數(shù)字李生湖東滯洪區(qū)建設(shè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

關(guān)鍵詞：湖東滯洪區(qū)；工程調(diào)度；智慧水利；數(shù)字孿生

中圖法分類號：TV873 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki. slsdkb.2025.08.018

文章編號：1006-0081（2025）08-0118-07

0 引言

水利部高度重視以數(shù)字孿生為核心的智慧水利建設(shè)，將智慧水利作為推動新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的六大實(shí)施路徑之一[1-2]。數(shù)字孿生流域是智慧水利的核心，是提升國家水安全保障能力的重要支撐，數(shù)字孿生水利工程是數(shù)字孿生流域的重要組成部分，也是數(shù)字孿生流域建設(shè)的切入點(diǎn)和突破點(diǎn)[3-6]。2021年，水利部相繼印發(fā)了《關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》《智慧水利建設(shè)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)實(shí)施方案》等文件，明確了推進(jìn)智慧水利建設(shè)路線圖、時間表、任務(wù)書、責(zé)任單。2022年以來，水利部先后出臺《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱（試行）》《數(shù)字孿生水網(wǎng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（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)”基本技術(shù)要求（試行）》《數(shù)字孿生流域共建共享管理辦法（試行）》等系列文件，完成了數(shù)字孿生水利建設(shè)頂層設(shè)計(jì)[7-9]，為各級水利部門智慧水利建設(shè)提供了基本技術(shù)遵循。

數(shù)字孿生水利建設(shè)深度融合以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)，涉及監(jiān)測感知、水文計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷鄬W(xué)科交叉，在建設(shè)過程中存在諸多重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和先行先試，通過技術(shù)攻關(guān)解決技術(shù)難題，通過先行先試進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為全面推進(jìn)數(shù)字孿生水利建設(shè)提供可推廣可復(fù)制的成功經(jīng)驗(yàn)[10-11]。山東省水利廳積極推進(jìn)數(shù)字孿生先行先試項(xiàng)目建設(shè)，在湖東滯洪區(qū)工程建設(shè)時，同步開展數(shù)字孿生滯洪區(qū)先行先試建設(shè)，充分利用數(shù)字孿生技術(shù)保障和提升工程效益。本文按照智慧水利總體架構(gòu)和數(shù)字孿生水利建設(shè)技術(shù)要求，圍繞滯洪區(qū)建設(shè)和運(yùn)行管理的實(shí)際需求，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、遙感、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)，設(shè)計(jì)和構(gòu)建了數(shù)字李生湖東滯洪區(qū)工程建設(shè)管理系統(tǒng)。通過完善信息基礎(chǔ)設(shè)施體系，匯聚數(shù)據(jù)資源，建設(shè)數(shù)字孿生平臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用體系、網(wǎng)絡(luò)安全體系和運(yùn)行維護(hù)體系，構(gòu)建數(shù)字孿生業(yè)務(wù)場景，支撐湖東滯洪區(qū)工程調(diào)度運(yùn)用與運(yùn)行管理。

1 工程概況

湖東滯洪區(qū)坐落于山東省南四湖湖東堤東側(cè)，其范圍是地面高程在1957年洪水位以下與湖東堤堤線之間的區(qū)域[12]，包括白馬片（上級湖泗河一青山段）、界片（上級湖界河—城河段） 36.99m 等高線以下，以及蔣集片（下級湖一新薛河一郗山段）36.49m 等高線以下，總滯洪面積 252.69km² ，滯洪容積3.72億 m³ 。共涉及濟(jì)寧市的微山、鄒城和棗莊市的滕州、薛城等4個縣（市、區(qū)）。湖東滯洪區(qū)建設(shè)工程位置見圖1。由于地形高程上的差異，3片蓄滯洪區(qū)并不是連通的，這給蓄滯洪區(qū)的啟用調(diào)度帶來挑戰(zhàn)，需要獲取各分片關(guān)鍵點(diǎn)位精確的水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，用于分析防洪形勢，另外，需要精細(xì)化調(diào)度模擬，通過洪水模擬預(yù)演，為蓄滯洪區(qū)調(diào)度決策提供支撐。

