摘要：以水利部智慧水利頂層設(shè)計(jì)和山東省數(shù)字水利總體方案為指引，明確了濱州市“1+2+N”數(shù)字水利發(fā)展總體框架。結(jié)合工作實(shí)踐，重點(diǎn)分析了大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)和數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)思路方法。通過(guò)資源整合搭建大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，建立了一體化水利感知網(wǎng)絡(luò)，形成了信息匯集融合服務(wù)的數(shù)據(jù)中臺(tái)，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值繪制了多業(yè)務(wù)專題圖集。圍繞水利部相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則“四預(yù)”要求搭建數(shù)字孿生平臺(tái)，通過(guò)水利專業(yè)模型、可視化模型和知識(shí)平臺(tái)建設(shè)，初步具備了智慧模擬仿真能力。聚焦數(shù)字化場(chǎng)景建設(shè)，重點(diǎn)分析了城市防汛“四預(yù)”、數(shù)字河湖智能巡查、工程數(shù)字監(jiān)管等應(yīng)用探索及成效，以期為各地水利數(shù)字化發(fā)展提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)字水利；數(shù)字孿生；資源整合；模型；“四預(yù)”；智慧應(yīng)用

水利部大力推進(jìn)以數(shù)字孿生為核心的智慧水利建設(shè)，出臺(tái)了一系列規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)文件，完成了頂層設(shè)計(jì)，將水利業(yè)務(wù)與信息技術(shù)深度融合，驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。同時(shí)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)邁入新的發(fā)展階段，單憑傳統(tǒng)手段已經(jīng)無(wú)法滿足水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管的要求。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)飛速發(fā)展，為水利管理降本增效、提檔升級(jí)提供了新的路徑和手段。濱州市遵循智慧水利頂層設(shè)計(jì)，在全面調(diào)研發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)借鑒先行先試地區(qū)成果經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)構(gòu)建具有本地特色的數(shù)字化管理體系，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，針對(duì)性開(kāi)展了多個(gè)數(shù)字孿生智慧應(yīng)用建設(shè)，并取得了一定成效，舉辦了全省數(shù)字水利現(xiàn)場(chǎng)會(huì)并做了典型發(fā)言和培訓(xùn)展示，在資源整合、防洪“四預(yù)”、數(shù)字河湖等方面提供了實(shí)踐示范和模式借鑒。

1數(shù)字水利總體框架

按照“需求牽引、強(qiáng)化整合、共建共用”原則，建設(shè)數(shù)字化場(chǎng)景，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型，構(gòu)建形成1個(gè)規(guī)劃、2個(gè)平臺(tái)、N個(gè)智慧應(yīng)用的“1+2+N”現(xiàn)代數(shù)字水利體系，初步具備預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”功能，提升決策科學(xué)化和管理精細(xì)化水平。

主要建設(shè)目標(biāo)包括：組織編制1個(gè)全市數(shù)字水利建設(shè)規(guī)劃，為今后一段時(shí)期數(shù)字孿生流域（工程、水網(wǎng)）建設(shè)提供指引。建設(shè)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)和數(shù)字孿生平臺(tái)2個(gè)平臺(tái)，提供數(shù)據(jù)支撐和孿生能力。圍繞業(yè)務(wù)需求，建設(shè)重點(diǎn)水利工程數(shù)字監(jiān)管系統(tǒng)、數(shù)字河湖智能巡查分析系統(tǒng)、城市防汛監(jiān)管系統(tǒng)等N個(gè)智能應(yīng)用，提升行業(yè)智慧化管理水平。

2大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)

經(jīng)過(guò)多年信息化建設(shè)，全市各區(qū)縣已建成監(jiān)測(cè)設(shè)施共2 000多處，已建成GIS地圖、綜合業(yè)務(wù)管理、基層防汛預(yù)警等各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)總計(jì)21個(gè)，水利信息化發(fā)展擁有了一定基礎(chǔ)。但由于各單位管理需求不同、項(xiàng)目多、階段化建設(shè)等因素，信息化建設(shè)集約化程度不高，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)體系技術(shù)路線不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一致，監(jiān)測(cè)感知數(shù)據(jù)難以交換共享。為此，濱州市通過(guò)資源整合和共享互用，打破條塊分割和數(shù)據(jù)孤島，打造統(tǒng)一的水利信息管理服務(wù)平臺(tái)。

