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“水利一號(hào)”及組網(wǎng)的多顆遙感衛(wèi)星化身“太空偵察兵”，全天候監(jiān)測(cè)汛旱凌情；無(wú)人機(jī)和無(wú)人船組成“水陸空戰(zhàn)隊(duì)”，全方位守護(hù)河湖健康生命；巡檢機(jī)器狗“上崗”，輕松穿越復(fù)雜地形，為水庫(kù)、大壩安全運(yùn)行提供可靠支撐……
“今年‘七下八上’防汛關(guān)鍵期，我們充分發(fā)揮‘天空地水工’一體化監(jiān)測(cè)感知體系作用，建成了覆蓋72類(lèi)2600萬(wàn)水利對(duì)象數(shù)字孿生平臺(tái)數(shù)據(jù)底板，生成10米格網(wǎng)精度的全國(guó)數(shù)字流域水系，多維度掌握河道、水庫(kù)、蓄滯洪區(qū)等流域下墊面、淹沒(méi)面積、工程險(xiǎn)情等動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，為水旱災(zāi)害防御決策提供‘天空地水工’一體化數(shù)據(jù)支撐。”近日，水利部信息中心主任付靜在水利部“七下八上”防汛關(guān)鍵期水旱災(zāi)害防御工作情況新聞通氣會(huì)上介紹。
科技感十足的技術(shù)設(shè)備廣泛應(yīng)用，作為數(shù)字孿生水利重要組成部分的“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系加快構(gòu)建，推動(dòng)對(duì)水利對(duì)象全要素、治理管理全過(guò)程的智能監(jiān)測(cè)感知能力持續(xù)躍升。
遙感衛(wèi)星和測(cè)雨雷達(dá)發(fā)力
筑牢水旱災(zāi)害防御屏障
目前，我國(guó)已基本形成涵蓋31顆遙感衛(wèi)星、100余部測(cè)雨雷達(dá)、4800余架無(wú)人機(jī)、13.3萬(wàn)處地面水文報(bào)汛站、30多萬(wàn)處工程安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)的“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系，正在告別以往以固定站點(diǎn)和斷面為主的監(jiān)測(cè)模式，逐步邁向“天空地水工”監(jiān)測(cè)感知一體化的“立體時(shí)代”。
7月10日9時(shí)，隨著小浪底水庫(kù)下泄流量壓減至600立方米每秒，水位回蓄至220.54米，2025年黃河調(diào)水調(diào)沙水庫(kù)調(diào)度圓滿收官，實(shí)現(xiàn)抗旱保供、騰庫(kù)迎汛、水庫(kù)排沙、生態(tài)補(bǔ)水等多目標(biāo)共贏。
這一復(fù)雜調(diào)度安全高效落地，背后是“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系的硬核支撐。
“通過(guò)RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù))、無(wú)人機(jī)等設(shè)備，結(jié)合衛(wèi)星遙感影像等手段，獲取調(diào)水調(diào)沙期間下游水位表現(xiàn)、河勢(shì)變化等海量一手?jǐn)?shù)據(jù)。”黃河水利科學(xué)研究院泥沙研究所副所長(zhǎng)張防修介紹。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)原型黃河、模型黃河、數(shù)字孿生黃河“三條黃河”聯(lián)動(dòng)，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)工程可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情及河勢(shì)演變趨勢(shì)。
數(shù)字孿生水利為河流、水庫(kù)等打造精準(zhǔn)的“數(shù)字分身”，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化映射、智慧化模擬、前瞻性預(yù)演。而這一切，都離不開(kāi)對(duì)物理系統(tǒng)全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。單一監(jiān)測(cè)感知手段已難以滿足需求，迫切需要“全要素、高精度、高頻率、連續(xù)性”的監(jiān)測(cè)體系作為支撐。
水利部黨組高度重視數(shù)字孿生水利建設(shè)，要求加快推進(jìn)“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系夯基提能，豐富算據(jù)、優(yōu)化算法、提升算力，對(duì)流域、水網(wǎng)、水利工程全要素和水利治理管理全過(guò)程進(jìn)行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演，為推動(dòng)水利高質(zhì)量發(fā)展、保障我國(guó)水安全提供“前瞻、科學(xué)、精準(zhǔn)、安全”決策支持。