湖東滯洪區(qū)作為《全國蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃》中的新建滯洪區(qū)，依據(jù)《淮河流域防洪規(guī)劃》，湖東滯洪區(qū)是為沂沐泗河洪水東調(diào)南下續(xù)建工程湖西大堤、湖東大堤大型礦區(qū)和城鎮(zhèn)段堤防達(dá)到防御1957年洪水的防洪標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)置的，在沂沐泗河洪水東調(diào)南下續(xù)建工程實(shí)施完成后，只有利用湖東滯洪區(qū)滯蓄超標(biāo)準(zhǔn)洪水，才能達(dá)到防御1957年洪水的防洪標(biāo)準(zhǔn)。湖東滯洪區(qū)是保證東調(diào)南下工程發(fā)揮整體效益的重要工程項(xiàng)目，是淮河流域防洪體系的重要組成部分。

湖東滯洪區(qū)工程主要由防洪工程和安全工程組成，根據(jù)國務(wù)院批準(zhǔn)的《淮河流域防洪規(guī)劃》《全國蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃》和《淮河流域蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃》，湖東滯洪區(qū)啟用標(biāo)準(zhǔn)為超50a一遇洪水。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

依據(jù)智慧水利建設(shè)要求，數(shù)字孿生湖東滯洪區(qū)整體框架包含信息化基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字孿生平臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系和制度標(biāo)準(zhǔn)管控體系五大部分。通過整合現(xiàn)有成果，開展湖東滯洪區(qū)規(guī)劃建設(shè)、工程運(yùn)行管理、工程調(diào)度運(yùn)用、洪災(zāi)損失評估及補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵性業(yè)務(wù)的智能化應(yīng)用，建成較為完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施體系和業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺，以及安全可靠的網(wǎng)絡(luò)安全和運(yùn)行維護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)湖東滯洪區(qū)建設(shè)運(yùn)行管理的數(shù)字化映射、智能化模擬、前瞻性預(yù)演，通過模擬預(yù)演和虛實(shí)交互，提升湖東滯洪區(qū)工程調(diào)度運(yùn)用能力，為山東省新階段水利高質(zhì)量發(fā)展提供數(shù)字賦能和支撐。系統(tǒng)總體框架見圖2。

3建設(shè)內(nèi)容

3.1 監(jiān)測感知體系

為滿足滯洪區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)需求，著重完善現(xiàn)有信息化基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是水位監(jiān)測和視頻監(jiān)控。針對重要水閘、泵站以及重要斷面，新建水位監(jiān)測點(diǎn)，完善滯洪區(qū)水位監(jiān)測體系。安裝高清智能攝像頭，重點(diǎn)監(jiān)控水閘泵站運(yùn)行情況，以及堤防未閉合、村莊密集、轉(zhuǎn)移路線交界等區(qū)域，用于實(shí)時掌握閘泵運(yùn)行狀態(tài)和人員避險轉(zhuǎn)移撤離情況。結(jié)合滯洪區(qū)已建成的監(jiān)測監(jiān)控體系，實(shí)現(xiàn)水利數(shù)據(jù)全方位透徹感知，為構(gòu)建滯洪區(qū)調(diào)度指揮數(shù)據(jù)底板提供監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖1湖東滯洪區(qū)位置

Fig.1Location ofHudongFloodDetention Area

3.2 數(shù)字孿生平臺

建設(shè)滯洪區(qū)數(shù)據(jù)底板，監(jiān)測感知體系負(fù)責(zé)采集工程運(yùn)行管理所需各類數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)底板建設(shè)則匯集整合滯洪區(qū)各類運(yùn)行管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、外部共享數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資源。運(yùn)用GIS、BIM、傾斜攝影技術(shù)，建設(shè)滯洪區(qū)高精度DOM、堤防、閘門泵站等重點(diǎn)工程BIM模型，以及重要區(qū)域傾斜攝影模型。這些模型融合宏觀與微觀視角，既能展示自然背景與地形地貌，又能突出重要區(qū)域和工程，形成二、三維一體化模型，為滯洪區(qū)調(diào)度運(yùn)行模擬預(yù)演提供可視化場景與數(shù)據(jù)支持，助力更精準(zhǔn)的決策制定。