2.1信息基礎(chǔ)設(shè)施

2.1.1基礎(chǔ)水利感知網(wǎng)

充分整合利用多年信息化建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施資源，構(gòu)建起包含600多處監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的覆蓋全市的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，形成了對(duì)水位、水質(zhì)、雨量、地下水、墑情等進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知的較為齊全的信息采集體系。接入各縣市區(qū)多品牌視頻終端，共享大數(shù)據(jù)視頻資源，形成2 500多路視頻監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，為水治理提供視覺(jué)智能服務(wù)。

2.1.2城區(qū)數(shù)字孿生基礎(chǔ)設(shè)施

根據(jù)主城區(qū)數(shù)字孿生建設(shè)需求，強(qiáng)化傳統(tǒng)水利設(shè)施自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)，對(duì)42處排水閘門(mén)進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)啟閉、開(kāi)度等工情信息自動(dòng)化采集。布設(shè)100余處汛情監(jiān)控終端，自動(dòng)實(shí)時(shí)獲取雨量、河道水情、道路積水等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。加強(qiáng)新型監(jiān)測(cè)手段應(yīng)用，在河道沿線建設(shè)5座無(wú)人機(jī)自動(dòng)起降機(jī)場(chǎng)，規(guī)劃35條線路，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主起降巡航，自動(dòng)采集巡河數(shù)據(jù)，并遠(yuǎn)程傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。

2.2數(shù)據(jù)底板

運(yùn)用山東省水利“一張圖”成果，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)化擴(kuò)展，匯聚濱州市地理空間數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)以及外部共享數(shù)據(jù)。利用地形數(shù)據(jù)資料、管網(wǎng)數(shù)據(jù)、河道數(shù)據(jù)、水工建筑物、水文氣象資料、災(zāi)害數(shù)據(jù)、三防預(yù)案資料、水利工程預(yù)案資料、河道設(shè)計(jì)資料、社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料、傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)等資料，建設(shè)L2級(jí)和L3級(jí)數(shù)據(jù)底板。

2.2.1數(shù)據(jù)匯聚

搭建數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，依托全市水利感知網(wǎng)絡(luò)，打通17個(gè)市、縣已建信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集流通。共享自規(guī)局地理遙感測(cè)繪成果、氣象局降雨預(yù)報(bào)信息、生態(tài)環(huán)境局河湖水質(zhì)信息、大數(shù)據(jù)局視頻和能力平臺(tái)信息等各部門(mén)涉水?dāng)?shù)據(jù)資源，不斷完善數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)范圍，建設(shè)水利數(shù)據(jù)資源池。

圍繞主城區(qū)數(shù)字孿生建設(shè)，深入開(kāi)展排水資產(chǎn)普查，形成城區(qū)1 781 km管網(wǎng)臺(tái)賬。利用無(wú)人機(jī)、無(wú)人船航測(cè)建立5 m網(wǎng)格厘米級(jí)數(shù)字高程模型，結(jié)合傾斜攝影、BIM建模等技術(shù)手段，構(gòu)建市城區(qū)170 km2 L2級(jí)和重點(diǎn)河道L3級(jí)地理空間模型。疊加城區(qū)監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)，形成了孿生數(shù)據(jù)底板。

2.2.2數(shù)據(jù)治理

對(duì)匯集的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行清洗融合，提升數(shù)據(jù)規(guī)范性和一致性。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)搭建全市水利數(shù)據(jù)資源目錄，分門(mén)別類形成元數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、主題數(shù)據(jù)庫(kù)4大類數(shù)據(jù)庫(kù)。已錄入各類數(shù)據(jù)220萬(wàn)條，日均增加2萬(wàn)多條，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)616個(gè)，為新建業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用提供支撐。

2.2.3數(shù)據(jù)挖掘

挖掘數(shù)據(jù)資源間存在的關(guān)系，激活發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值。以滿足快速?zèng)Q策指揮為原則，完成了全市水旱災(zāi)害防御、城市防汛等多個(gè)專題圖建設(shè)。在GIS圖上集成實(shí)時(shí)水雨情、工情、墑情、視頻監(jiān)控等關(guān)聯(lián)信息，通過(guò)地圖、圖表等方式展現(xiàn)診斷、趨勢(shì)等分析成果，實(shí)現(xiàn)綜合信息一屏統(tǒng)攬。

