“水利一號”及組網(wǎng)的多顆遙感衛(wèi)星化身“太空偵察兵”，全天候監(jiān)測汛旱凌情；無人機和無人船組成“水陸空戰(zhàn)隊”，全方位守護河湖健康生命；巡檢機器狗“上崗”，輕松穿越復(fù)雜地形，為水庫、大壩安全運行提供可靠支撐……

“今年‘七下八上’防汛關(guān)鍵期，我們充分發(fā)揮‘天空地水工’一體化監(jiān)測感知體系作用，建成了覆蓋72類2600萬水利對象數(shù)字孿生平臺數(shù)據(jù)底板，生成10米格網(wǎng)精度的全國數(shù)字流域水系，多維度掌握河道、水庫、蓄滯洪區(qū)等流域下墊面、淹沒面積、工程險情等動態(tài)變化數(shù)據(jù)，為水旱災(zāi)害防御決策提供‘天空地水工’一體化數(shù)據(jù)支撐?！?月18日，水利部信息中心主任付靜在水利部“七下八上”防汛關(guān)鍵期水旱災(zāi)害防御工作情況新聞通氣會上介紹。

科技感十足的技術(shù)設(shè)備廣泛應(yīng)用，作為數(shù)字孿生水利重要組成部分的“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系加快構(gòu)建，推動對水利對象全要素、治理管理全過程的智能監(jiān)測感知能力持續(xù)躍升。

遙感衛(wèi)星和測雨雷達發(fā)力……筑牢水旱災(zāi)害防御屏障

目前，我國已基本形成涵蓋31顆遙感衛(wèi)星、100余部測雨雷達、4800余架無人機、13.3萬處地面水文報汛站、30多萬處工程安全監(jiān)測點的“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系，正在告別以往以固定站點和斷面為主的監(jiān)測模式，逐步邁向“天空地水工”監(jiān)測感知一體化的“立體時代”。

7月10日9時，隨著小浪底水庫下泄流量壓減至600立方米每秒，水位回蓄至220.54米，2025年黃河調(diào)水調(diào)沙水庫調(diào)度圓滿收官，實現(xiàn)抗旱保供、騰庫迎汛、水庫排沙、生態(tài)補水等多目標(biāo)共贏。

這一復(fù)雜調(diào)度安全高效落地，背后是“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系的硬核支撐。

“通過RTK（實時動態(tài)載波相位差分技術(shù)）、無人機等設(shè)備，結(jié)合衛(wèi)星遙感影像等手段，獲取調(diào)水調(diào)沙期間下游水位表現(xiàn)、河勢變化等海量一手?jǐn)?shù)據(jù)?！秉S河水利科學(xué)研究院泥沙研究所副所長張防修介紹。這些數(shù)據(jù)可以通過原型黃河、模型黃河、數(shù)字孿生黃河“三條黃河”聯(lián)動，精準(zhǔn)預(yù)測工程可能出現(xiàn)的險情及河勢演變趨勢。

數(shù)字孿生水利為河流、水庫等打造精準(zhǔn)的“數(shù)字分身”，實現(xiàn)數(shù)字化映射、智慧化模擬、前瞻性預(yù)演。而這一切，都離不開對物理系統(tǒng)全面、準(zhǔn)確、實時的數(shù)據(jù)采集。單一監(jiān)測感知手段已難以滿足需求，迫切需要“全要素、高精度、高頻率、連續(xù)性”的監(jiān)測體系作為支撐。

水利部黨組高度重視數(shù)字孿生水利建設(shè)，李國英部長明確提出，按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，推進“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系夯基提能，豐富算據(jù)、優(yōu)化算法、提升算力，對流域、水網(wǎng)、水利工程全要素和水利治理管理全過程進行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演，為推動水利高質(zhì)量發(fā)展、保障我國水安全提供“前瞻、科學(xué)、精準(zhǔn)、安全”決策支持。

2024年7月，水利部發(fā)布《數(shù)字孿生水利“天空地水工”一體化監(jiān)測感知夯基提能行動方案（2024—2026年）》，從頂層謀劃構(gòu)建支撐水利多業(yè)務(wù)的一體化監(jiān)測感知網(wǎng)，為數(shù)字孿生水利的高保真建設(shè)運行提供重要算據(jù)保障。

“其中‘天’依托遙感、衛(wèi)星等技術(shù)，實現(xiàn)大尺度全局監(jiān)測感知；‘空’借助無人機、高塔搭載測雨雷達等設(shè)備，完成中小尺度高精度動態(tài)監(jiān)測感知；‘地’通過地面監(jiān)測設(shè)施設(shè)備，聚焦關(guān)鍵區(qū)域點位要素的精準(zhǔn)實時監(jiān)測感知；‘水’專門針對河湖庫水體、水中、水下水利要素的監(jiān)測感知；‘工’則聚焦水利工程內(nèi)外部要素的監(jiān)測感知。”付靜介紹。

