數(shù)字孿生 智慧賦能 共護(hù)河湖——四川成都市智慧水務(wù)建設(shè)探索與實(shí)踐

2023年11月13日 18時(shí)35分來源: 四川河湖微信公眾號(hào)【字體：大 中 小】

  

摘要：保護(hù)江河湖泊、全面推行河長制，事關(guān)人民群眾福祉，是推動(dòng)成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)的重要保障，而保護(hù)治理工作是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，“如何依托現(xiàn)代信息技術(shù)變革治理理念和治理手段賦能河長制管理”成為實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化道路上的必答題。為深入貫徹“十六字”治水思路，全面鞏固擴(kuò)展智慧水務(wù)發(fā)展成果，以智慧化驅(qū)動(dòng)河長制高效管理，成都市整合多方資源，著手推進(jìn)水務(wù)智慧化建設(shè)，不斷探索優(yōu)化，并逐步探索出了一條數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)河長制管理工作新模式，全面實(shí)現(xiàn)了“智慧”管水、“智慧”護(hù)水。

 

關(guān)鍵詞：成都 河長制 數(shù)字孿生 智慧化

 

引言：成都市深入踐行“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水思路，以建設(shè)踐行新發(fā)展理念的公園城市示范區(qū)為統(tǒng)領(lǐng)，以構(gòu)建水務(wù)高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略格局為抓手，以“全域感知、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、精準(zhǔn)調(diào)控、協(xié)同管理和高效應(yīng)用”為導(dǎo)向規(guī)劃布局智慧水務(wù)體系，以“謀頂層架構(gòu)、建標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、強(qiáng)統(tǒng)籌推進(jìn)、布神經(jīng)感知、筑數(shù)據(jù)支撐、強(qiáng)應(yīng)用賦能”為抓手，構(gòu)建數(shù)字孿生為底座的智慧水務(wù)平臺(tái)，賦能河長制精細(xì)化管理，協(xié)力提升超大城市敏捷治理、科學(xué)治理水平。

 

一、背景情況

 

成都位于長江上游，屬長江流域岷沱江水系，岷江及沱江干流穿越市境，都江堰灌區(qū)渠系與自然水系縱橫交錯(cuò)形成了成都平原水網(wǎng)。2017年2月，成都市委市政府深入貫徹落實(shí)習(xí)近平生態(tài)文明思想，積極踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，全面推行河長制，建立市、縣、鄉(xiāng)、村4級(jí)河長體系，并設(shè)立“河道警長”，全市河流、水庫、渠道、山溪溝全部納入河長制管理范圍。

 

但在工作過程中，逐漸暴露出一些問題：一是監(jiān)測感知站網(wǎng)覆蓋不全面、監(jiān)測感知手段不智能。各類水務(wù)信息獲取主要依靠自下而上的逐級(jí)人工填報(bào)和審核來完成，不能利用信息手段和信息管理系統(tǒng)精準(zhǔn)、及時(shí)、發(fā)現(xiàn)問題，沒有實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理。二是數(shù)據(jù)資源支撐不夠，地理空間數(shù)據(jù)不完善。存在縱向上市、區(qū)（縣）匯集困難、橫向上數(shù)據(jù)對(duì)接不通暢等問題，造成數(shù)據(jù)資源分散、更新機(jī)制缺失、開發(fā)利用率低等問題。三是業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)不全面、應(yīng)用智能化不達(dá)標(biāo)。目前一些河長制管理業(yè)務(wù)方面還未建設(shè)應(yīng)用系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不統(tǒng)一，缺少智慧化管理手段。因此，如何進(jìn)一步提高河長制管理工作效率，促進(jìn)人工管理向智慧化管理轉(zhuǎn)化成為亟待解決的問題。

 

二、主要做法

 

2019年，成都市優(yōu)化制定了智慧水務(wù)頂層設(shè)計(jì)方案，確定了“全域感知、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、精準(zhǔn)調(diào)控、協(xié)同管理和高效應(yīng)用”建設(shè)目標(biāo)，明確了“水資源、水安全、水生態(tài)、水凈化、水管理、水文化”六大模塊建設(shè)內(nèi)容。2020年，智慧水務(wù)正式啟動(dòng)建設(shè)，按照“三統(tǒng)三分”的建設(shè)模式，即“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)籌項(xiàng)目、分工負(fù)責(zé)、分塊實(shí)施、分步推進(jìn)”，統(tǒng)籌錦江水生態(tài)治理智慧管理項(xiàng)目、九道堰流域信息化建設(shè)項(xiàng)目和基層防汛預(yù)警等涉水信息化項(xiàng)目，全面啟動(dòng)智慧水務(wù)建設(shè)。2022年，制定《成都市“十四五”智慧水務(wù)發(fā)展規(guī)劃》，推進(jìn)以數(shù)字孿生為驅(qū)動(dòng)的智慧水務(wù)體系建設(shè)，賦能河長制智慧化管理。