建設(shè)模型平臺，充分利用數(shù)據(jù)底板建設(shè)成果，以水利專業(yè)模型模擬蓄滯洪區(qū)調(diào)度運(yùn)行，以智能識別模型提升滯洪區(qū)監(jiān)測預(yù)警能力。重點(diǎn)構(gòu)建洪水模擬分析、閘門控制、排澇泵站規(guī)則控制、災(zāi)損評估等水利專業(yè)模型，實(shí)現(xiàn)滯洪區(qū)調(diào)度運(yùn)用、洪災(zāi)損失分析精準(zhǔn)模擬推演。構(gòu)建視頻智能分析、遙感影像智能解譯等智能識別模型，針對滯洪區(qū)重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)控視頻進(jìn)行人員入侵識別、不安全行為識別，構(gòu)建智能數(shù)字防線，對滯洪區(qū)洪災(zāi)淹沒遙感影像進(jìn)行智能解譯分析，對災(zāi)損情況進(jìn)行快速分析評估。結(jié)合滯洪區(qū)數(shù)字化映射和可視化展示的需要，重點(diǎn)構(gòu)建自然背景、流程動態(tài)、水利工程等可視化模型，滿足宏觀、微觀不同層次數(shù)據(jù)展示需求。

3.3 智能業(yè)務(wù)應(yīng)用

在數(shù)據(jù)底板和模型平臺建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，開展滯洪區(qū)運(yùn)行管理智能業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，發(fā)揮數(shù)字孿生水利工程的數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演作用。圍繞滯洪區(qū)建設(shè)規(guī)劃、工程管理、調(diào)度運(yùn)行、災(zāi)損評估及補(bǔ)償測算等核心業(yè)務(wù)需求，開展智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系建設(shè)，提升滯洪區(qū)調(diào)度運(yùn)行和工程管理的智能化水平。

4 建設(shè)方案

按照數(shù)字孿生的技術(shù)路線，在完善監(jiān)測感知、計(jì)算存儲等信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)上，圍繞數(shù)據(jù)底板、模型平臺、數(shù)據(jù)及模擬仿真引擎展開數(shù)字孿生平臺建設(shè)，為智能業(yè)務(wù)應(yīng)用提供算據(jù)和算法支撐。以滯洪區(qū)安全、科學(xué)、高效運(yùn)行管理為核心目標(biāo)，開展規(guī)劃建設(shè)管理、運(yùn)行管理、調(diào)度指揮、災(zāi)損評估及補(bǔ)償測算等智能業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)，加強(qiáng)核心業(yè)務(wù)“四預(yù)”功能體系建設(shè)，提升滯洪區(qū)調(diào)度運(yùn)用智能化水平。

4.1 數(shù)據(jù)底板

數(shù)據(jù)底板作為湖東滯洪區(qū)工程運(yùn)行管理數(shù)字化、智慧化的“算據(jù)”基石，對于實(shí)現(xiàn)湖東滯洪區(qū)水利物理世界的鏡像映射、有力支撐工程建設(shè)與管理具有重要意義。數(shù)據(jù)底板建設(shè)任務(wù)主要包括數(shù)據(jù)資源建設(shè)和數(shù)據(jù)引擎建設(shè)。廣泛接人水情、工情、監(jiān)控視頻等各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)匯聚，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)體系。制定數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)，整合滯洪區(qū)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)一數(shù)一源，并與山東省、濟(jì)南市及流域管理機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)平臺對接，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)融合共享、互連互通。制定數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范，采用微服務(wù)技術(shù)，將數(shù)據(jù)訪問接口封裝成具有標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出、按通用調(diào)用方式的微服務(wù)，為蓄滯洪區(qū)運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)映射提供數(shù)據(jù)驅(qū)動引擎。數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用流程見圖3。

根據(jù)滯洪區(qū)工程管理和調(diào)度運(yùn)行等業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，選取白馬河左岸、右岸分洪閘等21處關(guān)鍵水利工程構(gòu)建模型精度等級為LOD2.0的BIM模型，除了精確刻畫工程的幾何結(jié)構(gòu)外，還對模型構(gòu)件添加工程物理特性、設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)算規(guī)則各種業(yè)務(wù)屬性信息，以便支撐工程調(diào)度運(yùn)用的模擬預(yù)演以及工程運(yùn)維服務(wù)。BIM模型、傾斜攝影模型與DEM、DOM等基礎(chǔ)地理空間場景數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑拼接。