2024年7月，水利部發(fā)布《數(shù)字孿生水利“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知夯基提能行動(dòng)方案(2024—2026年)》，從頂層謀劃構(gòu)建支撐水利多業(yè)務(wù)的一體化監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)，為數(shù)字孿生水利的高保真建設(shè)運(yùn)行提供重要算據(jù)保障。
“其中‘天’依托遙感、衛(wèi)星等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大尺度全局監(jiān)測(cè)感知；‘空’借助無(wú)人機(jī)、高塔搭載測(cè)雨雷達(dá)等設(shè)備，完成中小尺度高精度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)感知；‘地’通過(guò)地面監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備，聚焦關(guān)鍵區(qū)域點(diǎn)位要素的精準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)感知；‘水’專(zhuān)門(mén)針對(duì)河湖庫(kù)水體、水中、水下水利要素的監(jiān)測(cè)感知；‘工’則聚焦水利工程內(nèi)外部要素的監(jiān)測(cè)感知。”付靜介紹。
天基、空基、地基、水基、工基五位一體的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，從水利行業(yè)全局出發(fā)，全面覆蓋水旱災(zāi)害防御、水資源管理與調(diào)配等水利“2+N”業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)需求。
在全球氣候變化背景下，極端天氣事件多發(fā)頻發(fā)重發(fā)。在防汛戰(zhàn)場(chǎng)上，及時(shí)暢通、直達(dá)一線的監(jiān)測(cè)感知數(shù)據(jù)，可為人員撤離、水庫(kù)調(diào)度、蓄滯洪區(qū)啟用以及防御預(yù)案生成等決策指揮提供堅(jiān)實(shí)支撐，最大程度減少自然災(zāi)害帶來(lái)的損失。
5月22日凌晨，湖南省桃源縣牛車(chē)河鎮(zhèn)遭遇極端強(qiáng)降雨突襲，在全鎮(zhèn)一度斷網(wǎng)斷電的關(guān)鍵時(shí)刻，得益于龍鳳山站點(diǎn)新增的北斗衛(wèi)星信道支持，數(shù)據(jù)持續(xù)傳輸，助力預(yù)警鏈條不間斷。
7月3日晚到4日凌晨，四川省綿陽(yáng)市北川羌族自治縣夜雨滂沱，水利測(cè)雨雷達(dá)實(shí)時(shí)傳輸“云中雨”信息，有效研判山洪泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，提前轉(zhuǎn)移1155戶2636人。
7月23日至7月30日，海河流域遭遇入汛以來(lái)最強(qiáng)降雨過(guò)程。水利部海河水利委員會(huì)水文局充分運(yùn)用雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線”，加強(qiáng)對(duì)云中雨、落地雨、河中水的立體化監(jiān)測(cè)，提前20小時(shí)科學(xué)預(yù)判新蓋房樞紐洪峰流量和出現(xiàn)時(shí)間，為兩次避免東淀蓄滯洪區(qū)啟用提供了科學(xué)支撐。
……
從蒼穹之上到洪浪之下，“天空地水工”各環(huán)節(jié)在協(xié)同中互補(bǔ)融合、在聯(lián)動(dòng)中相互校驗(yàn)，以“超前感知”的敏銳，為水旱災(zāi)害防御筑起一道更加牢固的安全屏障。
數(shù)字孿生平臺(tái)和智能模型加持
賦能水資源高效調(diào)配
今年春天，西遼河干流水頭一路奔涌，抵達(dá)內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市教來(lái)河口，與下游河道水體“握手相遇”，宣告斷流27年的西遼河干流首次實(shí)現(xiàn)全線過(guò)流。
在這場(chǎng)河流復(fù)蘇的春日“會(huì)戰(zhàn)”中，“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系對(duì)西遼河流域開(kāi)展全方位、多層次、動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，努力讓每一方水都補(bǔ)到“刀刃上”。
“數(shù)字孿生西遼河平臺(tái)實(shí)時(shí)匯集1.7萬(wàn)余處降水、地表、地下、取用水等監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，再通過(guò)二維水動(dòng)力模型推演河道過(guò)流能力、線路、水量，以求得調(diào)水的最優(yōu)解。”水利部松遼水利委員會(huì)總規(guī)劃師林嵐介紹。