 

（一）強(qiáng)化智能互聯(lián)，建設(shè)空天地一體水務(wù)感知網(wǎng)絡(luò)

 

建設(shè)統(tǒng)一物聯(lián)感知平臺(tái)，通過“共享+自建”的方式結(jié)合，完善外場感知點(diǎn)位。目前已接入生態(tài)環(huán)境、公安、水文等部門和水務(wù)自建的外場感知監(jiān)測站，包括：水質(zhì)監(jiān)測站276個(gè)、視頻站18萬余個(gè)、水位流量站301個(gè)、水庫水位站281個(gè)、雨量站1445個(gè)、下穿隧道189個(gè)、管道監(jiān)測2698個(gè)、無人機(jī)2臺(tái)、單兵50臺(tái)、無人船1艘，基本實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)、多要素的實(shí)時(shí)在線感知監(jiān)測。

 

（二）夯實(shí)數(shù)據(jù)底板，打造融合共享的數(shù)字孿生基座

 

建成融合共享的水務(wù)智慧大腦，全面打造全域智慧流域總框架、總平臺(tái)、總中樞、總核心。

 

1.建設(shè)成都水系一張圖，采用人工與程序、內(nèi)業(yè)分析與外業(yè)踏勘相結(jié)合的方式，形成一套空間覆蓋全面、屬性填寫完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，錄入全量河流（525條）、斗渠以上渠道（2726條）、山溪溝（445條）、全量水庫（235座，含省管紫坪鋪水庫、張家?guī)r水庫和磨兒潭水庫3座）、重點(diǎn)塘壩（44座）、過河橋梁（3428座）、人工湖（43座）、水電站（302座）、水閘（1937座）。

 

2.完成數(shù)據(jù)匯聚與共享，堅(jiān)持以業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，以“無條件歸集、有條件共享”為原則，全面推進(jìn)水務(wù)數(shù)據(jù)資源集約共享開放，匯聚全量動(dòng)態(tài)監(jiān)測、業(yè)務(wù)管控、視頻監(jiān)控等海量數(shù)據(jù)。共匯集水務(wù)數(shù)據(jù)4780GB，數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)總量6.87億條，形成206條資源目錄，向外部單位及各區(qū)（市）縣和局內(nèi)各處室，提供共享接口累計(jì)調(diào)用1.1億次。

 

3.構(gòu)建數(shù)字孿生模型平臺(tái)。搭建三維可視化模型、水利專業(yè)模型、智能識(shí)別模型三類模型引擎，建設(shè)沱江水文預(yù)警、中心城區(qū)網(wǎng)格化降雨預(yù)報(bào)、中心城區(qū)內(nèi)澇預(yù)測等專業(yè)模型，建設(shè)L2級(jí)河道和L3級(jí)水利工程設(shè)施的三維模型底座，建設(shè)視頻分析智能識(shí)別模型，為各類應(yīng)用提供三維可視化、預(yù)測預(yù)報(bào)分析等共性支撐。

 

4.構(gòu)建水務(wù)專業(yè)知識(shí)平臺(tái)。利用知識(shí)圖譜和自然語言處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水務(wù)關(guān)系、規(guī)律等知識(shí)的抽取、管理，構(gòu)建預(yù)案、物聯(lián)感知、標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)庫，為水務(wù)知識(shí)查詢和關(guān)聯(lián)關(guān)系分析提供輔助支撐。

 

（三）聚焦業(yè)務(wù)核心，構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新的智慧應(yīng)用體系

 

分期建成AI智能巡河、防汛減災(zāi)、水資源智能調(diào)度等業(yè)務(wù)應(yīng)用，為河長制管理的業(yè)務(wù)工作提供智慧支撐。

 