4.2 模型平臺

根據(jù)湖東滯洪區(qū)運(yùn)行管理業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、接口規(guī)范、分布部署的水利專業(yè)模型、智能識別模型和可視化模型，利用數(shù)據(jù)底板數(shù)據(jù)引擎提供的數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)滯洪區(qū)運(yùn)行管理智能模擬、前瞻預(yù)演。

水利專業(yè)模型主要包括洪水模擬分析模型、閘門控制模型、排澇泵站規(guī)則控制模型、災(zāi)損評估模型。洪水模擬分析模型以河道一維水力學(xué)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)堤防、漫溢點(diǎn)、水利工程與滯洪區(qū)二維水力學(xué)模型做耦合計(jì)算，概化出能夠動態(tài)分析計(jì)算洪水演進(jìn)的分析模型。通過模擬淹沒變化過程，實(shí)現(xiàn)滯洪區(qū)分洪運(yùn)用計(jì)算，提供高精度、全要素的分洪運(yùn)用效果定量分析。河道一維水力學(xué)模型常采用圣維南（SaintVenant）方程求解，圣維南方程如下：

圖3系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用流程

Fig.3Flow of system data processingand application

水流連續(xù)性方程：

水流運(yùn)動方程：

式中： Q 為流量， m³/s;x 為沿程距離， m;A 為過水?dāng)嗝婷娣e， m²;t 為時間， s;q_l 為側(cè)向單位長度注入流量，m²/s;β 為動能修正系數(shù)； g 為重力加速度， m/s²;Z 為水位， m;n 為糙率系數(shù)； R 為斷面水力半徑， m 。

滯洪區(qū)漫溢點(diǎn)的洪水演進(jìn)二維控制方程為淺水方程，由連續(xù)方程和動量方程組成。

其中：

U=（h，uh，vh）^T

F=（uh，u²h+gh²/2，uvh）^T

G=（vh，uvh，v²h+gh²/2）^T

式中： u 和 v 分別為 x，y 方向的平均流速; h 為水深； g 為重力加速度;Sx，S.y分別為x，y方向的底坡;Sfx，Sy分別為 x，y 方向的摩阻坡度。

閘門控制模型根據(jù)滯洪區(qū)分洪調(diào)度要求和閘門啟閉規(guī)則，實(shí)現(xiàn)按規(guī)則進(jìn)退洪調(diào)度運(yùn)用，根據(jù)閘門泄流能力曲線（水位流量關(guān)系曲線），結(jié)合閘門及上下游水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行進(jìn)退洪過程模擬。排澇泵站規(guī)則控制模型根據(jù)安全區(qū)排澇需求和泵站運(yùn)用規(guī)則，制定排澇泵站開停機(jī)組合方式，實(shí)現(xiàn)按運(yùn)用規(guī)則的排澇調(diào)度。

災(zāi)損評估模型利用遙感影像智能識別分析方法來計(jì)算洪水淹沒面積，并提取淹沒的土地、房屋、生產(chǎn)設(shè)施等災(zāi)損對象，實(shí)現(xiàn)主要受災(zāi)損失指標(biāo)的定量計(jì)算，支持對洪災(zāi)損失進(jìn)行調(diào)查分析，確定單位面積上的洪災(zāi)綜合損失指標(biāo)，根據(jù)洪災(zāi)綜合損失指標(biāo)與總淹沒面積可得出整個受災(zāi)地區(qū)的綜合洪災(zāi)損失。災(zāi)損評估定量計(jì)算公式如下：

L_DP=（1+k）βA+C_P

式中： L_DP 是綜合洪災(zāi)損失； k 為間接損失系數(shù)； β 為單位面積上的直接綜合洪災(zāi)損失指標(biāo)；A為滯洪區(qū)淹沒面積； C_p 為搶險救災(zāi)費(fèi)用。

視頻智能識別模型對接入的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，實(shí)現(xiàn)對水閘、泵站、轉(zhuǎn)移道路、安全臺、安全樓等重點(diǎn)區(qū)域的 24h 不間斷智能監(jiān)管。可根據(jù)不同的事件場景、針對具體業(yè)務(wù)需求分別建立視頻圖像分析模型并進(jìn)行人員入侵識別、不安全行為等多種智能檢測，從而滿足湖東滯洪區(qū)數(shù)字防線等應(yīng)用的前置輸入需求。

