橋獎一等獎，標志著該項目在技術(shù)先進性、創(chuàng)新性和應(yīng)用價值方面得到了權(quán)威認可。

　　金橋獎是全國技術(shù)市場領(lǐng)域最高獎項。黃河設(shè)計院等3家單位歷時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)報調(diào)度、智慧防汛、三維仿真平臺等創(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)研究與實踐，加強新一代信息技術(shù)與流域水旱災(zāi)害防御業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新，對促進流域管理理念和方式的變革、發(fā)展模式的升級擴展，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?！秉S河設(shè)計院董事長、該項目負責人安新代說。

　　談及項目設(shè)計理念和研發(fā)過程，黃河設(shè)計院副總工程師郭玉松表示，項目團隊采用觀測資料分析、原型試驗、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)勢感知能力擴展、大流域多節(jié)點預(yù)報調(diào)度模型算法算力提升、國產(chǎn)化水利時空三維仿真技術(shù)構(gòu)建等領(lǐng)域開展了系統(tǒng)深入的研究。

　　當前，該項目的研發(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，以及黃河古賢水利樞紐工程、涇河東莊水利樞紐工程等重大工程數(shù)字化場景構(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。

　　擴展河防工程安全態(tài)勢感知能力

　　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)研究與實踐項目的一大創(chuàng)新點是，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，能對堤防內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行‘CT透視’檢查，巡查檢測10千米黃河堤防只需1小時，能快速及時發(fā)現(xiàn)風險隱患，便于精準施策，及時搶護險情。”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。項目團隊還研發(fā)了小禹堤壩滲漏監(jiān)測系統(tǒng)、基于MEMS（微機電系統(tǒng)）傳感技術(shù)的變形感知裝備、護岸邊坡穩(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)動發(fā)揮作用。那么，智慧防汛中的‘大腦’就是一個個模型?！秉S河設(shè)計院規(guī)劃院副總工李榮容說，“該項目的另一個創(chuàng)新點是，建立了‘水庫—河道—滯洪區(qū)’多節(jié)點預(yù)報調(diào)度動態(tài)耦聯(lián)技術(shù)與智慧防汛系統(tǒng)?！?/span>

　　“這項技術(shù)構(gòu)建了干支流水庫—滯洪區(qū)分級攔蓄、河道—灘區(qū)多情景模擬的黃河中下游實時調(diào)度模型，模型算法可以達到秒級響應(yīng)，實現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)度方案的實時滾動生成，大幅度提升了防汛會商決策的效率?！币?guī)劃院防汛技術(shù)骨干王鵬介紹道。

　　項目團隊研發(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)計院應(yīng)用預(yù)報調(diào)度耦合模型，支撐了50立方米每秒誤差的精準調(diào)度。同時，應(yīng)用小禹智慧防汛系統(tǒng)，能夠?qū)崟r跟蹤雨水情勢、分析不同量級洪水河道演進時間，為高密度防汛會商提供及時準確的調(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器人、小粵防汛機器人、大鵬防汛機器人，實現(xiàn)了雨水情勢的實時跟蹤、防汛信息的快速精準查詢、汛情智能分析推送，大大提高了工作效率。

　　除“小禹”外，近年來，通過實踐應(yīng)用，黃河設(shè)計院持續(xù)迭代優(yōu)化完善“水庫—河道—滯洪區(qū)”多節(jié)點預(yù)報調(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)化水利時空三維仿真技術(shù)

　　三維仿真平臺是精細化模擬的底座。當前，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。為擺脫該領(lǐng)域核心技術(shù)對國外軟件的依賴，黃河設(shè)計院創(chuàng)新多源時空異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)與高效加載模式，自主研發(fā)了支持流域復雜三維場景推演與交互的仿真引擎技術(shù)，創(chuàng)建了多源水利時空仿真平臺——“云河地球”，為水利場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)報降雨可能會影響的區(qū)域，并將其可視化地呈現(xiàn)出來?！啊坪拥厍颉瘓鼍俺跏蓟秩卷憫?yīng)時間不超過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)及軟件平臺的國產(chǎn)化水平?！睋?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)以該平臺為基礎(chǔ)底座，融合構(gòu)建了黃河流域、重點河段、道點工程L1~L3級全要素場景，提供了宏大場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)計院將繼續(xù)圍繞防汛管理決策實戰(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、細耕智慧防汛領(lǐng)域，為確保黃河防洪安全和人民生命財產(chǎn)安全提供強有力的技術(shù)支撐。