2.2.4數(shù)據(jù)服務(wù)

主要提供對(duì)外的數(shù)據(jù)查詢服務(wù)以及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)目錄服務(wù)門(mén)戶，并根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)展示以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)的可視化展現(xiàn)。目前已建立數(shù)據(jù)服務(wù)接口74個(gè)［1］。

3數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)

3.1模型平臺(tái)

充分利用城市地表淹沒(méi)模型、積水點(diǎn)推演模型、洪水演進(jìn)模型、排水管網(wǎng)模型、地表水動(dòng)力模型以及水文專業(yè)模型，以城市防汛預(yù)報(bào)預(yù)演、工程安全運(yùn)行為主要目標(biāo)，構(gòu)建城市洪澇模型。

采用InfoWorks ICM、FASFLOOD等模型，構(gòu)建包含75個(gè)排水口、6 300個(gè)子匯水區(qū)、6 356條管道的一維管網(wǎng)模型，以及40萬(wàn)個(gè)網(wǎng)格化計(jì)算單元的二維水動(dòng)力模型，通過(guò)降雨產(chǎn)匯流、洪水演進(jìn)、管網(wǎng)排水計(jì)算，耦合建立濱州市城區(qū)洪澇模型。

3.2智能識(shí)別及可視化模型

利用AI人工智能模型，對(duì)視頻圖像中的漂浮物、排污口排污、黑臭水體、河湖四亂等隱患進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別告警。

基于傾斜攝影、BIM建模等技術(shù)，搭建城區(qū)、河道、管網(wǎng)、流場(chǎng)動(dòng)態(tài)、水利工程等可視化模型，在水利專業(yè)模型計(jì)算的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行可視化建模，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生場(chǎng)景下的仿真模擬。

3.3知識(shí)平臺(tái)

整理匯聚水利相關(guān)規(guī)劃、方案、文件等300余項(xiàng)，建成了具備查詢搜索、上傳下載的水利知識(shí)平臺(tái)。同時(shí)開(kāi)發(fā)分析功能，對(duì)數(shù)據(jù)變化規(guī)律、走勢(shì)進(jìn)行綜合分析，充分挖掘水利數(shù)據(jù)價(jià)值，為精細(xì)化管理提供對(duì)策建議［2］。

4典型智慧應(yīng)用建設(shè)

4.1城市防汛

定量超前預(yù)報(bào)。依據(jù)省氣象局5 km×5 km小網(wǎng)格未來(lái)10天逐3 h精準(zhǔn)降雨預(yù)報(bào)信息，結(jié)合專業(yè)模型算法與專家經(jīng)驗(yàn)，在線擬合未來(lái)降雨曲線，對(duì)各類水安全要素進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

快速直達(dá)預(yù)警。利用預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)成果，對(duì)城市易澇點(diǎn)、積水點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并基于防洪預(yù)演結(jié)果生成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息，指導(dǎo)水利一線工作。

模擬前瞻預(yù)演。以模型為驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物理水網(wǎng)與數(shù)字水網(wǎng)間動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息交互和深度融合，對(duì)洪澇演進(jìn)過(guò)程進(jìn)行智慧化模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，迭代優(yōu)化方案。

細(xì)化實(shí)化預(yù)案。依據(jù)預(yù)演結(jié)果，自動(dòng)生成汛情預(yù)案，提供智慧化決策支持，提高城市防汛、河道防洪等綜合調(diào)度管理水平。

4.2河湖巡查

建成無(wú)人機(jī)智慧巡航系統(tǒng)，5座無(wú)人機(jī)自主起降巡檢?；贏I人工智能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人機(jī)自主巡河—數(shù)據(jù)自動(dòng)采集—平臺(tái)智能分析—隱患預(yù)警推送”的全流程智能化應(yīng)用。依托數(shù)字孿生平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)巡查過(guò)程中“物理流域”與“虛擬仿真”的全要素?cái)?shù)字化映射，做到數(shù)字護(hù)河。河管員根據(jù)無(wú)人機(jī)隱患預(yù)警信息，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查處置及反饋，構(gòu)建起“天上巡+地下查”的立體監(jiān)管體系。

