智慧水利多场景综合解决方案

一、背景与现状

“十四五”期间智慧水利建设的主要目标是通过建设数字孪生流域、“2+N”水利智能业务应用体系、水利网络安全防护体系、智慧水利保障体系，推进水利工程智能化改造，建成智慧水利体系1.0 版。

智慧水利系统工程，涉及理论框架、政策、资金、人才、技术、商业模式和各业务系统的全面创新。目前绝大部分地区尚未真正完成智慧水利建设，并面临着筹建自主权弱、数据价值挖掘困难、发展不均衡、数据孤岛严重、建设失控、建设周期长等问题。

二、解决方案

场景一：平台建设

平台建设包含3个内容：智慧水利平台、数字孪生平台和GIS开发管理平台。

1、智慧水利平台

实现“全局一盘棋”的智慧水利综合管理，通过“一图、一库、一平台”结合水利大数据、数字孪生与人工智能，为水利工作提供有力的管理抓手，对水利行业各项业务均衡发展进行科学、先发、智能的管控与决策。

2、数字孪生平台

数字孪生平台主要由数据底板、模型库、知识库、孪生引擎等构成 ，支撑防洪四预、城市防洪、水资源调度、河道监管、视频监控、河长管理等业务智能应用，持续推进模型耦合、校准调优，为智慧水利建设好大脑。

1）数据底板

数据底板为智慧水利提供“算据”，包括基础数据、监测数据、业务管理数据、跨行业共享数据、地理空间数据以及多维多时空尺度数据模型。

L1：高分卫星遥感影像、30米DEM矢量图、局部测图卫星DEM数据。

L2：遥感影像、河湖管理范围矢量、测图卫星DEM。

L3：采用无人机倾斜摄影、水下地形、水利工程BIM数据。

2）模型算法

模型平台为智慧水利提供“算法”，包括水利专业模型、可视化模型、智能模型和数字模拟仿真引擎。

建设水利专业模型：

构建与集成自主可控的水文模型、水力学模型、泥沙动力学模型、水资源模型、水环境模型、水利工程安全模型等。

建设水利智能算法：

构建语音识别、图像与视频识别、遥感识别、自然语言处理等智能模型，分类、回归、推荐、搜索等学习算法。

建设仿真可视化模型：

构建仿真可视化模型，实现自然背景、流场动态、水利工程、水利机电设备等水利要素和超前预报、警戒预警、实时预演、全息预案等场景。

建设数字模拟仿真引擎：

利用数值模拟的方式， 结合数字孪生流域各类数据，精准、快速仿真模型计算结果，建设模型管理、场景配置、仿真设计等功能。

3）知识平台

知识平台包括水利知识和水利智能引擎，主要是管理和驱动水利知识，包括知识表示、机器推理和机器学习等功能。

知识图谱：

法律法规、技术标准、专业术语等。

历史场景模式：

历史大洪水、历史台风等。

业务规则：

域洪水防御方案、防洪调度方案、水量调度方案等。

专家经验：

防洪专家经验、水利工程安全生产专家经验等。

智能引擎：

管理和驱动水利知识及智能算法，包括知识表示、机器推理和机器学习等。

4）数字孪生业务赋能

数字孪生技术赋能流域防洪搭建防洪“四预”业务平台，赋能水资源调度搭建取用水管理政务服务与调配综合平台，赋能其他监督、管理及行政服务业务。

3、GIS开发管理平台

GIS开发管理平台是集空间地理信息点、线、面数据采集、存储、处理及展示应用于一体的开发管理服务平台，支持基于web的地图搭建及开发应用，支持基于SaaS的快速无安装应用，并与大数据及数字孪生技术进行深度融合，提供开放式的基础GIS开发及GIS应用开发能力。

无缝集成现有的电子地图数据、GPS数据、遥感RS数据等，并可对矢量CAD文件进行GIS转换，提供丰富的GIS工具组件，实现基于地理空间信息的矢量化图形图像配置及要素展示，提供空间地理数据分析、精准定位及路线规划、位置位移计算、三维地图展示、图层要素标注、时空信息渲染等功能。

场景2：业务系统建设

业务系统建设基于领导驾驶舱、生态水环境管理、水利工程、水文管理、防汛防涝、水监督管理系统、水政执法系统、原有系统整合升级等8大业务板块展开。

4、领导驾驶舱

基于真实地形地理环境生成的地形和静态环境数据，依据真实的河床高度、地形高差以及枢纽设施、水位高低、天气等定义环境参数，在静态场景中注入水位、水流参数等实时真实数据。实现雨水工情信息接入与动态展示，即主要断面信息集成，实现在水系拓扑基础上断面信息、河道基础信息、水位特征信息、监测站点的孪生场景的标绘展示。    

5、智慧水库

水库信息化平台建设，实现包含水库业务实时监测、巡检管理、工程管理、综合预警、数据填报等业务应用功能组成的水库管理综合业务统一门户等。

6、智慧灌区

智慧灌区监控管理系统实现了灌区水量计量自动采集、气象监测、闸监控制、土壤墒情监测、水质监测、视频实时监控和泵站远程监控等多种监控数据实时采集监测功能，使灌区管理人员实时了解灌区整体状况，给灌区用水调度提供数据支撑，达到科学、高效灌区管理和节约灌溉用水的目的。