除了護(hù)航母親河復(fù)蘇，“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系還為國(guó)家水網(wǎng)調(diào)度提供有力的數(shù)據(jù)保障。
浙東水網(wǎng)密布著7000余條河流、8類(lèi)2000余座控制性工程。在這樣復(fù)雜的平原河網(wǎng)地區(qū)，如何實(shí)現(xiàn)水資源多目標(biāo)精細(xì)化調(diào)度？
“我們新建和接入各類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)施1747處，包括450處水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)、76處流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)、97處工程運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、561處取用水戶監(jiān)測(cè)等。”浙江省錢(qián)塘江流域中心浙東引水部主任嚴(yán)雷介紹。
浙東引水工程初步構(gòu)建起具有區(qū)域特色的水網(wǎng)“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系，為14個(gè)浙東引水特色水網(wǎng)專(zhuān)業(yè)模型和3個(gè)智能識(shí)別模型提供精準(zhǔn)算據(jù)支撐，如同為工程裝上“智慧大腦”，實(shí)現(xiàn)水資源統(tǒng)籌利用、高效配置與安全可控。
而在水資源管理領(lǐng)域，智慧化監(jiān)測(cè)技術(shù)正持續(xù)延伸應(yīng)用觸角：重力衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用于地下水儲(chǔ)量變化反演，在線監(jiān)測(cè)計(jì)量體系為用水計(jì)量裝上“精準(zhǔn)標(biāo)尺”，量子點(diǎn)光譜設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化情況……全維度感知，讓水資源管理如臂使指，為提升水資源節(jié)約集約利用水平筑牢基礎(chǔ)。
熱成像和智能監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用
守護(hù)河湖健康生命
長(zhǎng)江湖北黃岡段，矗立江邊的通信鐵塔架設(shè)熱成像設(shè)備，穿透濃霧和夜色，實(shí)時(shí)監(jiān)控著往來(lái)船只，精準(zhǔn)打擊非法采砂等破壞行為。
“當(dāng)船只一段時(shí)間內(nèi)速度接近于一定低值，且船只持續(xù)存在熱點(diǎn)時(shí)，智慧水域管理平臺(tái)會(huì)自動(dòng)判斷為違法采砂嫌疑并預(yù)警。同時(shí)還會(huì)對(duì)采砂船進(jìn)行抓拍、實(shí)時(shí)彈窗預(yù)警和報(bào)警錄像，為后續(xù)的違法取證工作提供依據(jù)。”湖北省黃岡市水利和湖泊局副局長(zhǎng)徐正勇介紹。
依托熱成像等先進(jìn)技術(shù)，黃岡智慧水域管理平臺(tái)目前已成功制止近百起非法采砂行為，并對(duì)多起案件完成取證與立案。
如今，高分辨率衛(wèi)星遙感、北斗衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、激光雷達(dá)、視頻智能識(shí)別等監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，為河湖水域岸線空間管控和河湖庫(kù)“清四亂”(清理亂占、亂采、亂堆、亂建)規(guī)范化常態(tài)化開(kāi)展提供了強(qiáng)大的助力，讓河湖庫(kù)問(wèn)題無(wú)處遁形。
在甘肅，技術(shù)人員借助高分辨率衛(wèi)星影像和多時(shí)相影像分析技術(shù)，捕捉到位于武山縣某河道管理范圍內(nèi)砂場(chǎng)違規(guī)采建的完整過(guò)程，并通過(guò)算法生成帶有坐標(biāo)定位、面積測(cè)算的可視化證據(jù)鏈。
在浙江省紹興市越城區(qū)，14架無(wú)人機(jī)搭載AI(人工智能)識(shí)別模型，編織起嚴(yán)密的智能巡查網(wǎng)絡(luò)，覆蓋越城區(qū)90%以上的水域，每月減少基層河長(zhǎng)人工巡河2286人次。
……
近日，水利部部署實(shí)施河湖庫(kù)一體化監(jiān)測(cè)感知體系建設(shè)三年行動(dòng)，明確提出應(yīng)用衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控、無(wú)人機(jī)、北斗等技術(shù)，強(qiáng)化河湖庫(kù)水域岸線空間管控。一張貫通監(jiān)測(cè)、研判、預(yù)警、處置全鏈條的監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)，正在加速布局。
