國(guó)家“十四五”規(guī)劃綱要明確提出“構(gòu)建智慧水利體系，以流域?yàn)閱卧嵘闇y(cè)報(bào)和智能調(diào)度能力”。水利部高度重視智慧水利建設(shè)，將推進(jìn)智慧水利建設(shè)作為推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的六條實(shí)施路徑之一，并將智慧水利作為新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的顯著標(biāo)志。
《十四五智慧水利建設(shè)規(guī)劃》總體目標(biāo)：通過(guò)建設(shè)數(shù)字孿生流域、“2+N”水利智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系、水利網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系、智慧水利保障體系，推進(jìn)水利工程智能化改造，建成智慧水利體系1.0版。河湖長(zhǎng)制及河湖管理應(yīng)用是水利N項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用之一。
2023年多省水利廳印發(fā)了《數(shù)字河湖建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》，指導(dǎo)開(kāi)展數(shù)字示范河湖建設(shè)工作。根據(jù)河湖長(zhǎng)制業(yè)務(wù)管理需要，突出實(shí)用原則和創(chuàng)新發(fā)展方向，充分運(yùn)用新一代信息技術(shù)，提升對(duì)“人”和“水”的監(jiān)管力度，加強(qiáng)水利管理活動(dòng)的透徹感知、網(wǎng)絡(luò)互通、資源共享以及數(shù)據(jù)融合與分析能力，努力構(gòu)建全方位立體化管護(hù)格局，打造一批更好服務(wù)于社會(huì)發(fā)展、更好防范抵御水旱災(zāi)害的數(shù)字河湖。
多年來(lái)，各地水利行政管理部門(mén)等先后開(kāi)展了一系列信息化系統(tǒng)的建設(shè)項(xiàng)目，河湖信息化建設(shè)雖然在提升河湖管理效率、加強(qiáng)水資源保護(hù)、輔助決策等方面發(fā)揮了重要作用，但仍然存在一些不足之處。根據(jù)行業(yè)觀察，河湖信息化建設(shè)存在數(shù)據(jù)整合與互聯(lián)互通不充分，感知覆蓋范圍與計(jì)量精度不足，數(shù)據(jù)挖掘深度和“四預(yù)”能力有限、數(shù)據(jù)安全防護(hù)措施欠缺等不足。
基于以上背景，研博數(shù)據(jù)以持續(xù)改善水生態(tài)環(huán)境為目標(biāo)導(dǎo)向，以《山東省數(shù)字河湖建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則(試行)》設(shè)計(jì)依據(jù), 結(jié)合自身技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推出了具有研博特色的數(shù)字河湖解決方案。該方案強(qiáng)調(diào)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計(jì)算、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)與河湖長(zhǎng)制工作的融合，運(yùn)用河湖長(zhǎng)制“點(diǎn)、線、面”一體化管理理念開(kāi)展數(shù)字河湖建設(shè)，保障河湖長(zhǎng)責(zé)任落實(shí)，促進(jìn)河湖管理由管到預(yù)轉(zhuǎn)變，使數(shù)字河湖賦能美麗幸福河湖，不斷提升河湖生態(tài)效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。
研博數(shù)據(jù)數(shù)字河湖解決方案以水利部《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱》為指導(dǎo)，采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最嚴(yán)格水資源管理、水旱災(zāi)害防御、水域岸線智能監(jiān)管三方面目標(biāo)。最嚴(yán)格水資源管理是指建立用水總量控制、用水效率和水功能區(qū)納污限制的三條紅線實(shí)時(shí)管控機(jī)制;水旱災(zāi)害防御是指針對(duì)河流、湖泊可能發(fā)生的洪澇、干旱等自然災(zāi)害，構(gòu)建“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”四預(yù)能力，最大限度減輕災(zāi)害對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的不利影響;水域岸線監(jiān)管是指針對(duì)河流、湖泊的水域及其岸邊一定范圍內(nèi)的土地利用、生態(tài)保護(hù)和建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行智能化、主動(dòng)化管理與監(jiān)督。