1.通過水質(zhì)監(jiān)測站、沿河視頻、排口視頻等前端感知終端和無人機(jī)遠(yuǎn)程巡檢，智能發(fā)現(xiàn)各類涉水問題，讓河長的主要工作重心由發(fā)現(xiàn)問題向處置問題轉(zhuǎn)換。如河道防溺水事件，在部分河道邊安裝帶有AI識(shí)別算法的智能攝像頭，自動(dòng)識(shí)別下河游泳等涉水不安全行為，自動(dòng)生成“防溺水”事件推送至屬地區(qū)（縣）事件中樞和城運(yùn)水務(wù)分中心，實(shí)現(xiàn)了從智能發(fā)現(xiàn)到問題處置全過程閉環(huán)管理。

 

2.建設(shè)成都市防汛指揮系統(tǒng)。應(yīng)用物聯(lián)感知一張網(wǎng)實(shí)現(xiàn)成都市全域雨情、水情和汛情的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測；將關(guān)鍵指標(biāo)與時(shí)間、空間態(tài)勢相結(jié)合，打造業(yè)務(wù)時(shí)空一張圖；應(yīng)用防汛相關(guān)預(yù)報(bào)數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)江河洪水和城市內(nèi)澇的預(yù)測預(yù)報(bào)；對(duì)應(yīng)急人員和車輛搭載北斗終端定位設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“120式”的災(zāi)情點(diǎn)位、救援物資、人員和車輛智能匹配，實(shí)現(xiàn)高效指揮調(diào)度。

 

3.建設(shè)錦江流域水資源智能調(diào)度系統(tǒng)。利用水利模型和閘壩遠(yuǎn)程控制，可實(shí)現(xiàn)河道生態(tài)水量、景觀蓄水、通航水位的精準(zhǔn)研判和智能調(diào)度；平臺(tái)通過模型計(jì)算，自動(dòng)化生成水量配置方案，指令下發(fā)閘站值班人員，實(shí)施閘門啟閉，可實(shí)現(xiàn)錦江上6個(gè)閘壩群智慧調(diào)水，大大提升了流域水質(zhì)水量的精細(xì)化、智慧化管理水平。

 

4.建設(shè)供水監(jiān)管系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了從水源取水、水廠制水、管網(wǎng)輸水到居民用水的全過程智慧管理。如上游水源地發(fā)生污染，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟用備用水源保供；系統(tǒng)依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等搭建的數(shù)理模型，可根據(jù)一定時(shí)間段供水量變化趨勢，實(shí)現(xiàn)供需兩級(jí)峰值預(yù)警，確保城市供水安全。

 

（四）突出區(qū)域協(xié)同，推動(dòng)成都都市圈河長制協(xié)同治理

 

建成“四個(gè)統(tǒng)一”的成德眉資河長制E平臺(tái)，推動(dòng)成都都市圈河湖治理管護(hù)高質(zhì)量發(fā)展、共筑長江上游生態(tài)屏障。通過健全“一套制度”、構(gòu)建“一張底圖”、建立“一個(gè)平臺(tái)”、形成“一套標(biāo)準(zhǔn)”，提升了“四地同城”河湖現(xiàn)代化治理管護(hù)能力，為全國都市圈河湖共管共護(hù)提供了先試先行的范本。截至2023年5月底，成德眉資河長制E平臺(tái)注冊河長共計(jì)12856名，匯聚4市河長制巡河業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)9278.1 萬條，發(fā)現(xiàn)河湖水環(huán)境問題103066個(gè)，協(xié)調(diào)處置問題101549個(gè)。

 

（五）建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建統(tǒng)籌共建的建設(shè)實(shí)施體系

 

制定《成都市水務(wù)局網(wǎng)絡(luò)信息安全管理辦法》《成都市水務(wù)局?jǐn)?shù)據(jù)資源管理辦法》《成都市水務(wù)局信息化項(xiàng)目建設(shè)管理辦法》，規(guī)范和促進(jìn)政務(wù)數(shù)據(jù)資源管理、共享和應(yīng)用，規(guī)范信息化項(xiàng)目的建設(shè)和管理。制定《成都市水系數(shù)據(jù)建庫標(biāo)準(zhǔn)》《成都市智慧水務(wù)數(shù)據(jù)資源目錄分類編碼標(biāo)準(zhǔn)》《成都市智慧水務(wù)數(shù)據(jù)采集與交換系統(tǒng)采集技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《成都市智慧水務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn)》，明確相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證各項(xiàng)技術(shù)在實(shí)施過程中的統(tǒng)籌作用。