將傾斜攝影模型、BIM模型與蓄滯洪區(qū)DEM、DOM模型融合，構(gòu)建基于GIS平臺的可視化場景，實(shí)現(xiàn)滯洪區(qū)宏觀與微觀、整體與局部相結(jié)合，全方位高精度展示滯洪區(qū)自然地貌、蓄退洪水過程，以及洪水淹沒動態(tài)變化過程。

圖4高精度數(shù)據(jù)范圍 Fig.4High-precision data area

4.3 智能業(yè)務(wù)應(yīng)用

針對湖東滯洪區(qū)運(yùn)行管理的核心業(yè)務(wù)需求，依托滯洪區(qū)數(shù)字孿生平臺建設(shè)成果提供的算據(jù)和算法支持，開展規(guī)劃建設(shè)管理、運(yùn)行管理、調(diào)度指揮、災(zāi)損評估及補(bǔ)償測算等智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系建設(shè)，提升湖東滯洪區(qū)運(yùn)行管理智能化水平。

（1）規(guī)劃建設(shè)管理系統(tǒng)。根據(jù)水利工程建設(shè)管理標(biāo)準(zhǔn)化管理體系的要求，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控、智能分析等信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)不同階段各個環(huán)節(jié)之間的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，構(gòu)建智慧化的規(guī)劃建設(shè)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對工程建設(shè)從規(guī)劃到竣工驗(yàn)收全過程把控，促進(jìn)工程建設(shè)管理數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。

（2）運(yùn)行管理系統(tǒng)。構(gòu)建滯洪區(qū)工程運(yùn)行管理“四預(yù)”功能體系，實(shí)現(xiàn)水情預(yù)測預(yù)報(bào)及動態(tài)展示、預(yù)警設(shè)置及發(fā)布、洪水淹沒分析，支撐防洪調(diào)度全過程業(yè)務(wù)流程，提升調(diào)度決策科學(xué)性與響應(yīng)速度。面向湖東滯洪區(qū)工程與設(shè)施管理、水閘泵站運(yùn)行與安防監(jiān)控、巡查管護(hù)等需求，通過數(shù)字化手段精細(xì)管理滯洪區(qū)工程、設(shè)施、防汛指揮機(jī)構(gòu)與工作組、應(yīng)急信息，通過智能化分析手段監(jiān)控滯洪區(qū)運(yùn)行情況及識別不安全行為，通過狀態(tài)檢修與故障診斷實(shí)現(xiàn)滯洪區(qū)工程與設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)，提升滯洪區(qū)運(yùn)行管理能力。

（3）調(diào)度指揮系統(tǒng)。構(gòu)建滯洪區(qū)調(diào)度指揮“四預(yù)”功能體系，結(jié)合滯洪區(qū)水情監(jiān)測預(yù)報(bào)成果，建立智能化的工程調(diào)度系統(tǒng)功能，以防洪淹沒預(yù)演模擬為重點(diǎn)，增強(qiáng)調(diào)度方案的可靠性和適用性，提升預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案業(yè)務(wù)功能水平，充分提高工程運(yùn)行效益，提升防洪安全能力。具體功能包括水雨工情監(jiān)測與告警，防洪預(yù)報(bào)、防洪形勢分析預(yù)警、防洪預(yù)演模擬、防洪預(yù)案管理、轉(zhuǎn)移安置工作等。

（4）災(zāi)損評估及補(bǔ)償測算系統(tǒng)。運(yùn)用遙感智能識別模型，采用不同時相的高時空分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，智能解譯工程啟用前后湖東滯洪區(qū)的土地覆被情況（耕地、林地、城鎮(zhèn)用地）、人口分布情況、洪水淹沒范圍，評估滯洪區(qū)內(nèi)居民因滯洪而造成的農(nóng)作物、專業(yè)養(yǎng)殖和經(jīng)濟(jì)林水毀損失，住房水毀損失，無法轉(zhuǎn)移的家庭農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械和役畜以及家庭主要耐用消費(fèi)品水毀損失，對災(zāi)損情況進(jìn)行量化評估，并按照政府規(guī)定的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償測算，提出災(zāi)損補(bǔ)償方案，為相關(guān)部門進(jìn)行災(zāi)損評估和災(zāi)損補(bǔ)償提供決策依據(jù)。