數(shù)字河湖各組成部分建設(shè)內(nèi)容如下
1、構(gòu)建天空地一體化感知體系
按照“整合已建、統(tǒng)籌在建、規(guī)范新建” 原則統(tǒng)籌規(guī)劃，充分利用衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)、儀器儀表、視頻監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)，依托工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一接入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與分發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)河道各類涉水對(duì)象感知數(shù)據(jù)匯聚與遠(yuǎn)程操控，包括河湖管理范圍內(nèi)重要控制斷面、重點(diǎn)水利工程(各水閘、水庫(kù)、泵站、堤防)、采砂、涉砂工程現(xiàn)場(chǎng)、人口密集堤段、垃圾堆積區(qū)等區(qū)域，實(shí)現(xiàn)河湖“雨情、水情、水質(zhì)、險(xiǎn)情”多維度多時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
2、一河(湖)一檔數(shù)據(jù)梳理
依據(jù)《“一河(湖)一檔”建設(shè)指南(試行)》《“一河(湖)一策”方案編制指南(試行)》、《DB37 T 4347-2021“一河一策”方案編制規(guī)程》、《DB37 T 4348-2021“一湖一策”方案編制規(guī)程》《數(shù)字孿生流域數(shù)據(jù)底板地理空間數(shù)據(jù)規(guī)范(試行)》等文件要求，按照“誰(shuí)主管、誰(shuí)提供、誰(shuí)負(fù)責(zé)”的原則，通過(guò)調(diào)查表填報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)座談、實(shí)地踏勘、資料收集等多種方式，全面梳理收集河湖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和外部共享數(shù)據(jù)。。
在水利部和水利廳共享的相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，建設(shè)L3級(jí)地理空間數(shù)據(jù)，運(yùn)用高分衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、圖片拍攝、水利工程設(shè)計(jì)圖、管網(wǎng)探測(cè)等手段，分別建設(shè)河湖L1,L2,L3級(jí)地理空間數(shù)據(jù)。主要包括數(shù)字正射影像圖、數(shù)字高程模型、傾斜攝影影像、激光點(diǎn)云、水下地形、建筑信息模型等數(shù)據(jù)。
3、一數(shù)一源、一源多用
采用研博工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，建成河湖數(shù)據(jù)引擎，對(duì)梳理完成的數(shù)據(jù)資源，進(jìn)一步整合相關(guān)水利數(shù)據(jù)，基于“一數(shù)一源、一源多用”原則，消除數(shù)字河湖建設(shè)存在的數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一化、規(guī)范化、持續(xù)化接入問(wèn)題。研博工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)具備大規(guī)模、高可用、高并發(fā)、低時(shí)延設(shè)備接入能力，能夠向下實(shí)現(xiàn)海量的多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、交互、傳輸、控制及應(yīng)用，向上為模型平臺(tái)、知識(shí)平臺(tái)和業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)，為技術(shù)人員、業(yè)務(wù)人員、管理人員提供行業(yè)場(chǎng)景化的數(shù)據(jù)服務(wù)。
4、建設(shè)河湖洪水預(yù)報(bào)模型
針對(duì)河湖保護(hù)區(qū)(如彎曲河段、河口區(qū)域、寬淺河床、多汊道)，對(duì)該區(qū)域歷史場(chǎng)次暴雨洪水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析與整理，參數(shù)率定、模型驗(yàn)證與服務(wù)期內(nèi)模型維護(hù)，從而構(gòu)建基于新安江模型和API模型多模型組合的洪水預(yù)報(bào)模型，為河湖防洪四預(yù)提供短期、中期和長(zhǎng)期洪水預(yù)報(bào)信息，預(yù)報(bào)信息主要包括水位(流量)過(guò)程、水位(流量)及峰現(xiàn)時(shí)間。
5、建設(shè)河湖洪水演進(jìn)模型
