数字孪生贾鲁河在工程施工期防洪度汛中的应用

为满足贾鲁河综合治理工程施工期防洪度汛精细化管理的需求,确保工程安全的同时能够充分发挥流域防洪效益,数字孪生技术被应用于在建水利工程施工度汛精准风险分析、预警和防汛预案制定中。数字孪生贾鲁河以自建采集L3级和共享L1和L2级数据为“算据”底板,以模型平台和知识平台为“算法”支撑,以信息化基础设施为“算力”依托,搭建具有预报、预警、预演、预案等“四预”功能的流域防洪应用。在贾鲁河流域基础资料收集及数字化场景搭建和模型构建基础上,以流域降雨量级超100年一遇、约50年一遇、约20年一遇设置了三类预演情景模拟洪水,统计施工期工程存在的漫堤风险、淹没风险、冲刷风险、洪水倒灌风险、桥梁阻水风险、堤外积水风险等六类风险并制定防洪度汛措施。数字孪生贾鲁河确保了工程2022年安全度汛,总结了河道治理工程施工期洪水风险类型和定量评估方法,形成了在建工程复杂环境条件下的地形勘测、洪水模拟、风险预警、应对措施制定的完整解决方案。     

2020年大洪水科学防御的实践与思考

2020年我国发生了1998年以来最严重的汛情。水利部门深入贯彻"两个坚持、三个转变"理念,聚焦三大突出风险,完善预案体系,提高监测预报预警能力,科学调度水利工程,洪水防御工作取得重大胜利。简要分析2020年我国雨情水情汛情灾情主要特点,介绍超前部署防范、滚动预测预报、水工程调度、山洪灾害预警、暗访督查等洪水防御重点工作,总结智能感知、多源信息融合、互联网、大数据、人工智能、5G等科学技术在长江,淮河,太湖、松花江等流域性洪水防御中的实践运用,针对防洪薄弱环节和短板,立足"十四五"国家水安全保障规划,提出新时代智慧防汛建设的思考。     

大规模交互式洪水灾害动态场景预警仿真

洪水是一种严重危害人民生命财产安全的自然灾害.针对我国现有的洪水灾害模拟仿真技术系统化程度不足,难以直观、快速地向决策者预警展示洪水泛滥的现况、发展趋势和灾害损失评估的问题,设计了一个可交互的大规模洪水灾害动态场景预警仿真系统.首先利用半拉格朗日隐式积分的方法在基本保证动量守恒和体积守恒的前提下快速求解浅水方程,达到了洪水演进实时稳定的模拟计算;然后提出了一种建筑物洪灾危机的预警规则,在洪水演进时能够通过变换预警色彩,实时警示有关建筑物的洪水受灾损害危机等级;最后建立起一个可交互大规模洪水模拟仿真系统,其功能包括可增加洪水挡板以展示区域的防洪功能、进排水口添加的泄洪效果和建筑物时变的积水高度显示等.在自行采集的城市高程数据上的仿真实验结果表明,该系统可为建设现代海绵型城市的防洪减灾决策设计提供直观、可靠的依据.     

基于三维GIS的城市防汛系统的设计与实现

针对基于二维GIS的城市防汛系统存在的无法全面展示水利设施、地形地势、城市内涝等水利场景的不足,分析三维GIS在城市防汛系统建设中的优势,并立足于三维GIS技术,从总体架构、三维数据底板构建及业务应用等维度进行城市防汛系统的分析、设计与研发,形成一套集空间信息存储展示、防汛信息监测预警、防汛调度管理与规划评估等多功能的基于三维GIS的城市防汛系统。该系统从汛前规划方案的科学部署、汛时监测信息的及时预警、汛后应急对策的快速响应的全过程辅助防汛工作的进行,有效满足了城市防汛需求。实践应用表明：基于三维GIS的城市防汛系统可有效支撑城市防汛工作的开展,提高城市汛情的应对及治理能力,为城市防汛信息化建设提供可靠案例。     

基于数字孪生的周公宅水库防洪“四预”系统构建与应用

以构建数字孪生流域、开展智慧化模拟、支撑精准化决策为实现路径,利用天空地一体化空间数据底板、多维智能感知数据、以及专业模型网格数据和计算结果数据等几类多源异构数据,进行数据汇聚和融合,采用WebGL孪生引擎进行可视化展示,构建数字孪生流域;聚焦流域防洪数字化场景,通过山区集总式水文模型和洪水演进模型对洪水过程进行预报和模拟,形成包括预报调度一体化、区域联防预警一体化、模拟仿真预演、决策建议方案等功能的四预孪生系统。本文以周公宅水库为具体研究对象,探索了具有水库工程的中小流域数字孪生建设的相关关键技术和应用场景构建,提供了建设思路和案例参考。     

