數(shù)字孿生水利專題第六期|姬勉：水利數(shù)字孿生物聯(lián)網(wǎng)感知解決方案分享

數(shù)字孿生水利專題第六期|姬勉：水利數(shù)字孿生物聯(lián)網(wǎng)感知解決方案分享

以下為的廣州市度量行電子設(shè)備有限公司副總經(jīng)理姬勉現(xiàn)場(chǎng)分享：

各位嘉賓大家好，今天非常榮幸有機(jī)會(huì)向大家分享水利數(shù)字孿生物聯(lián)感知解決方案。我將從建設(shè)背景、解決方案、典型案例三個(gè)方面來展開。

第一部分：建設(shè)背景

近年來，盡管水利信息化工作取得了顯著成績(jī)，但仍面臨以下主要問題與挑戰(zhàn)，分別是，第一信息量獲取少、不了解具體情況；第二以經(jīng)驗(yàn)來決策，缺乏科學(xué)支撐；第三以人管為主，手段落后，效率較低。

對(duì)應(yīng)體現(xiàn)在信息化上就是透徹感知能力不足、算力欠缺、信息資源開發(fā)整合共享有待提高、業(yè)務(wù)應(yīng)用智能水平差距較大等方面。

總的來說，國(guó)家信息化對(duì)智慧水利提出新要求，現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展提供了支撐條件。廣泛應(yīng)用智能感知技術(shù)，推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化軟硬件應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理流域的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為數(shù)字孿生流域提供全面及時(shí)“算據(jù)”支撐具有四預(yù)功能的2+N業(yè)務(wù)應(yīng)用。

圖一：水利行業(yè)現(xiàn)狀（來源于：姬勉《水利數(shù)字孿生物聯(lián)網(wǎng)感知解決方案》）

水安全是涉及國(guó)家長(zhǎng)治久安的大事。黨的十八大以來，習(xí)總書記提出了十六字治水思路。李國(guó)英部長(zhǎng)也多次在工作會(huì)議中提出：大力推進(jìn)數(shù)字孿生流域建設(shè)，推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展。

黨的十九屆五中全會(huì)對(duì)數(shù)字中國(guó)建設(shè)作出一系列重要部署，指出要加強(qiáng)數(shù)字社會(huì)、數(shù)字政府建設(shè)，提升公共服務(wù)、社會(huì)治理等數(shù)字化智能化水平。

進(jìn)入新發(fā)展階段，我國(guó)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)加速，智慧化已成為行業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，以信息化驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代化已成為各行業(yè)的必經(jīng)之路。

水利部為推進(jìn)數(shù)字孿生流域的建設(shè)，從去年底到今年上半年，先后出臺(tái)了《智慧水利建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)》、《十四五智慧水利建設(shè)規(guī)劃》、《十四五期間推進(jìn)智慧水利建設(shè)的實(shí)施方案》《大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》、《數(shù)字孿生流域共建共享管理辦法》、《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）》、《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則(試行)》、《水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”功能基本技術(shù)要求(試行)》等政策文件，其中建設(shè)規(guī)劃中明確要求要在十四五期間建成智慧水利體系1.0版本。

根據(jù)《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱(試行)》，水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”基于智慧水利總體框架，在數(shù)字孿生流域基礎(chǔ)上建設(shè)，其中，預(yù)報(bào)是基礎(chǔ)，對(duì)水位、流量、水量、地下水位、墑情、泥沙、冰情、水質(zhì)、臺(tái)風(fēng)暴潮、淹沒影響、位移形變等水安全要素進(jìn)行預(yù)測(cè)。

水利感知網(wǎng)一覽圖展示了以新型的水利監(jiān)測(cè)網(wǎng)和傳統(tǒng)型的水利監(jiān)測(cè)網(wǎng)為一體的空、天、地的立體感知體系。新型的水利監(jiān)測(cè)網(wǎng)，包括衛(wèi)星遙感、高清視頻、無人機(jī)、無人船等新型監(jiān)測(cè)手段；傳統(tǒng)的水利監(jiān)測(cè)網(wǎng)，主要包括監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的雨情、水情、工情等監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，為數(shù)字孿生流域的高保真建設(shè)提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，提升水利管理活動(dòng)的動(dòng)態(tài)感知能力。

圖二：水利感知網(wǎng)一覽（來源于：姬勉《水利數(shù)字孿生物聯(lián)網(wǎng)感知解決方案》）

針對(duì)以上建設(shè)要求，廣州市度量行電子設(shè)備有限公司結(jié)合近10年來在水利、水務(wù)物聯(lián)感知設(shè)備的研發(fā)和建設(shè)實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，為行業(yè)提供雨量、水位、流量、位移形變等水安全監(jiān)測(cè)相關(guān)的傳統(tǒng)感知網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。重點(diǎn)針對(duì)水庫和水文站的物聯(lián)監(jiān)測(cè)，分享相應(yīng)的解決方案。

第二部分：解決方案

眾所周知，水庫作為我國(guó)水利工程體系的重要組成部分，在防洪減災(zāi)、水資源優(yōu)化配置等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵性作用，但由于我國(guó)水庫數(shù)量多，特別是中小型水庫，病險(xiǎn)多，其防汛抗洪能力相對(duì)不足，是水利工程安全度汛的薄弱環(huán)節(jié)。一旦潰壩失事，水庫安全則會(huì)遭受重大威脅，從而關(guān)涉到下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