天基、空基、地基、水基、工基五位一體的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，從水利行業(yè)全局出發(fā)，全面覆蓋水旱災(zāi)害防御、水資源管理與調(diào)配等水利“2+N”業(yè)務(wù)監(jiān)測需求。

在全球氣候變化背景下，極端天氣事件多發(fā)頻發(fā)重發(fā)。在防汛戰(zhàn)場上，及時暢通、直達一線的監(jiān)測感知數(shù)據(jù)，可為人員撤離、水庫調(diào)度、蓄滯洪區(qū)啟用以及防御預(yù)案生成等決策指揮提供堅實支撐，最大程度減少自然災(zāi)害帶來的損失。

5月22日凌晨，湖南省桃源縣牛車河鎮(zhèn)遭遇極端強降雨突襲，在全鎮(zhèn)一度斷網(wǎng)斷電的關(guān)鍵時刻，得益于龍鳳山站點新增的北斗衛(wèi)星信道支持，數(shù)據(jù)持續(xù)傳輸，助力預(yù)警鏈條不間斷。

7月3日晚到4日凌晨，四川省綿陽市北川羌族自治縣夜雨滂沱，水利測雨雷達實時傳輸“云中雨”信息，有效研判山洪泥石流災(zāi)害風(fēng)險，提前轉(zhuǎn)移1155戶2636人。

7月23日至7月30日，海河流域遭遇入汛以來最強降雨過程。水利部海河水利委員會水文局充分運用雨水情監(jiān)測預(yù)報“三道防線”，加強對云中雨、落地雨、河中水的立體化監(jiān)測，提前20小時科學(xué)預(yù)判新蓋房樞紐洪峰流量和出現(xiàn)時間，為兩次避免東淀蓄滯洪區(qū)啟用提供了科學(xué)支撐。

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從蒼穹之上到洪浪之下，“天空地水工”各環(huán)節(jié)在協(xié)同中互補融合、在聯(lián)動中相互校驗，以“超前感知”的敏銳，為水旱災(zāi)害防御筑起一道更加牢固的安全屏障。

數(shù)字孿生平臺和智能模型加持……賦能水資源高效調(diào)配

今年春天，西遼河干流水頭一路奔涌，抵達內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市教來河口，與下游河道水體“握手相遇”，宣告斷流27年的西遼河干流首次實現(xiàn)全線過流。

在這場河流復(fù)蘇的春日“會戰(zhàn)”中，“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系對西遼河流域開展全方位、多層次、動態(tài)化監(jiān)測，努力讓每一方水都補到“刀刃上”。

“數(shù)字孿生西遼河平臺實時匯集1.7萬余處降水、地表、地下、取用水等監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)，再通過二維水動力模型推演河道過流能力、線路、水量，以求得調(diào)水的最優(yōu)解?！彼克蛇|水利委員會總規(guī)劃師林嵐介紹。

除了護航母親河復(fù)蘇，“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系還為國家水網(wǎng)調(diào)度提供有力的數(shù)據(jù)保障。

浙東水網(wǎng)密布著7000余條河流、8類2000余座控制性工程。在這樣復(fù)雜的平原河網(wǎng)地區(qū)，如何實現(xiàn)水資源多目標(biāo)精細化調(diào)度？

“我們新建和接入各類監(jiān)測設(shè)施1747處，包括450處水位監(jiān)測點、76處流量監(jiān)測點、97處工程運行狀態(tài)監(jiān)測、561處取用水戶監(jiān)測等?！闭憬″X塘江流域中心浙東引水部主任嚴(yán)雷介紹。

浙東引水工程初步構(gòu)建起具有區(qū)域特色的水網(wǎng)“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系，為14個浙東引水特色水網(wǎng)專業(yè)模型和3個智能識別模型提供精準(zhǔn)算據(jù)支撐，如同為工程裝上“智慧大腦”，實現(xiàn)水資源統(tǒng)籌利用、高效配置與安全可控。

而在水資源管理領(lǐng)域，智慧化監(jiān)測技術(shù)正持續(xù)延伸應(yīng)用觸角：重力衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用于地下水儲量變化反演，在線監(jiān)測計量體系為用水計量裝上“精準(zhǔn)標(biāo)尺”，量子點光譜設(shè)備實時監(jiān)測水質(zhì)變化情況……全維度感知，讓水資源管理如臂使指，為提升水資源節(jié)約集約利用水平筑牢基礎(chǔ)。

熱成像和智能監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用……守護河湖健康生命

長江湖北黃岡段，矗立江邊的通信鐵塔架設(shè)熱成像設(shè)備，穿透濃霧和夜色，實時監(jiān)控著往來船只，精準(zhǔn)打擊非法采砂等破壞行為。

“當(dāng)船只一段時間內(nèi)速度接近于一定低值，且船只持續(xù)存在熱點時，智慧砂石監(jiān)管平臺會自動判斷為違法采砂嫌疑并預(yù)警。同時還會對采砂船進行抓拍、實時彈窗預(yù)警和報警錄像，為后續(xù)的違法取證工作提供依據(jù)。”湖北省黃岡市水利和湖泊局副局長徐正勇介紹。

