数字孪生赋能黄河防汛 集智创新守护大河安澜

时间：2025-02-18 来源：中国水利网

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　　日前，由黄河勘测规划设计研究院有限公司（以下简称黄河设计院）申报的智慧防汛关键技术研究与实践项目，荣获第十二届中国技术市场协会金桥奖一等奖，标志着该项目在技术先进性、创新性和应用价值方面得到了权威认可。

　　金桥奖是全国技术市场领域最高奖项。黄河设计院等3家单位历时10年联合攻关，立足水利信息化“智慧防汛”领域，开展了一系列技术难题攻关，研发出小禹智慧防汛系列产品，取得了水工程智能感知、预报调度、智慧防汛、三维仿真平台等创新成果，已得到广泛推广应用，为智慧防汛工作提供了有力的技术支撑。

　　集智攻关“智慧防汛”难题

　　“开展智慧防汛关键技术研究与实践，加强新一代信息技术与流域水旱灾害防御业务融合创新，对促进流域管理理念和方式的变革、发展模式的升级扩展，以及完善流域治理体系、提高流域治理能力现代化水平具有重要意义。”黄河设计院董事长、该项目负责人安新代说。

　　谈及项目设计理念和研发过程，黄河设计院副总工程师郭玉松表示，项目团队采用观测资料分析、原型试验、算法研究、模型及系统研发等手段，历经10余年合力攻关，在河防工程安全态势感知能力扩展、大流域多节点预报调度模型算法算力提升、国产化水利时空三维仿真技术构建等领域开展了系统深入的研究。

　　当前，该项目的研发成果已广泛应用于黄河和淮河流域、南水北调中线工程等重要堤防、水库工程的隐患检测，以及黄河古贤水利枢纽工程、泾河东庄水利枢纽工程等重大工程数字化场景构建，为黄河流域、河南省、深圳市防汛决策管理提供了有力支撑。

　　扩展河防工程安全态势感知能力

　　水利工程如果“生病”，怎样才能快速找到堤坝内部的“病因”而不贻误“病情”呢？智慧防汛关键技术研究与实践项目的一大创新点是，研发出了河防工程信息感知关键技术与系列成套装备，可快速检测水利工程隐患。

　　通过构建智能的感知系统，利用信息化手段为防洪工程开展“体检”，能高效精准获取相关数据。“我们自主研发的小禹拖曳式电磁感应仪，重量仅10千克，能对堤防内部结构进行‘CT透视’检查，巡查检测10千米黄河堤防只需1小时，能快速及时发现风险隐患，便于精准施策，及时抢护险情。”郭玉松告诉记者。

　　在2021年7月河南特大暴雨灾害中，小禹拖曳式电磁感应仪“临危受命”，快速批量完成了郑州市周边140余座水库大坝的灾后病害检测。项目团队还研发了小禹堤坝渗漏监测系统、基于MEMS（微机电系统）传感技术的变形感知装备、护岸边坡稳定性智能感知系统等，构建了从雨水情到河防工程的全方位感知体系，实现了从天空到地面的空间数据集建设。

　　提高防汛管理智能化智慧化水平

　　“打个比方，只有大脑发出指令，人体骨骼躯干才能与大脑联动发挥作用。那么，智慧防汛中的‘大脑’就是一个个模型。”黄河设计院规划院副总工李荣容说，“该项目的另一个创新点是，建立了‘水库—河道—滞洪区’多节点预报调度动态耦联技术与智慧防汛系统。”

　　“这项技术构建了干支流水库—滞洪区分级拦蓄、河道—滩区多情景模拟的黄河中下游实时调度模型，模型算法可以达到秒级响应，实现了优化调度方案的实时滚动生成，大幅度提升了防汛会商决策的效率。”规划院防汛技术骨干王鹏介绍道。

　　项目团队研发的小禹智慧防汛系统更是显著提高了防汛指挥决策的效率。2021年黄河秋汛期间，黄河设计院应用预报调度耦合模型，支撑了50立方米每秒误差的精准调度。同时，应用小禹智慧防汛系统，能够实时跟踪雨水情势、分析不同量级洪水河道演进时间，为高密度防汛会商提供及时准确的调度信息。

　　2022年以来，小禹智慧防汛系统相关核心技术成功推广至三门峡水利枢纽工程、广东省水利厅、深圳市水务局，研发了三门峡智慧防汛机器人、小粤防汛机器人、大鹏防汛机器人，实现了雨水情势的实时跟踪、防汛信息的快速精准查询、汛情智能分析推送，大大提高了工作效率。

　　除“小禹”外，近年来，通过实践应用，黄河设计院持续迭代优化完善“水库—河道—滞洪区”多节点预报调度模型、雨洪沙相似事件智慧分析模型、分布式模型并行处理新方法等数学模型，构建起支撑黄河防汛决策的“智慧大脑”。

　　创新国产化水利时空三维仿真技术

　　三维仿真平台是精细化模拟的底座。当前，仿真引擎、智能分析与可视化仿真模型的构建，多依赖于国外的开源技术或平台。为摆脱该领域核心技术对国外软件的依赖，黄河设计院创新多源时空异构数据融合技术与高效加载模式，自主研发了支持流域复杂三维场景推演与交互的仿真引擎技术，创建了多源水利时空仿真平台——“云河地球”，为水利场景可视化和仿真引擎国产化带来了新突破。

　　据介绍，“云河地球”是数字孪生黄河建设的重要载体，可通过模型预演，预报降雨可能会影响的区域，并将其可视化地呈现出来。“‘云河地球’场景初始化渲染响应时间不超过3秒，加载效率是其他主流产品的1.5倍，提高了同类技术及软件平台的国产化水平。”据云河（河南）信息科技有限公司执行董事侯红雨介绍，目前正在开展的数字孪生黄河建设以该平台为基础底座，融合构建了黄河流域、重点河段、道点工程L1~L3级全要素场景，提供了宏大场景渲染和高效模拟仿真服务，有效支撑数字孪生黄河数据底板建设。

　　2025年，黄河设计院将继续围绕防汛管理决策实战需要，持续探索新一代信息技术与水旱灾害防御业务融合创新，深耕、细耕智慧防汛领域，为确保黄河防洪安全和人民生命财产安全提供强有力的技术支撑。