5 系統(tǒng)建設(shè)成效

5.1 系統(tǒng)研發(fā)實(shí)踐

數(shù)字孿生湖東滯洪區(qū)建設(shè)管理系統(tǒng)已于2024年3月上線試運(yùn)行，系統(tǒng)遵循智慧水利建設(shè)的總體架構(gòu)，采用數(shù)字孿生工程建設(shè)的技術(shù)路線，初步構(gòu)建了滯洪區(qū)數(shù)據(jù)底板，實(shí)現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)資源的匯聚整合和數(shù)字化映射。建設(shè)了系統(tǒng)統(tǒng)一門戶，研發(fā)了駕駛艙、滯洪區(qū)建設(shè)管理系統(tǒng)、運(yùn)行管理系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、災(zāi)損評估及補(bǔ)償測算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中臺等核心業(yè)務(wù)模塊。系統(tǒng)運(yùn)行界面見圖5。

圖5滯洪區(qū)建設(shè)管理系統(tǒng)建設(shè)成效

Fig.5Effectiveness of the construction management system for flood detention area

系統(tǒng)圍繞湖東滯洪區(qū)調(diào)度運(yùn)用和工程管理核心需求，按照數(shù)字孿生水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”建設(shè)技術(shù)要求，集成了滯洪區(qū)地形地貌、工程基礎(chǔ)、水雨工情、遙感影像、監(jiān)控視頻、預(yù)報(bào)預(yù)警等各類數(shù)據(jù)資源，對水雨情進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，對洪水演進(jìn)、工程調(diào)度運(yùn)用方案、人員轉(zhuǎn)移安置等進(jìn)行模擬預(yù)演，對洪災(zāi)損失進(jìn)行精準(zhǔn)測算。系統(tǒng)選擇安置區(qū)具有代表性的3處視頻監(jiān)控點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)字安防功能的測試，測試結(jié)果表明基于視頻智能識別模型的數(shù)字安防功能模塊可以及時識別出陌生人非法闖入的不安全行為，并及時生成預(yù)警信息，達(dá)到了預(yù)期的效果。在蓄滯洪區(qū)調(diào)度模擬方面，通過選取典型的歷史場景進(jìn)行調(diào)度模擬計(jì)算，與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，達(dá)到了較為滿意的效果。通過數(shù)字孿生建設(shè)，提升了滯洪區(qū)工程調(diào)度運(yùn)用和運(yùn)行管理的智能化水平。

5.2技術(shù)重難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

數(shù)字孿生先行先試建設(shè)，要提升湖東滯洪區(qū)在流域發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水等關(guān)鍵時候能真正發(fā)揮作用的保障能力。充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)提升滯洪區(qū)水情監(jiān)測預(yù)警、工程調(diào)度模擬預(yù)演和應(yīng)急預(yù)案能力，是數(shù)字孿生湖東滯洪區(qū)先行先試建設(shè)的技術(shù)重難點(diǎn)。通過補(bǔ)充完善水位監(jiān)測和視頻監(jiān)控，為滯洪區(qū)水情形勢分析、洪水演進(jìn)、工程調(diào)度模擬預(yù)演以及人員安全撤離提供數(shù)據(jù)支撐。工程調(diào)度“四預(yù)”業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)是保障滯洪區(qū)發(fā)揮作用的關(guān)鍵，通過數(shù)據(jù)底板建設(shè)，匯聚滯洪區(qū)各類數(shù)據(jù)資源，使工程調(diào)度實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策。水利專業(yè)模型和智能識別模型則為工程調(diào)度精準(zhǔn)模擬提供了模型和算法支撐，起到智慧中樞的核心作用。充分利用智能識別技術(shù)提升業(yè)務(wù)處理智能化水平是該項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)。充分利用遙感解譯智能識別模型和算法快速提取滯洪區(qū)洪水淹沒范圍的變化過程，精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)洪災(zāi)損失，為災(zāi)后補(bǔ)償及災(zāi)損測算提供科學(xué)依據(jù)。利用視頻圖像智能識別技術(shù)構(gòu)建滯洪區(qū)重點(diǎn)工程區(qū)域數(shù)字防線，通過AI智能識別分析算法對監(jiān)控視頻進(jìn)行非法闖入、不安全行為等智能分析識別，提升滯洪區(qū)安全監(jiān)控的自動化、智能化水平。