7、水工程管理系统

围绕项目建设管理、建设市场监管、工程运行管理、工程运维等重点工作，强化工程建设综合管理，强化运行全过程监管、推进建设全流程管理、加强建设市场监管，构建水工程智能应用，支撑水利工程建设与安全运行。

8、智慧工地

水利工程建设具有地理位置偏僻、自然环境复杂、施工工序繁琐、风险隐蔽性强、人员流动频繁等特点。加强各水利工程的智慧化建设水平，以全过程、全方位、立体化的数字化管理手段，在节约成本的前提下真正实现“科技引领、智慧建造”的目的，为项目建设战略决策、科学管理、创新发展提供强有力支撑。

9、气象短临小尺度降雨预报

以天气雷达探测为基础，集合了高效组网融合、准确风场合成、实时风场反演等先进技术手段，提供三维强度场、三维风场、相态识别、0-2小时临近灾害天气分类预报、小尺度降雨预报、冰雹-大风-龙卷 等强天气新型临近预警指数等产品。

10、水文信息综合服务

水文信息综合服务平台建设,充分应用物联网、移动互联、大数据、云计算等新兴信息技术,加强信息资源的整合与共享。构建水文信息化新格局，打造智慧水文新模式，全面提升了水文信息化水平，服务“智慧水文”应用。

11、“四预”综合调度应用

实现象水文耦合，及时准确预报、基于规则和风险的全面精准预警、人机互动的同步仿真预演、动态优化的精细数字预案,提高调度的自动化程度和管理水平，为安全度汛、供水、发电与水生态等综合效益充分发挥提供技术支持。

12、水资源管理系统

应用系统的建设是在深入进行水资源管理业务需求分析的基础上，基于水资源专业模型技术，综合运用联机事务处理技术、组件技术、地理信息系统(GIS)、决策支持系统(DSS)等技术，与水资源专项业务相结合,构建先进、科学、高效、实用的水资源管理业务处理信息系统。

13、城市防洪应用

充分利用物联网技术及专业模型、大数据建模分析建立全新的基于人工智能技术的城市防洪体系，以可视化的技术手段作为重要支撑，全面提升城市防洪管理的效率和效能， 提高城市防洪应急指挥决策能力。

14、河湖长制

参照水利部河湖长制管理信息系统建设技术指南， 围绕河长制核心业务需求，建设应用系统河湖档案、河湖巡查、督察督办、涉河建设项目管理、河湖岸线“四乱”监管、河湖监管APP等功能模块。

15、水监督管理系统

水监督管理平台强化监督考核功能，建立覆盖全业务、实时监察职责履行的效能监察管理体系，促进工作规范性、提前发现管理缺陷，保证各项水利业务实施的质量，促进业务流程完善，提高公众满意度，确保各项任务落实到位，实现监管的"监管"。

16、水政执法系统

以水政执法业务应用的地图服务内容为要素，提供基于二维/三维地图的水政执法可视化管理，并进行地理信息服务能力扩展和个性化定制改造，开发信息采集系统、水行政执法管理系统、督查督办系统、采砂管理系统和综合信息服务等应用系统，构建水政执法一张图，为水政执法业务管理、指挥决策提供统一服务。

17、各系统整合升级

打通基础数据的接口，解决原本各业务系统数据孤岛问题，同时将业务系统、决策系统针对基础数据进行差异结构存储，后再次进行共享，实现一数多源，结合科学的决策分析模型实现多个应用系统的功能升级。

  

场景3：系统集成及服务

系统集成及服务结合了雨水情、大坝安全监测、水库灌区智能化改造、水电站生态流量监测、遥感分析服务、水下地形测量技术、虚拟水文站技术等7个方面展开。

18、雨水情和大坝安全监测

提升水库水雨情测报和大坝安全监测能力，实现水雨情、大坝安全监测等信息汇集应用与共享，增强水库日常运行管理水平。

19、水库灌区智能化改造

精确的水位、水量计算措施、闸门优化调度(依据渠道各分水节点分水需求)、模型计算成果(闸门开度、水位过程线)。

20、水电站生态流量监测

下泄流量实时监测泄水口定时智能抓拍支持一站四发，向指挥中心平台上报数据、移动APP实时分析数据视频远程无线传输，太阳能取电等。

21、遥感分析服务

加强水域岸线变化、“四乱”问题动态遥感监测，强化遥感动态解译、视频智能分析及舆情自动处理等应用，实现“四乱”问题预判预警，推进遥感本底数据库的应用，加强对水体、生态、岸线变化以及采砂活动中各种违法违规行为的发现和预警，全面支撑“四查”监管。

22、水下地形测量技术

基于卫星遥感和无人探测平台，对湖泊与水库水面分布、水下地形进行监测与模拟，对库容曲线进行修正，对河流流量进行监测，形成对传统基于有人船只测量和固定水文观测站的技术替代和能力补充。

23、虚拟水文站技术

基于地形相似性的湖泊水实现储量估算，应用于河流洪水水位监测，水库水位监测，偏远山区洪水水位监测，河湖水生态监测，水库库容量计算，水土保持监测等。

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