依托熱成像等先進技術(shù)，黃岡智慧砂石監(jiān)管平臺目前已成功制止近百起非法采砂行為，并對多起案件完成取證與立案。

如今，高分辨率衛(wèi)星遙感、北斗衛(wèi)星、無人機、激光雷達、視頻智能識別等監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，為河湖水域岸線空間管控和河湖庫“清四亂”（清理亂占、亂采、亂堆、亂建）規(guī)范化常態(tài)化開展提供了強大的助力，讓河湖庫問題無處遁形。

在甘肅，技術(shù)人員借助高分辨率衛(wèi)星影像和多時相影像分析技術(shù)，捕捉到位于武山縣某河道管理范圍內(nèi)砂場違規(guī)采建的完整過程，并通過算法生成帶有坐標(biāo)定位、面積測算的可視化證據(jù)鏈。

在浙江省紹興市越城區(qū)，14架無人機搭載AI（人工智能）識別模型，編織起嚴(yán)密的智能巡查網(wǎng)絡(luò)，覆蓋越城區(qū)90%以上的水域，每月減少基層河長人工巡河2286人次。

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近日，水利部部署實施河湖庫一體化監(jiān)測感知體系建設(shè)三年行動，明確提出應(yīng)用衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控、無人機、北斗等技術(shù)，強化河湖庫水域岸線空間管控。一張貫通監(jiān)測、研判、預(yù)警、處置全鏈條的監(jiān)測感知網(wǎng)，正在加速布局。

機器狗和機器人上崗……護航工程安全運行

在廣西大藤峽水利樞紐4公里長的大壩廊道里，一只銀白色的機器狗化身水庫“巡檢員”，靈巧地騰挪四只仿生關(guān)節(jié)足，對監(jiān)測設(shè)施和滲漏、排水等情況開展細致巡檢。

“這只機器狗深度融合人工智能技術(shù)，集成多種功能傳感器，可在無人值守的情況下實時監(jiān)測廊道結(jié)構(gòu)安全，精準(zhǔn)排查裂縫、滲漏、積水等異常情況。”廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司樞紐中心工程師陳虹余介紹，通過在“大腦”里植入水庫大壩的數(shù)字孿生體，加上持續(xù)學(xué)習(xí)的AI算法，機器狗的主動識別準(zhǔn)確率已超過99.5%。

在大藤峽水利樞紐，“天空地水工”這個“大家族”里的各個成員正各司其職，全方位守護水庫和大壩安全——

4000多個安全監(jiān)測點在施工期間同步布設(shè)，涵蓋監(jiān)測變形、滲流等20多種類型的傳感器；磁吸爬壁式智能無損檢測機器人與全域爬壁巡檢機器人，廣泛應(yīng)用于壩頂門機等焊接質(zhì)量檢測以及主壩壩體、引水隧洞混凝土襯砌質(zhì)量檢測；背包式激光掃描測量系統(tǒng)結(jié)合即時定位和地圖創(chuàng)建技術(shù)，能快速同步獲取360度高清全景圖和測繪級三維點云……

對于水利工程而言，滲流滲壓、位移形變、應(yīng)力應(yīng)變等工情險情要素的實時精細監(jiān)測感知，是安全運行的重要前提。目前，全國已累計完善425座大中型和5.1萬余座小型水庫大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)；在黃河古賢等12個水利樞紐工程開展智能大壩建設(shè)試點；堤防智能巡檢、智能石頭等新技術(shù)得到成功應(yīng)用。

“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系還廣泛應(yīng)用于農(nóng)村水利水電等領(lǐng)域——

山東位山灌區(qū)建成集衛(wèi)星遙感、2000余處監(jiān)測站點、1100余處高清視頻監(jiān)控等于一體的“天空地水工”感知體系。系統(tǒng)結(jié)合灌區(qū)20多年灌溉試驗積累的長序列觀測數(shù)據(jù)，能夠分析預(yù)測灌域內(nèi)主要作物需水量、土壤水分、最優(yōu)灌溉日期、灌溉量及作物產(chǎn)量。

全方位、全覆蓋、全要素的“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系，將守護江河湖庫的感知經(jīng)緯逐步加密，為水旱災(zāi)害防御、水資源管理與調(diào)配等水利業(yè)務(wù)注入強勁的科技動能。

今年6月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于全面推進江河保護治理的意見》，指出要構(gòu)建雨情水情監(jiān)測預(yù)報體系，強化監(jiān)測設(shè)施和信息資源共建共享，加強河湖水資源動態(tài)監(jiān)測分析。水利部將繼續(xù)完善“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系，不斷夯實監(jiān)測感知技術(shù)、環(huán)境、制度、標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)保障，加快構(gòu)建具有“四預(yù)”功能的數(shù)字孿生水利體系，為水利治理管理提供前瞻性、科學(xué)性、精準(zhǔn)性、安全性支撐。