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黃河有了“數(shù)字大管家” ——黃河水利委員會(huì)數(shù)字孿生黃河建設(shè)初見(jiàn)成效

時(shí)間：2023-01-19 來(lái)源：中國(guó)水利報(bào)

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    2022年12月29日，水利部部長(zhǎng)李國(guó)英給河南黃河河務(wù)局?jǐn)?shù)字孿生黃河第一創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)回信，為他們持續(xù)攻關(guān)水下根石走失傳感器關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)河道工程險(xiǎn)情的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警點(diǎn)贊。 

　　第一創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的成果，是數(shù)字孿生黃河建設(shè)浪潮中的一個(gè)縮影。這股浪潮中，一條虛擬的孿生黃河即將在數(shù)字世界里奔騰暢流，古老巨川也將借助現(xiàn)代科技煥發(fā)嶄新的青春活力。 

　　2022年，是水利部黃河水利委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱“黃委”）數(shù)字孿生黃河建設(shè)規(guī)劃實(shí)施第一年。一年來(lái)，黃委做好頂層設(shè)計(jì)架構(gòu)建設(shè)方案，將現(xiàn)實(shí)中的黃河在數(shù)字空間映射，大力推進(jìn)數(shù)字孿生黃河建設(shè)。 

　　乘數(shù)字時(shí)代大勢(shì) 搭頂層設(shè)計(jì)架構(gòu) 

　　推進(jìn)智慧水利建設(shè)，建設(shè)數(shù)字孿生流域，是水利部落實(shí)中央決策部署的具體行動(dòng)，是推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展六條實(shí)施路徑之一，也是全面提升水安全保障能力的迫切需要。黃委按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的要求，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，以數(shù)字化場(chǎng)景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑，全面推進(jìn)算據(jù)、算法、算力建設(shè)。按照“大系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分系統(tǒng)建設(shè)、模塊化鏈接”的思路，建設(shè)涵蓋黃河保護(hù)治理業(yè)務(wù)的智能協(xié)同應(yīng)用體系。 

　　“數(shù)字孿生黃河”是將現(xiàn)實(shí)中的黃河全要素映射在數(shù)字空間，通過(guò)流域多要素實(shí)時(shí)感知，數(shù)字化場(chǎng)景交互反饋等，將現(xiàn)實(shí)世界黃河中發(fā)生的各種現(xiàn)象在數(shù)字孿生黃河中同步迭代。 

　　2021年11月，黃委成立由主要負(fù)責(zé)人擔(dān)任組長(zhǎng)的黃委數(shù)字孿生黃河建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組和領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，全面凝聚合力，高位推動(dòng)數(shù)字孿生黃河建設(shè)。明確統(tǒng)籌協(xié)調(diào)部門，抽調(diào)技術(shù)骨干組建工作專班，先行推進(jìn)數(shù)字孿生黃河建設(shè)規(guī)劃編制。2022年，經(jīng)過(guò)多輪現(xiàn)狀分析摸排、反復(fù)調(diào)研需求、廣泛征求意見(jiàn)、院士專家咨詢等，編制完成《數(shù)字孿生黃河建設(shè)規(guī)劃（2022—2025）》《數(shù)字孿生黃河建設(shè)規(guī)劃實(shí)施方案》，成為七大流域管理機(jī)構(gòu)中首個(gè)發(fā)布的數(shù)字孿生流域建設(shè)規(guī)劃?！稊?shù)字孿生黃河建設(shè)規(guī)劃（2022—2025）》系統(tǒng)總結(jié)了“十三五”以來(lái)“三條黃河”建設(shè)取得的成效，在水利部數(shù)字孿生流域整體框架下，研究提出了數(shù)字孿生黃河建設(shè)框架、規(guī)劃目標(biāo)、建設(shè)任務(wù)、重點(diǎn)工程及組織實(shí)施、保障體系等，為“十四五”時(shí)期數(shù)字孿生黃河建設(shè)提供了重要依據(jù)，并展望了2030年和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)。 

　　此外，黃委還制定印發(fā)了數(shù)字孿生黃河建設(shè)項(xiàng)目管理辦法，數(shù)字孿生黃河建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)和制度標(biāo)準(zhǔn)體系初步建立起來(lái)。 

　　啟先行先試東風(fēng) 創(chuàng)“雙優(yōu)”建設(shè)典型 

　　在創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)收到部長(zhǎng)回信的同一天，水利部印發(fā)數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試中期評(píng)估意見(jiàn)，黃委數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試中期評(píng)估獲得“優(yōu)秀”等級(jí)，同時(shí)，應(yīng)用案例“數(shù)字孿生黃河建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”“黃河工情險(xiǎn)情全天候監(jiān)測(cè)感知預(yù)警系統(tǒng)”兩項(xiàng)案例被評(píng)為優(yōu)秀案例。 

