國家“十四五”規(guī)劃綱要明確提出“構(gòu)建智慧水利體系，以流域為單元提升水情測報和智能調(diào)度能力”。水利部高度重視智慧水利建設(shè)，將推進智慧水利建設(shè)作為推動新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的六條實施路徑之一，并將智慧水利作為新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的顯著標志。
《十四五智慧水利建設(shè)規(guī)劃》總體目標：通過建設(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)安全防護體系、智慧水利保障體系，推進水利工程智能化改造，建成智慧水利體系1.0版。河湖長制及河湖管理應(yīng)用是水利N項業(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)開展數(shù)字示范河湖建設(shè)工作。根據(jù)河湖長制業(yè)務(wù)管理需要，突出實用原則和創(chuàng)新發(fā)展方向，充分運用新一代信息技術(shù)，提升對“人”和“水”的監(jiān)管力度，加強水利管理活動的透徹感知、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格局，打造一批更好服務(wù)于社會發(fā)展、更好防范抵御水旱災(zāi)害的數(shù)字河湖。
多年來，各地水利行政管理部門等先后開展了一系列信息化系統(tǒng)的建設(shè)項目，河湖信息化建設(shè)雖然在提升河湖管理效率、加強水資源保護、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)計依據(jù), 結(jié)合自身技術(shù)特點和實踐經(jīng)驗，推出了具有研博特色的數(shù)字河湖解決方案。該方案強調(diào)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計算、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)與河湖長制工作的融合，運用河湖長制“點、線、面”一體化管理理念開展數(shù)字河湖建設(shè)，保障河湖長責任落實，促進河湖管理由管到預(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、社會效益、經(jīng)濟效益。
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，以實現(xiàn)最嚴格水資源管理、水旱災(zāi)害防御、水域岸線智能監(jiān)管三方面目標。最嚴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時管控機制;水旱災(zāi)害防御是指針對河流、湖泊可能發(fā)生的洪澇、干旱等自然災(zāi)害，構(gòu)建“預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”四預(yù)能力，最大限度減輕災(zāi)害對人民生命財產(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)保護和建設(shè)項目進行智能化、主動化管理與監(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、無人機、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，實現(xiàn)河道各類涉水對象感知數(shù)據(jù)匯聚與遠程操控，包括河湖管理范圍內(nèi)重要控制斷面、重點水利工程(各水閘、水庫、泵站、堤防)、采砂、涉砂工程現(xiàn)場、人口密集堤段、垃圾堆積區(qū)等區(qū)域，實現(xiàn)河湖“雨情、水情、水質(zhì)、險情”多維度多時空動態(tài)監(jiān)測。
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“誰主管、誰提供、誰負責”的原則，通過調(diào)查表填報、現(xiàn)場座談、實地踏勘、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級地理空間數(shù)據(jù)，運用高分衛(wèi)星、無人機、圖片拍攝、水利工程設(shè)計圖、管網(wǎng)探測等手段，分別建設(shè)河湖L1,L2,L3級地理空間數(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，建成河湖數(shù)據(jù)引擎，對梳理完成的數(shù)據(jù)資源，進一步整合相關(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)化接入問題。研博工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺具備大規(guī)模、高可用、高并發(fā)、低時延設(shè)備接入能力，能夠向下實現(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、知識平臺和業(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)場景化的數(shù)據(jù)服務(wù)。
4、建設(shè)河湖洪水預(yù)報模型
針對河湖保護區(qū)(如彎曲河段、河口區(qū)域、寬淺河床、多汊道)，對該區(qū)域歷史場次暴雨洪水數(shù)據(jù)進行分析與整理，參數(shù)率定、模型驗證與服務(wù)期內(nèi)模型維護，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)報模型，為河湖防洪四預(yù)提供短期、中期和長期洪水預(yù)報信息，預(yù)報信息主要包括水位(流量)過程、水位(流量)及峰現(xiàn)時間。
5、建設(shè)河湖洪水演進模型
建設(shè)河道全線一維水動力學(xué)模型，用于模擬和預(yù)測河道全線流量、水位、流速等水情信息;針對河湖保護區(qū)，建設(shè)二維水動力模型，增加一個空間維度，用于模擬和預(yù)測河道洪水發(fā)生時，河水在河道中的傳播過程、水位變化、淹沒范圍、洪峰到達時間和退水速度等，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)河湖來水預(yù)報模型
針對河湖重要斷面(水文控制斷面、工程控制斷面、交通要道控制斷面等)，對該區(qū)域降雨和徑流數(shù)據(jù)進行分析與整理，參數(shù)率定、模型驗證與服務(wù)期內(nèi)模型維護，從而構(gòu)建基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機的的河道降雨預(yù)報模型，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(適用于無資料地區(qū)產(chǎn)流模擬預(yù)報)用于模擬和預(yù)測未來一定時段(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。
7、建設(shè)河湖健康動態(tài)評價模型
根據(jù)《河湖健康評價指南(試行)》等文件，開發(fā)河湖健康動態(tài)評價業(yè)務(wù)，解決河湖長制監(jiān)督管理運行中水體健康動態(tài)評價業(yè)務(wù)不足的問題，滿足河湖長制工作需要，助力河湖長制監(jiān)督工作開展。
8、建設(shè)智能識別模型
需要建立的智能識別模型主要包括遙感識別模型、視頻識別模型和語音識別模型3類。遙感識別模型包括水域范圍和“四亂”識別兩種模型，水域范圍識別是指可以識別出地表水的水域范圍、坐標、面積、寬度和長度等信息;“四亂”識別識別出河道“亂建、亂占、亂堆、亂采”等違規(guī)現(xiàn)象。視覺識別可以識別出堤岸崩塌檢測、人員下水識別、垃圾堆放識別、水域岸線亂建識別、河道漂浮物檢測、采砂識別等場景。
9、建設(shè)可視化模型
基于L2和L3數(shù)據(jù)，通過用三維建模工具，建設(shè)自然背景、流場動態(tài)、水利工程、水利機電設(shè)備等4類可視化模型，為在業(yè)務(wù)應(yīng)用中真實展現(xiàn)河湖業(yè)務(wù)場景提供支撐。
10、建設(shè)模擬仿真引擎
針對基礎(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，實現(xiàn)游戲級別高保真渲染與仿真，為流域數(shù)字孿生虛實映射、高保真模擬仿真提供有力支撐和強力驅(qū)動，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)致力于推動河湖長制“點、線、面”一體化管理，強化大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、邊緣計算、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)與河湖長制工作的融合，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，能夠促進河湖雨水情監(jiān)測、河湖生態(tài)流量、取用水監(jiān)管、水質(zhì)監(jiān)測、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、社會效益、經(jīng)濟效益。