水庫物聯(lián)感知建設(shè)主要是以水庫工程安全監(jiān)管為核心，通過應(yīng)用智能感知設(shè)備實(shí)現(xiàn)水庫的降雨量、庫水位、滲流量、滲流壓力、表面變形以及視頻圖像等全要素采集與傳輸，并通過物聯(lián)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類信息的分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、分級(jí)預(yù)警和智能推送。

圖三：水庫物聯(lián)感知監(jiān)測(cè)（來源于：姬勉《水利數(shù)字孿生物聯(lián)網(wǎng)感知解決方案》）

接下來，將對(duì)圖上四大類水庫監(jiān)測(cè)內(nèi)容做具體分享。

雨水情的感知監(jiān)測(cè)主要是通過雨量計(jì)、雷達(dá)水位計(jì)、雷達(dá)流量計(jì)、攝像頭等傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨量、庫水位、出庫流量、視頻圖像等監(jiān)測(cè)指標(biāo)的精準(zhǔn)感知；為防汛、抗旱和水資源綜合管理提供服務(wù)。

作為管理和保護(hù)水資源的重要舉措，水庫水質(zhì)監(jiān)測(cè)可以過PH分析儀、COD在線監(jiān)測(cè)儀、氨氮在線監(jiān)測(cè)儀等物聯(lián)傳感設(shè)備來實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的在線不間斷自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)保護(hù)水環(huán)境起著重要作用。

針對(duì)水庫工況監(jiān)測(cè)，可以通過閘位計(jì)、工況采集控制柜、攝像頭等智能設(shè)備來監(jiān)測(cè)機(jī)電設(shè)備工況、閘位、視頻等，實(shí)現(xiàn)水庫工況的全過程、全天候監(jiān)測(cè)感知，保障機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行。

最后，對(duì)于水庫大壩安全監(jiān)測(cè)，通過集成滲壓計(jì)、量水堰計(jì)、GNSS表面位移監(jiān)測(cè)等傳感器，來實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩滲流量、滲流壓力、表面變形、環(huán)境量等監(jiān)測(cè)指標(biāo)的實(shí)時(shí)感知，支撐水庫安全狀態(tài)綜合評(píng)估，提升快速掌握潰壩、決堤、滑坡等各類涉水險(xiǎn)情現(xiàn)場(chǎng)情況的能力。

以上是水庫感知網(wǎng)物聯(lián)設(shè)備建設(shè)方案的內(nèi)容，而針對(duì)水文站的物聯(lián)感知建設(shè)，除了前面提到的雨量、水位和流量監(jiān)測(cè)之外，另外還會(huì)使用泥沙自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行泥沙監(jiān)測(cè)，它是水土流失監(jiān)測(cè)的重要手段之一，為水土保持、綜合治理、流域防洪減災(zāi)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。通過水文站物聯(lián)感知建設(shè)，可以獲取水網(wǎng)和流域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為水利數(shù)字孿生提供重要的科學(xué)依據(jù)。

圖四：水文站物聯(lián)感知建設(shè)（來源于：姬勉《水利數(shù)字孿生物聯(lián)網(wǎng)感知解決方案》）

接下來，回顧一下剛才分享的水庫、水文站的傳統(tǒng)水利感知網(wǎng)監(jiān)測(cè)建設(shè)，這張圖全面展示了剛才所講述的物聯(lián)傳感設(shè)備的分布情況。包括雨水情測(cè)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等多類型感知系統(tǒng)。它們最大的作用就是提供感知數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)帶來價(jià)值，為模擬仿真、推演提供重要的依據(jù)和支撐。

另外，在城市水文方面，度量行針對(duì)城市內(nèi)澇、雨污水管網(wǎng)、河涌三大場(chǎng)景也提供相應(yīng)的物聯(lián)感知設(shè)備及整體解決方案。

針對(duì)城市內(nèi)澇場(chǎng)景的微型一體化水位計(jì)，它體積非常小巧（僅有手掌大小）但量程可達(dá)2米，路沿安裝，不影響交通。自帶供電和通訊模塊，無需外接主機(jī)和電池，即裝即用，非常方便。是真正的“小身材大作用”。

而這款窨井水位計(jì)，則專門應(yīng)用于管網(wǎng)水位監(jiān)測(cè)，它采用一體化設(shè)計(jì)，內(nèi)部集成了采集模塊、通訊模塊和供電電池，不需要外接主機(jī)，直接把數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行分析和展示，非常方便。電池待機(jī)長(zhǎng)達(dá)2年，IP68級(jí)別的防水、并且做到了無盲區(qū)、非接觸式測(cè)量，特別適用于管網(wǎng)這類不方便市政供電的場(chǎng)景，極大地減少了我們的安裝、維護(hù)施工難度。

以上分享的是水利感知網(wǎng)的感知設(shè)備，接下來簡(jiǎn)單介紹下度量行承載感知數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)--水況云。水況云平臺(tái)是基于云架構(gòu)的開放式智慧水利監(jiān)測(cè)云平臺(tái)，它能夠?qū)崿F(xiàn)從設(shè)備端到服務(wù)端的無縫銜接，實(shí)時(shí)感知設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、智能預(yù)警預(yù)測(cè)，并向上為水利業(yè)務(wù)“2+N”的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)支撐，同時(shí)提供手機(jī)小程序端和APP端的SaaS服務(wù)。