　　作為水利部數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試工作的重點(diǎn)單位，黃委擁有堅(jiān)實(shí)的數(shù)字化實(shí)踐基礎(chǔ)。早在2001年，黃委提出建設(shè)“三條黃河”，即“原型黃河”“模型黃河”和“數(shù)字黃河”，其中“數(shù)字黃河”的建設(shè)目標(biāo)是借助現(xiàn)代化手段，對(duì)黃河流域及相關(guān)地區(qū)的自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等要素構(gòu)建一體化的數(shù)字集成平臺(tái)和虛擬環(huán)境?？梢哉f(shuō)，“數(shù)字孿生黃河”正是對(duì)“數(shù)字黃河”的延續(xù)和發(fā)展。 

　　“就好比一對(duì)‘雙胞胎’，數(shù)字孿生黃河是現(xiàn)實(shí)黃河的虛擬對(duì)照體。”黃委數(shù)字辦負(fù)責(zé)人說(shuō)，“虛擬黃河這個(gè)‘孿生兄弟’能夠預(yù)判現(xiàn)實(shí)黃河的一舉一動(dòng)，為‘預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案’提供決策支持，目前已在黃河洪水防御和水資源管理與節(jié)約保護(hù)方面得到了有效應(yīng)用。” 

　　2022年主汛期，數(shù)字孿生黃河建設(shè)的重要成果之一——黃河防汛會(huì)商預(yù)演系統(tǒng)，有力支撐防汛會(huì)商決策。雨量預(yù)報(bào)、洪水預(yù)報(bào)預(yù)警、水庫(kù)調(diào)度及工程險(xiǎn)情，系統(tǒng)均可清晰呈現(xiàn)、預(yù)演?！芭c防汛相關(guān)的各類信息與功能，一體化集成耦合在預(yù)演系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)、預(yù)警及預(yù)案選擇功能，以及預(yù)報(bào)與調(diào)度的動(dòng)態(tài)交互。‘正向’可通過(guò)預(yù)演發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，‘逆向’可通過(guò)推演優(yōu)化方案，成為系統(tǒng)的關(guān)鍵核心和最大特點(diǎn)?！秉S委信息中心工作人員介紹，“我們致力于全面構(gòu)建黃河保護(hù)治理主要業(yè)務(wù)的應(yīng)用數(shù)字化場(chǎng)景，圍繞治黃主責(zé)主業(yè)，建設(shè)流域防汛、水資源等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，為流域治理管理‘四統(tǒng)一’工作提供支撐。” 

　　在黃委防汛調(diào)度中心，防御局的技術(shù)人員移動(dòng)鼠標(biāo)：點(diǎn)擊“雨情”欄下的“雨量預(yù)報(bào)”， 7日內(nèi)的降雨預(yù)測(cè)情況躍然屏幕之上；點(diǎn)擊“水情”欄下的“水情告警”，“一張圖”上立即閃爍提示超警戒水位站點(diǎn)等信息；點(diǎn)擊“水情”欄“洪水預(yù)報(bào)”中的某重要站點(diǎn)，該站點(diǎn)當(dāng)前及未來(lái)15日內(nèi)的預(yù)報(bào)水位、流量曲線隨即生動(dòng)展現(xiàn)在眼前。 

　　在黃委水調(diào)局，初步建成的黃河水資源管理與節(jié)約保護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)1.0版本已投入使用?！熬秃孟裼辛艘粋€(gè)黃河水資源的‘?dāng)?shù)字大管家’，在水資源信息服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)字化場(chǎng)景里，全流域1萬(wàn)個(gè)取水口在‘黃河一張圖’上盡收眼底?！惫ぷ魅藛T介紹道。 

　　既能防住每場(chǎng)突發(fā)的洪水，也要管好河道里的每一滴水——這就是數(shù)字孿生黃河賦能洪水防御及水資源管理與節(jié)約保護(hù)的“數(shù)字魔法”。管理系統(tǒng)施展威力離不開(kāi)水文測(cè)站提供的精準(zhǔn)的水情監(jiān)測(cè)信息。 

　　多旋翼無(wú)人機(jī)搭載三維激光掃描儀騰空而起，對(duì)河道兩岸進(jìn)行掃描；無(wú)人水文測(cè)船搭載多波束測(cè)深儀乘風(fēng)破浪，對(duì)水下要素進(jìn)行收集……黃委水文局技術(shù)人員介紹，“數(shù)字孿生黃河水文感知網(wǎng)正在加緊建設(shè)，我們把河流、山川、橋梁、房屋等三維坐標(biāo)等精確掃描，構(gòu)建起對(duì)應(yīng)虛擬模型，為智慧水利建設(shè)提供有力支持。” 

