建設(shè)智慧防汛工程 以科技賦能水災(zāi)害防御

“面對日益頻繁的自然災(zāi)害，建設(shè)智慧防汛工程，以科技賦能水災(zāi)害防御愈發(fā)迫切!”黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司總經(jīng)理、教授級高級工程師安新代8月14日接受科技日報記者采訪時說，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、云計(jì)算和人工智能等技術(shù)的全面應(yīng)用，通訊、存儲運(yùn)用技術(shù)的不斷提升，防汛信息化迎來廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，將為防汛減災(zāi)賦予更多現(xiàn)代化“智慧”，實(shí)現(xiàn)科學(xué)減災(zāi)。

他說，防汛信息化要圍繞“數(shù)字化場景，智慧化模擬，精準(zhǔn)化決策”，建設(shè)泛在的天空地水一體化感知體系，便捷的防汛服務(wù)平臺和數(shù)字孿生平臺，科學(xué)的預(yù)報預(yù)警預(yù)演預(yù)案耦合系統(tǒng)，加強(qiáng)防汛智能化、智慧化研發(fā)應(yīng)用。

建設(shè)泛在的天空地水一體化感知體系

泛在的天空地水一體化感知體系以衛(wèi)星遙感、無人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、智能視頻、移動監(jiān)測等智能監(jiān)測設(shè)備為手段，基于數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)同化、圖像識別、三維仿真等關(guān)鍵技術(shù)，將天空地水不同數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、多維度的雨情、水情、工情、險情、災(zāi)情等涉水信息相互融合，全面反映防汛現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，其大范圍、全天候、全天時、全要素的優(yōu)勢可為防汛建立穩(wěn)定全面的數(shù)據(jù)保障。

在這些方面，黃河設(shè)計(jì)院做了諸多探索，如黃河防洪防凌遙感監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合黃河洪水演進(jìn)、凌汛期黃河凌情發(fā)生發(fā)展過程，開發(fā)了洪水水面遙感信息解譯、洪水主溜線解譯、洪水淹沒分析等功能，實(shí)現(xiàn)凌汛災(zāi)害的動態(tài)監(jiān)測評估，可以監(jiān)測黃河干流河勢演變，預(yù)測預(yù)估河勢演變對治河工程和灘區(qū)防洪安全產(chǎn)生的影響。利用衛(wèi)星遙感對下墊面的即時監(jiān)測，動態(tài)調(diào)整流域產(chǎn)匯流參數(shù)，能夠極大地提高洪水預(yù)報精度。

黃河設(shè)計(jì)院進(jìn)行的空基監(jiān)測主要采用無人機(jī)、近距離遙感和雷達(dá)監(jiān)測的方式，對中尺度范圍對象進(jìn)行快速施測。地基監(jiān)測主要是在傳統(tǒng)水文監(jiān)測的基礎(chǔ)上，結(jié)合信息技術(shù)的最新發(fā)展趨勢，研發(fā)新的傳感設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測。黃河設(shè)計(jì)院在堤防滲漏自電智能監(jiān)測、一體化智能拖曳式滲漏監(jiān)測、工程邊坡變形圖像識別、淤地壩變形監(jiān)測等領(lǐng)域均有深厚積累和領(lǐng)先應(yīng)用。黃河設(shè)計(jì)院在水下根石探測、水下建筑物、水體泥沙等方面進(jìn)行了深度研究應(yīng)用，不僅能夠?qū)λ畮齑髩嗡陆Y(jié)構(gòu)狀況、建筑物水下輪廓、水下地形地貌、老舊工程進(jìn)出口等部位進(jìn)行水下監(jiān)測，而且通過水面船只搭載低頻聲吶，結(jié)合小尺度的GPS-RTK實(shí)時定位技術(shù)和GGA通訊方式，獲取水底基本高程，根石上部淤積泥沙厚度、根石坡度、根石在水下及泥沙之下的埋深等，基于水下根石探測技術(shù)，能夠有效的對根石走失進(jìn)行監(jiān)控，掌握河勢變化第一手資料。