6結(jié)語

數(shù)字孿生滯洪區(qū)及工程調(diào)度運(yùn)行等核心業(yè)務(wù)“四預(yù)\"功能體系建設(shè)，需要綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)采集、加工處理、智能分析、業(yè)務(wù)應(yīng)用及可視化展示等諸多現(xiàn)代信息技術(shù)，是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程。數(shù)字孿生湖東滯洪區(qū)按照“需求牽引、應(yīng)用至上”的建設(shè)要求，開展工程建設(shè)管理系統(tǒng)建設(shè)，力求在滯洪區(qū)啟用關(guān)鍵時刻能發(fā)揮重要作用，系統(tǒng)的實(shí)用性至關(guān)重要。系統(tǒng)基于視頻AI技術(shù)研發(fā)滯洪區(qū)數(shù)字防線功能模塊，實(shí)現(xiàn)了非法闖入識別、不安全行為識別等智能分析功能，提升了蓄滯洪區(qū)安全區(qū)智能監(jiān)控預(yù)警效率；基于遙感影像智能解譯技術(shù)研發(fā)災(zāi)損評估模塊，實(shí)現(xiàn)了蓄滯洪區(qū)洪水淹沒損失動態(tài)監(jiān)測和智能統(tǒng)計(jì)，提升了洪災(zāi)損失補(bǔ)償測算的準(zhǔn)確性和處理效率。數(shù)字孿生湖東滯洪區(qū)工程建設(shè)管理系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)了滯洪區(qū)運(yùn)行管理的數(shù)字化映射、智能化模擬、前瞻性預(yù)演。在后續(xù)的建設(shè)過程中，將緊密圍繞水利部智慧水利和數(shù)字孿生流域建設(shè)總體要求，進(jìn)一步完善系統(tǒng)數(shù)據(jù)和功能短板，建設(shè)滯洪區(qū)調(diào)度運(yùn)用知識庫和知識平臺，補(bǔ)充完善工程調(diào)度、洪水演進(jìn)水利專業(yè)模型、智能識別模型，完善水文氣象、工情險情等數(shù)據(jù)資源，優(yōu)化水工程調(diào)度模型算法計(jì)算效率，不斷優(yōu)化系統(tǒng)“四預(yù)”功能，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的模擬預(yù)演能力，提升系統(tǒng)的實(shí)用性、前瞻性。

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（編輯：李晗）

Design and application of digital twin Hudong Flood Detention Area construction and management system

WANG Handong1，WANG Lu2，HU Yue1，WANG Chao2，ZHOU Chao3 （1.ChangjiangureylaingsgndRsearchCodWuhan4ina；.ifaigitalcholoyLiedo pany，Qingdao26610，China；3.KeyLaboratoryofInternet plusSmart Waterof Changjiang WaterResources Commision，Wuhan 430010，China）

Abstract：Asakeycomponentof thefloodcontrolsystem intheHuaiheRiver Basin，the Hudong FloodDetention Area efectivelyensuresthecoordinatedoverallbenefitsof theYishuRiverFloodEastDiversionProjectandtheNansiLake Flood SouthDiversion Projectinflodcontrol，waterresourcealocation，andother aspects byutilizing itsfunctionof sto ringand retaining floods exceeding the standard.Inorder to further enhancethe eficiencyof engineering operation and management ，digital twinconstruction was synchronously promoted intheconstruction process of Hudong Flood Detention Area Project.With core business applications such as enginering construction management，dispatch command，disaster damage assessment，and compensationcalculationas thegoal，itcouldshare theachievementsof Shandong Province's digital twinbasinand water network construction，and tobuilda digital twin scene for engineering dispatch.By integrating water conservancy professional modelsand intellgentrecognition models，the \"fourpre\"functional system was developed toachievedigital mapping，intellgent simulation，and forward-lookingrehearsal oftheoperationand managementof Hudong Flood Detention Area.Theresearch resultsshowed thatthroughtheconstructionof the digital twin Hudong Flood Detention Area management system，theenginering scheduling and command capabilities were efectively improved，providing areference for the application of digital twin intellgent business inotherflood detentionareas.

Key Words：Hudong Flood Detention Area；engineering scheduling；smart water conservancy；digital twin