　　破關(guān)鍵技術(shù)難關(guān) 展黃河特色亮點(diǎn) 

　　“云河地球”、“智河視界”三維仿真引擎、“黃河模擬器”、“仿真石頭”、“三個(gè)全覆蓋”信息感知網(wǎng)……越來(lái)越多新名詞進(jìn)入治黃職工的視野，數(shù)字孿生黃河建設(shè)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破性進(jìn)展，不少適用于黃河特有水利場(chǎng)景下的創(chuàng)新亮點(diǎn)也應(yīng)運(yùn)而生。 

　　“我們著力黃河各類業(yè)務(wù)數(shù)學(xué)模型和流域人工智能決策算法研發(fā)，開(kāi)展前沿技術(shù)與數(shù)字孿生黃河的深度融合，研發(fā)‘智河視界’‘智河防汛’‘智河物聯(lián)’‘黃河模擬器’等特色產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)自主?！秉S科院技術(shù)人員介紹。 

　　“黃河設(shè)計(jì)院組建重點(diǎn)產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)，自主研發(fā)了云河數(shù)字孿生平臺(tái)以及小禹智慧防汛、淤地壩安全管理、工程安全監(jiān)測(cè)、堤壩滲漏監(jiān)測(cè)、堤壩坍塌圖像識(shí)別、基于BIM+GIS工程全生命周期管理等30余項(xiàng)智能采集、智慧工程、智慧水利系列‘拳頭’產(chǎn)品，信息化核心競(jìng)爭(zhēng)力逐步增強(qiáng)。” 

　　“支持多源數(shù)據(jù)的高效融合、可視化與交互漫游；支持全時(shí)空一體化管理，從流域大場(chǎng)景到設(shè)備零部件小場(chǎng)景、從歷史回溯到未來(lái)預(yù)演；支持多種水利專業(yè)模型的高效便捷加載、模擬推演和實(shí)時(shí)渲染，為智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策提供通用可視化平臺(tái)。”“云河地球”“智河視界”等，這些數(shù)字孿生三維仿真引擎系列標(biāo)志性成果，都是2022年黃委在數(shù)字孿生黃河建設(shè)中取得的關(guān)鍵性技術(shù)突破。數(shù)字辦專班技術(shù)人員介紹，“引擎核心技術(shù)自主研發(fā)，安全可控，目前已取得國(guó)家發(fā)明專利4項(xiàng)，已推廣應(yīng)用于黃河下游防汛、水調(diào)、小浪底等數(shù)字孿生建設(shè)中?！?/span> 

　　此外，黃河特色的人工智能算法應(yīng)用正在賦能下游保護(hù)治理的具體實(shí)踐。 

　　在山東墾利河務(wù)局護(hù)林管理段的黃河岸邊，技術(shù)人員孫長(zhǎng)江手舉無(wú)人機(jī)，豎起大拇指：“現(xiàn)在有了無(wú)人機(jī)幫忙，我們真正實(shí)現(xiàn)了巡查區(qū)域的全覆蓋。正值凌汛期，管理段每周開(kāi)展2次無(wú)人機(jī)巡查，利用截圖、錄像等方式將發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)上傳冰凌觀測(cè)系統(tǒng)，利用冰凌密度智能算法初步實(shí)現(xiàn)冰凌自動(dòng)觀測(cè)、智能識(shí)別和動(dòng)態(tài)預(yù)警。” 

　　視頻監(jiān)控全覆蓋，河道巡查有了“千里眼”；無(wú)人機(jī)巡視全覆蓋，河道保護(hù)有了“空中鷹眼”；遠(yuǎn)程會(huì)商全覆蓋，基層工作有了“傳令官”……山東河務(wù)局積極推進(jìn)智慧山東黃河建設(shè)，構(gòu)建起“天空地河”一體化信息感知網(wǎng)。一系列新技術(shù)的研發(fā)和運(yùn)用，為補(bǔ)齊數(shù)據(jù)采集短板、構(gòu)建數(shù)字孿生黃河數(shù)據(jù)底板提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 

　　每一次洪峰涌來(lái)、每一斗黃沙波動(dòng)，每一個(gè)防洪工程、每一座水利樞紐、每一片豐饒灌區(qū)……未來(lái)，隨著數(shù)字孿生黃河加快建設(shè)，大河上下每一縷宏大或微小的脈動(dòng)，都將映射在數(shù)字孿生黃河的新世界之中，賦能推動(dòng)新階段黃河水利高質(zhì)量發(fā)展的先進(jìn)引領(lǐng)力和強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)力。