機(jī)器狗和機(jī)器人上崗
護(hù)航工程安全運(yùn)行
在廣西大藤峽水利樞紐4公里長(zhǎng)的大壩廊道里，一只銀白色的機(jī)器狗化身水庫(kù)“巡檢員”，靈巧地騰挪四只仿生關(guān)節(jié)足，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)施和滲漏、排水等情況開(kāi)展細(xì)致巡檢。
“這只機(jī)器狗深度融合人工智能技術(shù)，集成多種功能傳感器，可在無(wú)人值守的情況下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廊道結(jié)構(gòu)安全，精準(zhǔn)排查裂縫、滲漏、積水等異常情況。”廣西大藤峽水利樞紐開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司樞紐中心工程師陳虹余介紹，通過(guò)在“大腦”里植入水庫(kù)大壩的數(shù)字孿生體，加上持續(xù)學(xué)習(xí)的AI算法，機(jī)器狗的主動(dòng)識(shí)別準(zhǔn)確率已超過(guò)99.5%。
在大藤峽水利樞紐，“天空地水工”這個(gè)“大家族”里的各個(gè)成員正各司其職，全方位守護(hù)水庫(kù)和大壩安全——
4000多個(gè)安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)在施工期間同步布設(shè)，涵蓋監(jiān)測(cè)變形、滲流等20多種類(lèi)型的傳感器；磁吸爬壁式智能無(wú)損檢測(cè)機(jī)器人與全域爬壁巡檢機(jī)器人，廣泛應(yīng)用于壩頂門(mén)機(jī)等焊接質(zhì)量檢測(cè)以及主壩壩體、引水隧洞混凝土襯砌質(zhì)量檢測(cè)；背包式激光掃描測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合即時(shí)定位和地圖創(chuàng)建技術(shù)，能快速同步獲取360度高清全景圖和測(cè)繪級(jí)三維點(diǎn)云……
對(duì)于水利工程而言，滲流滲壓、位移形變、應(yīng)力應(yīng)變等工情險(xiǎn)情要素的實(shí)時(shí)精細(xì)監(jiān)測(cè)感知，是安全運(yùn)行的重要前提。目前，全國(guó)已累計(jì)完善425座大中型和5.1萬(wàn)余座小型水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)；在黃河古賢等12個(gè)水利樞紐工程開(kāi)展智能大壩建設(shè)試點(diǎn)；堤防智能巡檢、智能石頭等新技術(shù)得到成功應(yīng)用。
“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系還廣泛應(yīng)用于農(nóng)村水利水電等領(lǐng)域——
山東位山灌區(qū)建成集衛(wèi)星遙感、2000余處監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、1100余處高清視頻監(jiān)控等于一體的“天空地水工”感知體系。系統(tǒng)結(jié)合灌區(qū)20多年灌溉試驗(yàn)積累的長(zhǎng)序列觀測(cè)數(shù)據(jù)，能夠分析預(yù)測(cè)灌域內(nèi)主要作物需水量、土壤水分、最優(yōu)灌溉日期、灌溉量及作物產(chǎn)量。
全方位、全覆蓋、全要素的“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系，將守護(hù)江河湖庫(kù)的感知經(jīng)緯逐步加密，為水旱災(zāi)害防御、水資源管理與調(diào)配等水利業(yè)務(wù)注入強(qiáng)勁的科技動(dòng)能。
今年6月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于全面推進(jìn)江河保護(hù)治理的意見(jiàn)》，指出要構(gòu)建雨情水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)體系，強(qiáng)化監(jiān)測(cè)設(shè)施和信息資源共建共享，加強(qiáng)河湖水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析。水利部將繼續(xù)完善“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系，不斷夯實(shí)監(jiān)測(cè)感知技術(shù)、環(huán)境、制度、標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)保障，加快構(gòu)建具有“四預(yù)”功能的數(shù)字孿生水利體系，為水利治理管理提供前瞻性、科學(xué)性、精準(zhǔn)性、安全性支撐。
來(lái)源：水利部信息中心
作者：李海川、王位鑫
原標(biāo)題：“天空地水工”一體化監(jiān)測(cè)感知體系構(gòu)建，正在加速！
