水云间：智慧“大脑”佑河安——提质数字孪生平台 奏响高质量发展大河强音

文／许雅宁 曹丽伟

打开“云黄河·山东”，映入眼帘的是承载“智慧大脑”的一级界面，该界面中部为数字孪生平台，两侧分列“2+N”智能业务应用系统，顶部、底部支撑服务体系依次排开，整体设计仿佛一对振翅，又似一方动感的驾驶舱，既寓意为母亲河插上科技翅膀，也寓意山东黄河河务局将驾驶智慧之舱遨游大河上下。

2021年，水利部、黄委相继提出“智慧水利”“数字孪生领域”建设理念，正式吹响了数字孪生流域建设的集结号。在这波向水利数字化建设发起的冲锋中，山东黄河河务局以“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”为遵循，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，举全局之力，融全局之智，建设以“三算（算据、算法、算力）+四预（预报、预警、预演、预案）”为内核的数字孪生山东黄河暨云黄河·山东平台，抢先打通黄河水与智慧云之间的“天堑通途”，为新阶段黄河流域高质量发展蓄势赋能。

“数据+”：底座愈加坚实

静坐办公室，山东黄河信息中心副主任马德辉轻点鼠标，一幅山东黄河流域孪生场景跃然屏上。“这是我们初步构建的虚拟山东黄河流域，透过系统场景可以身临其境地全面掌握山东黄河流域的现状、异常和趋势，清晰掌握任一闸室的设备布局、关键数据和实时运行画面，足不出户，便可看到千里之外的景象，浏览并获取流域水利工程实时情况和数据信息。”对比之前的工作状态，马德辉直言“技术改变未来”。

为采集实景三维图像，山东黄河河务局数字孪生团队用时数月，利用无人机、激光点云等设备和技术，根据《山东黄河地理空间数据倾斜摄影制作指导手册》，采用外部数据集成共享、历史设计资料搜集整理、现场实景拍照等方式，基本完成了流域内特定区域建筑物、河道、植被等图像的数据采集。

山东黄河一张图汇集山东段水文、监测、业务信息，累计集成山东黄河干支流29个基础图层、5个专业应用、3类15个水利对象，同步关联地理坐标工程要素、业务详情、监测数据，实时关联坝垛断面与三维模型，实现一键搜索自定义范围内的防汛队伍、仓库库存等有效信息。

山东黄河河务局数字孪生团队基于水利部统一的L1级数据底板，获取东平湖1:2000水下地形数据，采集山东黄河干流、东平湖蓄滞洪区和大汶河流域、黄河三角洲1.7万平方千米的L2级中精度数据底板；建成黄河济南段（建邦大桥至二环黄河大桥）28平方千米、东平湖与黄河干流连接区域10平方千米、济南建邦大桥以西河段、滨州惠民标准化堤防、东明游荡型河段、艾山卡口、金山坝7处重点河段的L2级高精度数据底板；建成潘庄、清河门、陈山口等14处重要水闸的BIM模型。多级数据底板一体集成汇入山东黄河大数据中心进行统一存储、分级使用。

山东黄河一张图

如今，全面升级的山东黄河一张图和集成融合的三级数据底板，正是山东黄河河务局推动数字孪生山东黄河建设往实处走的重要一步。

“四预+”：引擎持续优化

“嘀嘀嘀——”警报骤响，山东黄河算法平台发出红色预警，类型指向涉水安全警报。数字孪生山东黄河算法工程师冯士贺迅速调取回传图像，显示天桥黄河河务局八里控导13号坝有游人靠近河边，自动发送“喊话”提醒指令：“水深危险！请勿靠近……”

两年来，山东黄河河务局加大算法研发、深化算法应用。冰凌监测、浮桥拆除、坝岸坍塌、垃圾倾倒、水位识别5类成熟的智能识别算法已被广泛应用于山东黄河188处工程关键部位；堤防工程隐患、非法摆摊、涉水安全、主溜线4类2023年新研发的智能识别算法试点应用于378处工程关键部位。从上9类智能识别算法均在山东黄河全域实现了样本适用和算法通用试验。此外，该局还研发了干流洪水过程预报、干流洪峰预报、东平湖调洪演算、大汶河降雨产流预测、水沙冲淤等7个水利专业模型，搭建山东黄河模型平台，集成模型发布、方案生成等功能，实现统一管理和调用服务。

将“未知”变成“预知”，智能识别算法和水利专业模型为“云黄河·山东”提供了一条用数据说话的新路径，正升级成为山东黄河精准化防汛的助手和参谋，在科技创新的新赛道上为黄河流域生态保护和高质量发展提供智力支持。

“险情发生时，通过实时数据和模型预测，全域指挥调度系统对防汛全信息统一调度和管理，确保防汛工作的科学性和精准性。”山东黄河河务局运用知识图谱、向量数据库等，感知水利对象，认知水利规律，搭建起覆盖黄河水利全行业的知识平台，营造了高效、便捷、安全的水利知识环境，为知识分析提供技术支持。

“示范+”：场景先行先试

“先以折线图的形式展示水位、蓄水量的具体数值，再用水尺仿真模型和周边的三维数字化场景作参考，更加形象、具体地模拟老湖水位的变化情况。”数字孪生山东黄河遥感工程师刘莹正在规划东平湖数字孪生“预演”场景的构建思路。

聚焦东平湖蓄滞洪区洪水工程改建后未曾经过洪水考验、直观评估洪水影响范围和危害程度能力不足等短板，数字孪生东平湖数据底板集成关键水利要素，基于调洪演算模型，通过科学调度大汶河洪水和黄河分滞洪运用，实现融智能预报、动态预警、仿真预演、复盘评估为一体的防洪调度情景，完成东平湖洪水入湖、湖水位变化、水工程调度、河道洪水演进、淹没情况等高保真模拟。目前，该建设成果已经在2023年黄委防御大洪水演习、2023年山东黄河防汛调度演练中得到应用，效果显著。

数字孪生山东黄河济南段典型场景定位“黄河干流直管工程、直管河道数字化场景样板”，采集水上水下一体化精细数据底板，融合济南段关键水利要素信息，实现重点区域不同洪水量级的“四预”应用；预报关键洪水要素，预警直达一线，预演洪水水位、流量、流场，实时分析漫滩风险、淹没情况，匹配不同洪水量级下的处置预案。

东平湖和济南段典型场景双双从最初的“有模有样”逐步成长至如今的“虚实交互”。

“山东黄河河务局自主研发的数字孪生黄河建设模型、算法、场景，在思路上都是领先的，要把数字孪生黄河落实落地，为国家水网建设作出历史性贡献。”这是水利部纪检组组长王新哲调研山东黄河河务局信息化建设阶段性成果给予的评价和期望，也是山东黄河河务局正在晋级的“赛道”和奔赴的“蓝海”。

终日乾乾，与时偕行。

面对智慧水利这道新“考题”，山东黄河河务局以科技创新蓄力，用攻坚精神作答，让奔涌的黄河水与互联网云时代深度交汇，一幅满载“数、算、技、人、智”的数字黄河未来图景正徐徐展开……