加强防汛智能化、智慧化研发应用 实现科学减灾
发布时间:2021-08-16 16:17:41 文章来源:科技日报
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“面对日益频繁的自然灾害,建设智慧防汛工程,以科技赋能水灾害防御愈发迫切!”黄河勘测规划设计研究院有限公司总经理、教授级高级工程师安新代8月14日接受科技日报记者采访时说,随着物联网、大数据、移动互联、云计算和人工智能等技术的全面应用,通讯、存储运用技术的不断提升,防汛信息化迎来广阔的发展和应用前景,将为防汛减灾赋予更多现代化“智慧”,实现科学减灾。

他说,防汛信息化要围绕“数字化场景,智慧化模拟,精准化决策”,建设泛在的天空地水一体化感知体系,便捷的防汛服务平台和数字孪生平台,科学的预报预警预演预案耦合系统,加强防汛智能化、智慧化研发应用。

建设泛在的天空地水一体化感知体系

泛在的天空地水一体化感知体系以卫星遥感、无人机、物联网、智能视频、移动监测等智能监测设备为手段,基于数据挖掘、数据融合、数据协调、数据同化、图像识别、三维仿真等关键技术,将天空地水不同数据来源和数据结构、多维度的雨情、水情、工情、险情、灾情等涉水信息相互融合,全面反映防汛现状及发展趋势,其大范围、全天候、全天时、全要素的优势可为防汛建立稳定全面的数据保障。

在这些方面,黄河设计院做了诸多探索,如黄河防洪防凌遥感监测系统,结合黄河洪水演进、凌汛期黄河凌情发生发展过程,开发了洪水水面遥感信息解译、洪水主溜线解译、洪水淹没分析等功能,实现凌汛灾害的动态监测评估,可以监测黄河干流河势演变,预测预估河势演变对治河工程和滩区防洪安全产生的影响。利用卫星遥感对下垫面的即时监测,动态调整流域产汇流参数,能够极大地提高洪水预报精度。

黄河设计院进行的空基监测主要采用无人机、近距离遥感和雷达监测的方式,对中尺度范围对象进行快速施测。地基监测主要是在传统水文监测的基础上,结合信息技术的最新发展趋势,研发新的传感设备和技术进行监测。黄河设计院在堤防渗漏自电智能监测、一体化智能拖曳式渗漏监测、工程边坡变形图像识别、淤地坝变形监测等领域均有深厚积累和领先应用。黄河设计院在水下根石探测、水下建筑物、水体泥沙等方面进行了深度研究应用,不仅能够对水库大坝水下结构状况、建筑物水下轮廓、水下地形地貌、老旧工程进出口等部位进行水下监测,而且通过水面船只搭载低频声呐,结合小尺度的GPS-RTK实时定位技术和GGA通讯方式,获取水底基本高程,根石上部淤积泥沙厚度、根石坡度、根石在水下及泥沙之下的埋深等,基于水下根石探测技术,能够有效的对根石走失进行监控,掌握河势变化第一手资料。

建设便捷的防汛服务平台和数字孪生平台

防汛服务平台是对数据资源和算法资源进行全面梳理整合,建成标准统一的资源服务体系,形成跨虚拟化技术的统一资源池,提供信息共享、互联互通、安全保密、实用便捷的计算资源、存储资源、网络资源等基础设施环境,对外提供统一的资源调度接口,按需和动态分配各类资源,并在云平台之上搭建时空大数据基础框架。

数字孪生平台是利用BIM、倾斜摄影、激光点云、物联网、虚拟现实、人工智能等技术,构建的一个多时空、多尺度、多层次描述现实物理世界的虚拟地球仿真环境。

黄河设计院历时10余年,从底层自主研发了专注于水利行业应用的数字孪生平台——云河地球,并在基础数据、渲染效果、运行性能等方面进行了深度优化,可搭载国内2米影像与30米地形、黄河流域0.5米影像图与5米地形等,深度整合了多尺度、多种类、多空间、多时态时空数据,构建了GIS+BIM+VR+数学模型的数字孪生环境,可为防汛减灾、水资源调度、工程运行管理等提供全空间、全过程、全要素、智能化的决策支持环境。

建设科学的预报预警预演预案耦合系统

安新代说,建设科学的预报预警预演预案耦合系统,一是要汇集整合天空地多源多维多尺度时空数据,基于数字孪生流域,采用GIS+BIM技术,以图表、视频、动画等形式实时动态展示天气形势,河道、水库水情,堤防、险工工情险情等多要素,为判别当前水旱灾害防御形势提供直观有效的技术支撑。

二是要建立综合考虑地形、土壤、植被等多因素的分布式洪水预报模型。

三是要实现对雨情、水情、工情、险情的分级分类快速及时预警。

四是要在三维场景中实现对不同水工程调度方案洪水演进、洪水淹没情况的预演,以直观的形式展现洪水的水流特性、淹没水深、淹没历时、影响人口以及可能造成的经济损失时空分布情况。

五是要根据预演的结果,自动生成可编辑的预案文稿,提高预案应对洪水的针对性和有效性,同时建立不同预案间的关联关系,智能推送关联预案。

加强防汛智能化、智慧化研发应用

黄河设计院积极探索人工智能、大数据等技术在防汛工作中的应用,并开展以防汛智能机器人为核心,基于人工智能和大数据分析的水利防汛大脑建设,通过多源数据资源深度融合,结合实时监测、预警预报,深入挖掘水、雨、工情历史数据,研判汛情态势、隐患风险,预测灾害发展趋势,科学制定调度方案,开创基于情景分析、态势判别的智能决策支持系统。

黄河设计院相关团队经过近两年的探索研发,初步搭建了包含水情、雨情、工情以及知识文档的防汛大数据服务平台和防汛语音服务平台,研发了面向手机、平板、智能机器人等多终端的小禹智慧防汛系统和雨洪沙相似性分析系统,并已在2020年汛初黄河防御大洪水实战演练、汛期防汛管理等工作中投入应用,防汛智能化应用取得了初步成效。(记者 乔地)

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