建設(shè)便捷的防汛服務(wù)平臺和數(shù)字孿生平臺

防汛服務(wù)平臺是對數(shù)據(jù)資源和算法資源進(jìn)行全面梳理整合，建成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的資源服務(wù)體系，形成跨虛擬化技術(shù)的統(tǒng)一資源池，提供信息共享、互聯(lián)互通、安全保密、實(shí)用便捷的計(jì)算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源等基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，對外提供統(tǒng)一的資源調(diào)度接口，按需和動態(tài)分配各類資源，并在云平臺之上搭建時空大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)框架。

數(shù)字孿生平臺是利用BIM、傾斜攝影、激光點(diǎn)云、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建的一個多時空、多尺度、多層次描述現(xiàn)實(shí)物理世界的虛擬地球仿真環(huán)境。

黃河設(shè)計(jì)院歷時10余年，從底層自主研發(fā)了專注于水利行業(yè)應(yīng)用的數(shù)字孿生平臺——云河地球，并在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、渲染效果、運(yùn)行性能等方面進(jìn)行了深度優(yōu)化，可搭載國內(nèi)2米影像與30米地形、黃河流域0.5米影像圖與5米地形等，深度整合了多尺度、多種類、多空間、多時態(tài)時空數(shù)據(jù)，構(gòu)建了GIS+BIM+VR+數(shù)學(xué)模型的數(shù)字孿生環(huán)境，可為防汛減災(zāi)、水資源調(diào)度、工程運(yùn)行管理等提供全空間、全過程、全要素、智能化的決策支持環(huán)境。

建設(shè)科學(xué)的預(yù)報預(yù)警預(yù)演預(yù)案耦合系統(tǒng)

安新代說，建設(shè)科學(xué)的預(yù)報預(yù)警預(yù)演預(yù)案耦合系統(tǒng)，一是要匯集整合天空地多源多維多尺度時空數(shù)據(jù)，基于數(shù)字孿生流域，采用GIS+BIM技術(shù)，以圖表、視頻、動畫等形式實(shí)時動態(tài)展示天氣形勢，河道、水庫水情，堤防、險工工情險情等多要素，為判別當(dāng)前水旱災(zāi)害防御形勢提供直觀有效的技術(shù)支撐。

二是要建立綜合考慮地形、土壤、植被等多因素的分布式洪水預(yù)報模型。

三是要實(shí)現(xiàn)對雨情、水情、工情、險情的分級分類快速及時預(yù)警。

四是要在三維場景中實(shí)現(xiàn)對不同水工程調(diào)度方案洪水演進(jìn)、洪水淹沒情況的預(yù)演，以直觀的形式展現(xiàn)洪水的水流特性、淹沒水深、淹沒歷時、影響人口以及可能造成的經(jīng)濟(jì)損失時空分布情況。

五是要根據(jù)預(yù)演的結(jié)果，自動生成可編輯的預(yù)案文稿，提高預(yù)案應(yīng)對洪水的針對性和有效性，同時建立不同預(yù)案間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，智能推送關(guān)聯(lián)預(yù)案。

加強(qiáng)防汛智能化、智慧化研發(fā)應(yīng)用

黃河設(shè)計(jì)院積極探索人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在防汛工作中的應(yīng)用，并開展以防汛智能機(jī)器人為核心，基于人工智能和大數(shù)據(jù)分析的水利防汛大腦建設(shè)，通過多源數(shù)據(jù)資源深度融合，結(jié)合實(shí)時監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報，深入挖掘水、雨、工情歷史數(shù)據(jù)，研判汛情態(tài)勢、隱患風(fēng)險，預(yù)測災(zāi)害發(fā)展趨勢，科學(xué)制定調(diào)度方案，開創(chuàng)基于情景分析、態(tài)勢判別的智能決策支持系統(tǒng)。

黃河設(shè)計(jì)院相關(guān)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近兩年的探索研發(fā)，初步搭建了包含水情、雨情、工情以及知識文檔的防汛大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺和防汛語音服務(wù)平臺，研發(fā)了面向手機(jī)、平板、智能機(jī)器人等多終端的小禹智慧防汛系統(tǒng)和雨洪沙相似性分析系統(tǒng)，并已在2020年汛初黃河防御大洪水實(shí)戰(zhàn)演練、汛期防汛管理等工作中投入應(yīng)用，防汛智能化應(yīng)用取得了初步成效。

標(biāo)簽： 智慧 科技賦能 災(zāi)害防御 建設(shè)