4.3工程監(jiān)管

以秦臺(tái)水庫(kù)為示范建立了數(shù)字孿生工程監(jiān)管系統(tǒng)，全面覆蓋水工程管理的“工程信息”“工程檢查”“安全監(jiān)測(cè)”“維修養(yǎng)護(hù)”“調(diào)度運(yùn)行”“應(yīng)急管理”6大模塊，建立閉環(huán)管理的標(biāo)準(zhǔn)化流程臺(tái)賬。采取共建共用模式，由各縣市區(qū)參照標(biāo)桿，在水利工程數(shù)字監(jiān)管系統(tǒng)開(kāi)展數(shù)字孿生河湖工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)全市統(tǒng)一監(jiān)管。

5組織保障體系

5.1組織實(shí)施

將數(shù)字水利納入全市“1+8+1”重點(diǎn)工作任務(wù)，市委督查室牽頭調(diào)度督查。市城鄉(xiāng)水務(wù)局將數(shù)字水利建設(shè)列為5大攻堅(jiān)之一，局黨組定期聽(tīng)取匯報(bào)、研究部署。市縣兩級(jí)水務(wù)部門(mén)均成立數(shù)字水利工作專班，并抽調(diào)骨干力量集中辦公，確保工作有序開(kāi)展。

5.2規(guī)劃統(tǒng)領(lǐng)

結(jié)合濱州實(shí)際，組織編制《濱州市數(shù)字水利建設(shè)規(guī)劃》，明確2025、2030、2035年目標(biāo)任務(wù)，各縣市區(qū)同步編制實(shí)施方案，擘畫(huà)數(shù)字水利建設(shè)藍(lán)圖。

5.3資金保障

將數(shù)字水利與防汛平臺(tái)建設(shè)、河湖長(zhǎng)制、重點(diǎn)水利工程建設(shè)、灌區(qū)現(xiàn)代化改造等相結(jié)合，有效解決建設(shè)資金不足問(wèn)題，截至目前，全市數(shù)字水利建設(shè)已累計(jì)投入1.1億元。

6結(jié)語(yǔ)

濱州市在數(shù)字水利方面的有益探索和應(yīng)用實(shí)踐，有效提升了行業(yè)精細(xì)化管理和綜合智慧化決策水平，推動(dòng)了水治理體系和治理能力現(xiàn)代化建設(shè)。整體規(guī)劃編制為今后數(shù)字化發(fā)展提供了遵循指南，大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)資源整合共享，數(shù)字孿生平臺(tái)推進(jìn)了從支撐保障到驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)的深刻轉(zhuǎn)變。多項(xiàng)數(shù)字孿生智慧應(yīng)用發(fā)揮了顯著作用，尤其是城市洪澇模型，在對(duì)模型算法和功能不斷調(diào)整優(yōu)化后，模擬3 h降雨計(jì)算僅需10 min，準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上?？筛鶕?jù)降雨預(yù)報(bào)，在虛擬世界對(duì)洪澇過(guò)程進(jìn)行前瞻性預(yù)演，為防洪度汛“把脈問(wèn)診”。綜合研判智能生成預(yù)警信息和調(diào)度預(yù)案，對(duì)不同場(chǎng)景提出針對(duì)性措施，實(shí)現(xiàn)了“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”的完整應(yīng)用，極大增強(qiáng)了防洪科學(xué)決策和應(yīng)對(duì)能力，在近期多次迎戰(zhàn)強(qiáng)降雨實(shí)戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用。下一步，需繼續(xù)擴(kuò)大業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用，加快數(shù)字孿生流域（工程、水網(wǎng)）建設(shè)，完善系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)體系，不斷提高水利工作智慧化、科學(xué)化水平。

參考文獻(xiàn)：

［1］中華人民共和國(guó)水利部．?dāng)?shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）［R］．北京：中華人民共和國(guó)水利部，2022：123.

［2］李國(guó)英．建設(shè)數(shù)字孿生流域推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展［N］．學(xué)習(xí)時(shí)報(bào)，20220629（1）．