江西省小流域智慧防汛体系建设思路探讨

小流域防汛一直是防洪减灾工作中的重要内容,提出小流域防汛的新思路,利用无人机、洪水预报、洪水风险评估、三维可视化、信息及云计算等技术,开展小流域基础数据获取、水雨情信息采集传输、洪水预报、洪水风险分析、预警信息及应急响应等工作,探讨防汛云服务平台的搭建,构建小流域智慧防汛体系,以提升小流域洪水预报的精度,实现智慧防汛。     

无锡新区防洪调度系统的设计与实现

从无锡新区防汛的整体视角出发,以国家电子政务技术总体框架为基础,针对无锡新区工程调度的需要,按照防洪调度流程,运用信息、水文及水动力模拟、洪水预报与防洪调度等技术,开发研制无锡新区防洪调度系统。构建从防洪形势分析到调度成果评价的较为完整的应用系统框架;基于洪水预报与防洪调度模型及现有的防洪调度规程和预案体系,实现人机交互控制,调度方案自动生成、仿真模拟,调度成果系统管理等功能,最终实现"信息数字化、决策智能化、系统集成化"的目标,对于保障无锡新区人民的生命和财产安全具有重要意义。     

淮河洪水预报调度系统建设及在抗流域大洪水的应用

针对传统预报与调度系统分散独立建设,信息与模型共享耦合和互动反馈自动化水平不高,系统通用性、安全性、跨平台功能不足等方面的问题,利用跨平台系统开发框架Spring Boot技术,构建新一代淮河洪水预报调度系统。该系统以电子地图、实时雨水情数据库、专用历史洪水数据库、智能化洪水预报和调度模型为关键支撑,建立洪水预报和调度模型自动化的互联互馈和协同耦合机制,集成防洪形势自动分析、多模式河系洪水预报、多模式洪水联合调度等业务功能,实现预报调度一体化、调度决策智能化和过程可视化。该系统在2020年淮河流域性较大洪水中进行实际应用,结果表明:系统有效实现多场景、多工况情况下的洪水预报与工程调度的联合模拟分析,为防洪预报调度业务提供重要技术支撑。     

数字孪生太浦河防洪及供水“四预”业务应用设计与实现

针对太浦河防洪及供水保障数字孪生系统建设要求,基于UE引擎、GIS、无人机航拍数据、监测信息及共享信息等多源异构数据构建平原感潮地区数据底板;通过太浦河模型平台和可视化引擎,形成以事件为驱动的太浦河防洪及供水预报、预警、预演、预案的“四预”孪生系统,并建立太浦河历史水情、雨情、工情、水质等信息与调度预案方案间的映射关系,关联提示方案预案并实现智能推荐应急处置。场景化构建太浦河防洪及供水“四预”全过程,服务太浦河综合调度需要,可为平原感潮地区数字孪生“四预”业务应用建设提供案例参考。     

山区小流域电站雨情遥测及水库防洪调度系统

以三峡库区香溪河上游古洞口电站为研究对象,针对电站运行管理的实际需求,开发了基于Web Service的水库防洪调度系统。利用Java Servlet技术实现了B/S模式的整体框架,以水雨情遥测、闸门监控等为信息采集手段,计算机局域网和数据库为纽带,水库信息采集与处理、洪水预报与调度、信息服务、信息远程交互及水调业务管理为最终目标,设计并实现了山区小流域电站雨情遥测及水库防洪调度系统。系统实现了从信息采集到水库防洪调度决策工作全程自动化,基本上解决了水库遥测信息与预报、调度间的数据连接问题,从而提高了电站防洪和电力生产科学调度能力。     

水文信息化在鄱阳湖超历史大洪水中的应用

2020年,鄱阳湖流域发生超历史大洪水,湖区堤防险情多发频发,3座万亩以上圩堤相继发生溃决.以防御鄱阳湖流域超历史大洪水为例,在分析江西水文信息化现状和发展规划的基础上,分别对智能感知监测系统、水文业务支撑系统、大数据分析技术,以及可视化会商系统在超历史大洪水的应急监测,预警预报,调度及水情服务等工作中取得的实际应用效...     

黄河下游坝垛险情自动监测预警探讨

坝垛险情监测预警是黄河防洪工程防守和保证防洪安全的关键措施,针对传统人工巡坝查险存在劳动强度高、工作效率低、漏报错报等难以解决的缺陷,对坝垛险情自动监测预警进行探讨：在坝垛建立前端基站和5G专网通信,实现前端信息采集和与后台的数据通信;在前端摄像头嵌入人工智能算法,对采集影像有无险情进行初步判断;在后台建立大数据平台,自动比对前端摄像头数据并进行险情精准预判,自动生成工程险情关键参数,实现预警坝垛险情自动监测预警目的。基于深度学习方法进行模拟试验,实验结果表明：利用5G传输、大数据和人工智能等新技术,进行黄河下游坝垛险情监测预警建设,可有效提升发现险情和应急上报能力,是未来黄河下游坝垛险情监测预警的重要手段,也是黄河信息化建设的重点和发展方向。     