建設(shè)河道全線一維水動(dòng)力學(xué)模型，用于模擬和預(yù)測(cè)河道全線流量、水位、流速等水情信息;針對(duì)河湖保護(hù)區(qū)，建設(shè)二維水動(dòng)力模型，增加一個(gè)空間維度，用于模擬和預(yù)測(cè)河道洪水發(fā)生時(shí)，河水在河道中的傳播過(guò)程、水位變化、淹沒(méi)范圍、洪峰到達(dá)時(shí)間和退水速度等，有助于制定洪水預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)和防洪調(diào)度策略。
6、建設(shè)河湖來(lái)水預(yù)報(bào)模型
針對(duì)河湖重要斷面(水文控制斷面、工程控制斷面、交通要道控制斷面等)，對(duì)該區(qū)域降雨和徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與整理，參數(shù)率定、模型驗(yàn)證與服務(wù)期內(nèi)模型維護(hù)，從而構(gòu)建基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)的的河道降雨預(yù)報(bào)模型，此外，還將建立產(chǎn)流模型參數(shù)與下墊面特性之間的關(guān)系(適用于無(wú)資料地區(qū)產(chǎn)流模擬預(yù)報(bào))用于模擬和預(yù)測(cè)未來(lái)一定時(shí)段(月和年)內(nèi)某一地區(qū)或流域的降雨量、降雨概率、降雨分布等指標(biāo)。
7、建設(shè)河湖健康動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型
根據(jù)《河湖健康評(píng)價(jià)指南(試行)》等文件，開(kāi)發(fā)河湖健康動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)，解決河湖長(zhǎng)制監(jiān)督管理運(yùn)行中水體健康動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)不足的問(wèn)題，滿足河湖長(zhǎng)制工作需要，助力河湖長(zhǎng)制監(jiān)督工作開(kāi)展。
8、建設(shè)智能識(shí)別模型
需要建立的智能識(shí)別模型主要包括遙感識(shí)別模型、視頻識(shí)別模型和語(yǔ)音識(shí)別模型3類。遙感識(shí)別模型包括水域范圍和“四亂”識(shí)別兩種模型，水域范圍識(shí)別是指可以識(shí)別出地表水的水域范圍、坐標(biāo)、面積、寬度和長(zhǎng)度等信息;“四亂”識(shí)別識(shí)別出河道“亂建、亂占、亂堆、亂采”等違規(guī)現(xiàn)象。視覺(jué)識(shí)別可以識(shí)別出堤岸崩塌檢測(cè)、人員下水識(shí)別、垃圾堆放識(shí)別、水域岸線亂建識(shí)別、河道漂浮物檢測(cè)、采砂識(shí)別等場(chǎng)景。
9、建設(shè)可視化模型
基于L2和L3數(shù)據(jù)，通過(guò)用三維建模工具，建設(shè)自然背景、流場(chǎng)動(dòng)態(tài)、水利工程、水利機(jī)電設(shè)備等4類可視化模型，為在業(yè)務(wù)應(yīng)用中真實(shí)展現(xiàn)河湖業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供支撐。
10、建設(shè)模擬仿真引擎
針對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、BIM模型等可視化數(shù)據(jù)，采用 “GIS+游戲引擎”融合高性能數(shù)字孿生仿真引擎，在滿足GIS高精度空間分析的同事，實(shí)現(xiàn)游戲級(jí)別高保真渲染與仿真，為流域數(shù)字孿生虛實(shí)映射、高保真模擬仿真提供有力支撐和強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)，為可視化模型提供模擬仿真的能力。
11、建設(shè)數(shù)字河湖管理系統(tǒng)
系統(tǒng)致力于推動(dòng)河湖長(zhǎng)制“點(diǎn)、線、面”一體化管理，強(qiáng)化大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、邊緣計(jì)算、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)與河湖長(zhǎng)制工作的融合，系統(tǒng)涵蓋水資源管理、水環(huán)境治理、水旱災(zāi)害防御和水域岸線監(jiān)督四大模塊，能夠促進(jìn)河湖雨水情監(jiān)測(cè)、河湖生態(tài)流量、取用水監(jiān)管、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水功能區(qū)和入河排污口監(jiān)管、防洪調(diào)度、水域岸線監(jiān)管、河湖“四亂”巡查等管理工作由管到預(yù)轉(zhuǎn)變，使數(shù)字河湖賦能美麗幸福河湖，不斷提升河湖生態(tài)效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。