 

三、主要成效

 

智慧水務(wù)建設(shè)以物聯(lián)感知、智慧大腦、智能應(yīng)用、區(qū)域協(xié)同、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為重點(diǎn)，有效提升了水務(wù)管理“視”“匯”“算”“預(yù)”“控”的能力。

 

1.物聯(lián)感知基本實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域全覆蓋。通過運(yùn)用視頻監(jiān)控、感知終端、無人機(jī)等多種方式，在河道管理、水源地監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、水位監(jiān)測、智能水表等多個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，開展了基于物聯(lián)感知的數(shù)據(jù)采集與分析應(yīng)用。

 

2.數(shù)據(jù)資源開發(fā)不斷深化。開展全市水務(wù)數(shù)據(jù)治理攻堅(jiān)行動(dòng)，完成水務(wù)數(shù)據(jù)資源目錄編制、數(shù)據(jù)接入、梳理、匯聚、治理與交換共享。

 

3.智慧治理水平不斷提升。利舊與新建相結(jié)合，分批建成多個(gè)智慧應(yīng)用場景并投入使用，基本完成全業(yè)務(wù)鏈條的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升了河長制工作的智慧化管理水平。

 

四、經(jīng)驗(yàn)及啟示

 

總結(jié)本項(xiàng)目歷年進(jìn)程，對(duì)全面推行河長制智慧化建設(shè)工作，主要有以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)啟示。

 

(一)夯實(shí)算據(jù)是基礎(chǔ)。錨定數(shù)字化場景目標(biāo)，構(gòu)建天、空、地一體化水務(wù)感知網(wǎng)，通過優(yōu)化提檔水文、水資源、河床演變、水務(wù)工程等地面監(jiān)測，完善地下水監(jiān)測站網(wǎng)，加強(qiáng)衛(wèi)星、無人機(jī)、無人船等載體遙感監(jiān)測，提升應(yīng)急監(jiān)測能力，推進(jìn)物理流域監(jiān)測系統(tǒng)的科學(xué)建設(shè)和高頻乃至在線運(yùn)行，為數(shù)字孿生流域提供精準(zhǔn)物理參數(shù)和現(xiàn)實(shí)約束條件，保持?jǐn)?shù)字孿生流域與物理流域的精準(zhǔn)性、同步性、及時(shí)性。

 

（二）算法模型是關(guān)鍵。錨定智慧化模擬目標(biāo)，深入研究流域自然規(guī)律，充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，融合流域多源信息，升級(jí)改造流域產(chǎn)匯流、水資源調(diào)配、工程調(diào)度、內(nèi)澇預(yù)報(bào)等模型，研發(fā)新一代高保真水務(wù)專業(yè)模型，統(tǒng)籌運(yùn)用好基于機(jī)理揭示和規(guī)律把握的數(shù)學(xué)模型，以及基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的數(shù)學(xué)模型，確保數(shù)字孿生流域模擬過程和流域物理過程實(shí)現(xiàn)高保真。

 

（三）算力水平是支撐。擴(kuò)展計(jì)算資源，按照“集約高效、共享開放、按需服務(wù)”的原則，依托成都超算中心、智算中心算力，提升物理分布、邏輯集中、協(xié)同工作的高性能算力，滿足數(shù)據(jù)處理、模型計(jì)算的需要。要升級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)水務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無盲區(qū)無死角互聯(lián)，滿足各類信息及時(shí)高效傳輸，并充分利用北斗、5G等新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，保障監(jiān)測站網(wǎng)在極端惡劣環(huán)境下的安全可靠傳輸。

 

（四）“四預(yù)”能力是目標(biāo)。在數(shù)字孿生流域中強(qiáng)化預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案能力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)提前發(fā)現(xiàn)、預(yù)警提前發(fā)布、方案提前制定、措施提前實(shí)施，確保水務(wù)決策精準(zhǔn)安全有效。提高超前預(yù)報(bào)精度。通過“四預(yù)”環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，提升流域治理管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，在預(yù)演結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行分析評(píng)估，滾動(dòng)調(diào)整水工程運(yùn)行、應(yīng)急調(diào)度、人員防災(zāi)避險(xiǎn)等應(yīng)對(duì)措施，迭代優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度方案，有效提高預(yù)案的科學(xué)性和可操作性。