山洪监测声光电一体化预警系统设计及应用

为解决山洪监测预警能力不足的问题,结合山洪成灾特点,在分析目前山洪监测预警系统存在主要问题的基础上,利用当前先进数字和物联感知技术,依托数据分析算法,采用水位和雨量模块化设计思路,设计和研发山洪监测声光电一体化预警系统。搭建以水位监测、雨量监测、视频监控、预警广播为一体的监测预警系统结构框架,能够显示实时水位、雨量等数据,根据水位和降雨量的预警阈值自行演算进行现地预警,并且能够将采集数据、图像及预警信息传输到云端。基于及时、准确、可靠的山洪监测声光电预警一体化系统,切实提高山洪灾害全天候、全过程的监测预警能力,在实践应用中预警系统适用于沟渠、河道等多种场景,具有实时监测数据准确、预警精度高、预见期足够、预警设备适用性强等优点。     

黄河工情险情全天候监测感知预警系统的研究与应用

针对黄河河道工程出险后在短时间内有迅速扩大的危险，对重要险工、控导等水利工程进行信息化强监管，开发、敷设及时可靠的黄河工情险情全天候监测感知预警系统提升监测能力。黄河工情险情全天候监测感知预警系统是数字孪生黄河工程建设的重要内容之一，利用物联网、大数据、云存储等技术，借助于黄河河道工程内部埋设的传感器，对根石和坦石的出险情况进行实时监测与监视，并以此为基础，通过现有黄河网和公网，实现工程的网格化分级管理，做到为指挥中心防汛抢险决策提供准确、及时、科学的数据信息支持，推动治黄信息化发展与治黄业务的深度融合，有效实现险情的“抢早、抢小、抢住”。     

大型水利工程建设期智慧应用探索

针对大型水利工程建设过程中协调困难、现场安全与质量难以监管到位、进度因素复杂难以控制等难题,围绕“安全、质量、成本、进度”等工程控制管理体系的建立与落地,结合工程全生命周期管理要求,对工程建设期智慧应用进行总体规划,建立统一的数据、技术及应用标准规范,利用云计算、流程引擎、物联网、大数据、BIM和GIS等关键信息技术,通过搭建所有参建单位使用的统一协同平台,部署覆盖工地现场管控的自动感知与智能预警,汇聚数据资源池,可视化数据综合分析等,实现工程建设管理流程与信息技术的深度融合,为工程的建设管理提供管理手段与辅助决策支撑工具。目前已在珠江三角洲水资源配置工程建设管理中实际应用,可有效落实对工程建设管理各环节的精细化管理,保障工程建设管理的标准化、规范化,为行业大型水利工程提供智慧水利建设的典型解决方案和实践案例。     

智能叫应系统在数字孪生凤凰河小流域“四预”中的应用

传统山洪预警发布手段存在叫不醒、无回应、效率低等问题，“叫应-反馈”机制落实不到位，不能完全实现闭环管理。为解决此类问题，安徽省基于已建省级山洪灾害监测预警平台，以大别山腹地山洪频发、易发的凤凰河小流域为试点，进一步完善小流域山洪灾害“四预”能力建设，将智能语音技术应用在小流域“四预”的临灾预警发布场景中。开发基于语音识别、语音合成、自然语言处理等人工智能技术的山洪预警智能叫应系统，具有多场景话术训练、自动群呼预警信息、实时转写叫应内容、预警发布可视化动态监控、叫应结果统计分析等实用功能。系统实现小流域山洪灾害预警发布全过程留痕，切实落实临灾预警叫应机制，解决水利用户在山洪灾害预警信息发布方面的难题，确保预警信息及时叫应到基层责任人。     

哈密市山洪灾害预警信息平台设计与实现

哈密市山洪灾害具有峰量大且集中、涨峰持续时间较短、破坏力大等特点，山洪的监测监视和实时预警是灾害防御的重要手段。哈密市山洪灾害预警信息平台的设计与实现，遵循哈密市防汛减灾“以时间换空间、以空间换时间”的思想理念，在哈密市水利一张图、一张网、一个库的基础上，汇聚气象、雨量、水位、 视频、应急预案和防汛工程图及相关责任人通讯录等防汛减灾联合调度的关键信息，以前端感知、信息监测和分析研判为主线，实现汛期雨水情的实时监测、监视、预警等，做到提前监测发现和应急准备，为防汛值班、 预报预警、应急处置、安全度汛提供技术支撑和保障。同时，实现哈密市中小型水库视频监视的汇聚，形成统一的视频监视平台，为哈密市委市政府组织应急局、气象局、水利局等多部门协同作业，发挥联合决策、调度优势提供支撑。